На Скот Шепърд са необходими около 15 минути пеша, за да работят в отдела за наземния магнетизъм на институцията Карнеги, изследователска база във Вашингтон, окръг Колумбия, която първоначално е основана през 1904 г., за да подкрепи експедициите за картографиране на магнитното поле на Земята. Днес кампусът е домакин на планетни учени от всички дисциплини, включително Шеппард, който изучава небесните тела на екстремната външна слънчева система. Той казва, че получава най-добрите си идеи по време на ходене и че обикновено се дразни от кръстовища, които изискват просто достатъчно внимание, за да не позволят на ума да се лута по този необясним конструктивен начин. Като се има предвид, че Шеппард е убеден, че голяма, неоткрита планета обикаля около слънцето далеч отвъд Плутон, човек може само да си представи къде умът му броди по време на сутрешните си разходки.
Идеята, че масивна планета, наречена Планета 9 или Планета X, съществува на толкова голямо разстояние, че ние не успяхме да я открием, има астрономи по целия свят, които сканират небето за търсене на улики. Шеппард, който е открил някои от най-отдалечените обекти в Слънчевата система, смята, че орбиталните пътеки на тези малки планети са най-вероятно оформени от гравитационното влияние на хипотетична планета 9. И днес екипът му обяви откриването на още една изключително далечна минорна планета - вторият най-известен обект в Слънчевата система на средно разстояние - който отново носи отличителния белег на космическа скала в хватките на неоткритата гигантска планета.
„Веднъж на век намираме планета, нали? Така че, време е да го намерите отново “, казва Шеппард.
Гоблинът
Новият обект, официално наречен 2015 TG387, орбитира със специален клас небесни тела, известни като Вътрешни облачни обекти или екстремни транснептунови обекти (ETNOs). Тялото от скали и лед, наречено „Гоблинът“ от екипа по откриване, в момента е около 80 астрономически единици (АС) от слънцето, или около два пъти по-голямо от средното разстояние на Плутон. Гоблинът обаче пътува по силно издължена орбита, която го отвежда до най-крайните крайни области на нашата Слънчева система, като излиза на 2300 AU по време на 40 000-годишното си пътуване около слънцето.
Но колкото и интригуваща да е афелията на обекта или най-отдалечената му точка от слънцето, Гоблинът е може би още по-интересен за своя перихелий или най-близката му точка. Минорната планета, която се оценява на приблизително 300 километра в диаметър (около една седма от размера на Плутон), се доближава само до 65 AU (шест милиарда мили). Тъй като най-близкият му подход наистина изобщо не е близък, Шеппард казва, че Гоблинът едва ли е засегнат от тежестта на масивните планети като Юпитер и Нептун.
„Никога не идва навсякъде, където са гигантските планети“, казва той. "Има само три от тези обекти, които остават далеч там."
Орбитите на новата крайна планета джудже 2015 TG387 и нейните колеги Inner Oort Cloud обекти 2012 VP113 и Sedna в сравнение с останалата част от Слънчевата система. 2015 г. TG387 бе наречен от готварите "Гоблинът", тъй като временното му обозначение съдържа TG и обектът е видян за първи път близо до Хелоуин. 2015 TG387 има по-голяма полу-основна ос от 2012 VP113 или Sedna, което означава, че пътува много по-далеч от слънцето в най-отдалечената му точка от своята орбита, която е около 2300 AU. (Роберто Молар Канданоса и Скот Шепърд, любезно предоставени от Института за наука Карнеги) Другите две са Sedna и 2012 VP113, които имат перихелия съответно 76 и 80 AU, въпреки че никога не пътуват толкова далеч, колкото Гоблин. Когато се разглеждат заедно, тези три обекта започват да създават мъчителна картина на своето далечно царство. Те са отделени от останалата част на Слънчевата система, имунизирани са срещу нейното влияние и въпреки това всички те се появяват в една и съща част на небето.
„Ако погледнете Седна и погледнете VP113 и погледнете няколко от другите екстремни обекти с тези много далечни орбити, всички те са много подобни“, казва Шеппард. „Всички те са струпани в една и съща част на небето, всички стигат до перихелион - най-близкото им приближаване към слънцето - на едно и също място, и бихте очаквали това да е случайно в цялото небе. ... Ето защо смятаме, че там има по-голяма планета, защото пренася тези обекти в тези орбити. "
Други малки планети орбитират на екстремни разстояния, като например 2014 FE72, който е най-отдалеченият известен обект по средно разстояние, но те са склонни да се люлеет по-близо до гигантските планети. 2014 FE72 може да се доближи до Слънцето, отколкото Плутон при най-близкия му подход, например. Убедително обяснение на тези обекти е, че в някакъв момент те се скитаха твърде близо до един от газовите гиганти и бяха изхвърлени на крайни разстояния, почти изхвърлени изцяло - но когато това се случи, скалните обекти са склонни да се въртят в близост до точката от откъде са хвърлени.
Когато става въпрос за Гоблин, Седна и 2012 VP113, нещо друго ги е хванало в самотна орбита, подравнена, но отделно от малкия ни квартал на планети.
Сянката на неоткритата планета
Колко вероятно е съществуването на неоткрита масивна планета, бавно обикаляща слънцето на всеки десетки хиляди години на екстремни разстояния, зависи от кого питате. От своя страна Шеппард, който е открил десетки малки планети, комети и луни, би определил шансовете на Планета 9 да съществуват около 80 или 85 процента - и той дори не е най-оптимистичен.
„Моята увереност е около 99, 84 процента“, казва Константин Батигин, планетарен астрофизик и асистент в Калифорнийския технологичен институт. Батигин създава теоретични модели на външната Слънчева система, за да търси намеци за Планета 9, разбивайки числата на множество малки планети, които се групират в различни групи и влиянието на десетки орбитални фактори. Документът му за 2016 г. с колегата на Caltech Майкъл Браун изложи може би най-силният случай за Планета 9 досега, като заключи, че има само част от един процент вероятност групирането на тези обекти да се случи случайно.
„Това тяло е огромно ново допълнение“, казва Батигин за Гоблина. „Това много засилва случая с Планета 9.“
Сравнение на 2015 TG387 при 65 AU с известните планети на Слънчевата система. Сатурн може да се види при 10 AU, а Земята е, разбира се, при 1 AU, тъй като измерването се определя като разстоянието между Слънцето и нашата родна планета. (Роберто Молар Канданоса и Скот Шепърд, любезно предоставени от Института за наука Карнеги) Други не са толкова уверени. „Не бих отишла на ниво от 85 процента. Съществуват противоречиви доказателства ”, казва Дейвид Толен, астроном от Университета на Хаваите, който беше част от екипа, открил Гоблина. Той посочва космическия кораб Касини, който обикаля около Сатурн повече от 13 години, измервайки динамиката и силите на външната Слънчева система. „Това служи като много чувствителен детектор за други неща, а анализът на тези данни показва, че ние не виждаме доказателства за [Планета 9].“
Но дори и да не купят хипотезата за планетата 9, повечето астрономи са съгласни, че нещо необяснимо изтръгва обекти като Гоблин далеч от Слънчевата система. Някои теории предполагат, че по време на ранното формиране на слънцето, преди повече от 4, 5 милиарда години, когато други звезди се образуваха наблизо, изключителната гравитация на близка звездна среща би могла да извади тези обекти и да ги остави във „вкаменена“ орбита, Шеппард казва. Алтернативно, може би достатъчно от тези малки планети съществуват, че те могат да влияят на орбитите един на друг в продължение на много милиони години чрез процес, наречен самогравитация, постепенно се притискат една към друга и по-далеч.
„[Ако има] много от тези малки планети като Седна и този нов обект, разбира се, те упражняват гравитационни сили една върху друга“, казва Ан-Мари Мадиган, асистент по астрофизика в Университета на Колорадо, Боулдър, който изучава модели на самогравитация върху отдалечени обекти на Слънчевата система. Тя казва, че тези малки планети са „толкова далеч от вътрешната слънчева система, с гигантските планети и подобни неща, тези [самогравитационни] сили всъщност могат да бъдат изключително мощни. ... Нямате нужда от допълнителна планета там. "
Мадиган признава, че самогравитацията не може да обясни всичко за орбитите на далечните второстепенни планети, като привеждане в съответствие с тяхната "дължина на перихелия", подобно на основните оси на елиптичните орбити. Има и други „външни сили“, които трябва да се имат предвид, казва Шепърд, като галактическия прилив - колективната гравитационна сила на всичко в Млечния път, включително свръхмасивната черна дупка в центъра му. Теориите, които прогнозират съществуването на Планета 9, вземат под внимание всички тези влияния, но неизвестен процес също може да се играе.
„Това е чудесно“, казва Мишел Банистър, планетарен астроном от университета на Queen's Belfast във Великобритания, който ръководи проучването за произхода на външната слънчева система (OSSOS) от 2013 до 2017 г., което откри 840 далечни малки планети. „Имаме цялото това разнообразие от теории, които се опитват да обяснят това население. Това е знак за добро здравословно активно поле. "
Стесняване на търсенето
Шеппард сравнява групирането на Гоблин, Седна и 2012 VP113 с връзка между Нептун и Плутон. Въпреки че Нептун пресича орбиталния път на Плутон, двете планетарни тела никога не се доближават един до друг, тъй като са заключени в гравитационна връзка - известна като резонанс - което кара Плутон да орбитира два пъти на всеки три орбити на Нептун. Ако не знаехте къде е Нептун, можете да определите гигантската планета, като наблюдавате внимателно Плутон. Въпреки че трите изключително далечни малки планети не биха били заключени в такава стабилна връзка с Планета 9, може да възникне подобна гравитационна връзка.
Ако обаче малките планети са в гравитационен танц с Планета 9, това може да означава, че голямата планета е много далеч - близо до афелия на орбитата си, приблизително на 1000 AU от слънцето. Ние имаме само груба представа за размера на планетата 9 - между два и четири пъти по-голяма от тази на Земята, ако тя съществува - и няма начин да определим колко светлина отразява, което прави невероятно трудно да се търси. Единствената причина, поради която успяхме да намерим по-малки отдалечени обекти като Гоблин, е, че те са близо до най-близкия им подход, видими само за миг на звездно време, преди да се върнат обратно в сенките.
Откриващите изображения на 2015 TG387, направени на 8-метровия телескоп Subaru, разположен на връх Mauna Kea в Хавай на 13 октомври 2015 г. Изображенията са направени на разстояние около 3 часа. 2015 TG387 може да се види да се движи между изображения в близост до центъра, докато много по-далечните звезди и галактики са неподвижни. Изображението е предоставено от Скот Шепърд. (Изображение предоставено от Скот Шепърд) „Деветдесет и девет процента от тяхната орбита не бихме ги намерили“, казва Шепърд. „И така, ние просто намираме върха на айсберга.“
Ловът на Планета 9 страда от сериозна липса на данни - засега. Трудно е да се направят статистически изводи с такъв малък размер на извадката от малки планети, особено когато хиляди вероятно съществуват. „Всяко едно от тези открития предполага огромно, невиждано население“, казва Банистър. „И така наблюдателните пристрастия наистина могат да повлияят на изводите, които правите за съществуването на това огромно невиждано население и каква форма оформят орбитите му в космоса и какъв потенциал могат да бъдат оформени или биха могли да бъдат оформени от тях.“
Гоблинът е забелязан за първи път през 2015 г. от японския 8-метров телескоп Subaru на Мауна Кеа в Хавай, но второстепенната планета е толкова далеч, че бяха необходими три години последващи наблюдения с телескопи в Чили и Аризона, преди орбитата й да може да бъде изчислено, разкривайки истинския му път и разстояние. Открити са няколко допълнителни малки планети и когато астрономите прецизират орбиталните си параметри, те ще имат по-добра представа къде е скрита масивната планета - ако изобщо има такава.
Телескопът Subaru на Мауна Кеа, Хаваи. (Wikimedia Commons / CC 2.0) „Фактът, че в края на деня Планета 9 е там или не там, а математиката, която съм правил, е правилна или грешна, всъщност е изключително привлекателен аспект на целия този проблем“, казва Батигин. „Това не е един от тези проблеми, при които можете да спекулирате, докато не умрете. ... Мисля, че следващите 10 години са много време. "
Продължаващите проучвания на небето с телескопи като Subaru и нови обсерватории като Големия синоптичен телескоп (LSST) - който ще разполага с най-голямата цифрова камера в света с 3, 2 гигапиксела, с размер на малка кола - ще открие още повече обекти с нашето разбиране за Слънчевата система. Допълнителната астрономическа работа, като второто освобождаване на данни от космическия телескоп Гая, помага да се усъвършенстват нашите модели за движението на звездите в цялата история на галактиката, като допълнително затягат ограниченията на изключително далечните малки планети.
Ако и когато цялата тази работа доведе до откриването на Планета 9, Шеппард казва: „това ще бъде триумф на науката“.
