Nowe dane o dwóch odległych planetoidach wskazują na obecność Planety 9

Właściwości dynamiczne planetoid, obserwowane po raz pierwszy za pomocą Gran Telescopio CANARIAS, wskazują na możliwe wspólne pochodzenie i dają nam pierwsze wskazówki dotyczące istnienia jeszcze jednej planety za orbitą Plutona, tzw. Planety 9.

W 2000 roku odkryto pierwszy obiekt nowej klasy odległych obiektów Układu Słonecznego, krążących wokół Słońca w odległości znacznie większej niż Neptun: to tak zwane ekstremalne obiekty trans-neptunowe (ETNO, ang. extreme trans Neptunian objects). Ziemia krąży wokół Słońca w odległości równej 1 jednostce astronomicznej (1 AU) czyli ok. 150 milionów kilometrów, jednak obiekty klasy ETNO krążą wokół Słońca w odległości ponad 150 AU. Aby uzmysłowić sobie jak duża to odległość wystarczy przypomnieć, że Pluton oddalony jest od Słońca o 40 AU, a w momencie największego zbliżenia do Słońca znajduje się w odległości ok. 30 AU. To odkrycie stanowi swego rodzaju początek nowego podejścia do badania Układu Słonecznego. Jak dotąd udało się zidentyfikować 21 obiektów klasy ETNO.

 

 

Od niedawna liczne badania wskazują, że parametry dynamiczne ETNO można wytłumaczyć, jeżeli założy się, że w Układzie Słonecznym istnieje jedna lub więcej planet o masie kilku mas Ziemi, krążących w odległości kilkuset AU. W 2016 roku badacze Brown i Batygin wykorzystali orbity siedmiu ETNO do przewidzenia obecności „superziemi” krążącej wokół Słońca w odległości około 700 AU.  Jednak z uwagi na to, że takie obiekty znajdują się tak daleko od Słońca, bardzo trudno je dostrzec i jak dotąd jedynym z 21 obiektów trans-neptunowych obserwowanych spektroskopowo była Sedna.

Teraz zespół badaczy kierowanych przez naukowców z Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) we współpracy z Complutense University of Madrid wykonał kolejny krok w stronę fizycznego scharakteryzowania tych obiektów i potwierdzenia i obalenia hipotezy Planety 9. Naukowcy wykonali bowiem pierwsze obserwacje spektroskopowe obiektów 2004 VN112 oraz 2013 RF98 – obiektów szczególnie ciekawych pod względem dynamicznym ponieważ ich orbity są niemal identyczne a bieguny ich orbit różnią się o bardzo niewielki kąt. Takie właściwości wskazują na wspólne pochodzenie, a ich obecne orbity mogą być wynikiem przeszłych interakcji z hipotetyczną Planetą 9. Artykuł opublikowany ostatnio w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society wskazuje, że owa para ETNO była kiedyś planetoidą podwójną, której elementy zostały od siebie oderwane wskutek spotkania z planetą znajdującą się poza orbitą Plutona.

Sekwencja zdjęć wykonanych za pomocą Gran Telescopio CANARIAS (GTC) w celu zidentyfikowania jednego z obiektów ETNO opisanych w tym artykule – 2013 RF98. Na zdjęciu widać ruch planetoidy w ciągu 4 kolejnych nocy.
Po prawej widma obu obiektów: 2004 VN112 i 2013 RF98 wykonane za pomocą GTC w zakresie widzialnym. Czerwone linie wskazują gradient widm. Źródło: Julia de Leon (IAC)

Aby dojść do tego wniosku, badacze wykonali pierwsze obserwacje spektroskopowe 2004 VN112 oraz 2013 RF98 w zakresie widzialnym. Spektra wykonano przy wydatnej pomocy astronomów Gianluci Lombardi i Ricardo Scarpa za pomocą spektrografu OSIRIS zainstalowanego na Gran Telescopio CANARIAS (GTC) na szczycie Roque de los Muchachos Observatory w La Palma.  Zidentyfikowanie tych obiektów było nie lada wyzwaniem ponieważ ich duża odległość sprawiała, że ich ruch na niebie był wyjątkowo powolny. Następnie, naukowcy zmierzyli ich jasność widzialną i uściślili orbitę 2013 RF98, która dotąd była dość słabo określona.  Badaczom udało się dojrzeć ten obiekt ponad minutę łuku od miejsca, w którym jego obecność przewidywały efemerydy. Obserwacje pozwoliły poprawić obliczenia orbit i zostały opublikowane przez Minor Planet Center (MPEC 2016-U18: 2013 RF98) – biuro odpowiedzialne za identyfikację obiekt i planetoid oraz pomiary ich parametrów orbitalnych.

Widma w zakresie widzialnym umożliwiają także określenie składu chemicznego. Mierząc nachylenie widma można określić czy na powierzchni obiektu znajduje się czysty lód – jak w przypadku Plutona, lub związki węgla. Widmo może także wskazać obecność amorficznych krzemianów takich jak odkryte chociażby na trojańczykach Jowisza. Wartości uzyskane dla 2004 VN112 i 2013 RF98 są niemal identyczne i podobne  do obserwowanych fotometrycznie w przypadków dwóch innych ETNO – 2000 CR105 oraz 2012 VP113. Co ciekawe, Sedna – jedyny z tych obiektów wcześniej badany spektroskopowo – charakteryzuje się zupełnie innymi wartościami. Powyższe pięć obiektów stanowią część grupy siedmiu obiektów wykorzystanej do przetestowania hipotezy mówiącej o istnieniu Planety 9, która mówi, że wszystkie obiekty -poza Sedną – powinny mieć wspólne pochodzenie. Uważa się, że Sedna jest obiektem pochodzącym z wewnętrznych obszarów Obłoku Oorta.

 

 

Podobne gradienty widma obserwowane w przypadku 2004 VN112 – 2013 RF98 wskazują na ich wspólne pochodzenie –  tłumaczy julia de Leon, główna autorka artykułu i astrofizyczka z IAC. Zakładamy możliwość, że w przeszłości oba obiekty stanowiły układ podwójny, który został rozszczepiony wskutek bliskiego spotkania z masywniejszym obiektem. W celu sprawdzenia tej hipotezy, zespół wykonał tysiące symulacji numerycznych, w których sprawdzał jak bieguny orbity rozchodziłyby się w czasie. Wyniki symulacji wskazują, że potencjalna Planeta 9  o masie 10-20 mas Ziemi, krążąca w odległości 300-600 AU od Słońca mogła zaburzyć układ 2004 VN112-2013 RF98 jakieś 5-10 milionów lat temu.

Źródło: IAC