Odkształcenie płaszczyzny orbit KBO wskazuje na nieznany obiekt o masie planetarnej

Nieznany, niedostrzeżony jeszcze obiekt o masie planetarnej może skrywać się w odległych ostępach Układu Słonecznego – wskazują najnowsze wyniki badań orbit mniejszych obiektów Układu Słonecznego, które zostaną opublikowane w periodyku Astronomical Journal. Rzeczony obiekt ma być inny – i dużo bliższy – niż tak zwana Planeta 9, której istnienie musi jeszcze zostać potwierdzone.

W artykule naukowym Kat Volk oraz Renu Malhotra z Lunar and Planetary Laboratory (LPL) na Uniwersytecie w Arizonie przedstawiają przekonujące dowody istnienia jeszcze nieodkrytego obiektu planetarnego o masie większej od masy Marsa a mniejszej od masy Ziemi. Tajemniczy obiekt jak wskazują autorzy, zdradza swoją obecność – jak na razie – tylko poprzez kontrolowanie płaszczyzn orbit określonej populacji obiektów Pasa Kuipera (KBO) krążących w zewnętrznych regionach Układu Słonecznego.

Podczas gdy większość obiektów Pasa Kuipera – pozostałości po okresie formowania się Układu Słonecznego – krąży wokół Słońca po orbitach nieznacznie nachylonych do średniej płaszczyzny Układu Słonecznego, najodleglejsze obiekty Pasa Kuipera już się do tej reguły nie stosują. Uśredniona płaszczyzna ich orbit nachylona jest do orbity Układu Słonecznego o około 8 stopni. Innymi słowy, nieznany obiekt odkształca uśrednioną płaszczyznę orbit obiektów zewnętrznego obszaru Układu Słonecznego.

Najbardziej prawdopodobnym wytłumaczeniem uzyskanych przez nas wyników jest jakiś nieznany obiekt –  mówi Volk, badacz w LPL i główny autor opracowania. Według naszych obliczeń do spowodowania takiego zniekształcenia płaszczyzny orbit niezbędny jest obiekt o masie co najmniej porównywalnej z masą Marsa.

Pas Kuipera leży za orbitą Neptuna i rozciąga się na odległość kilkuset jednostek astronomicznych (AU), przy czym 1 jednostka astronomiczna to odległość równa średniej odległości Ziemi od Słońca (ok. 150 mln km). Podobnie jak jego kuzyn z wewnętrznej części układu planetarnego – Pas Planetoid, Pas Kuipera wypełniony jest olbrzymią liczbą małych, głównie lodowych, obiektów oraz planet karłowatych.

W ramach swoich badań Volk i Malhotra przeanalizowali nachylenie płaszczyzn orbitalnych podczas 600 obiektów Pasa Kuipera, a następnie określili wspólny kierunek, wokół którego owe płaszczyzny ulegają precesji. Precesja odnosi się do powolnych zmian lub wahań orientacji rotujących obiektów.

Obiekty KBO poruszają się podobnie do znanych z dzieciństwa (przynajmniej sprzed ery smartfonów – przyp. red.) wirujących bąków – tłumaczy Malhotra. Wyobraźmy sobie, że mamy mnóstwo takich rotujących bąków i każdego delikatnie popchniemy. Gdy chwilę później wykonamy zdjęcie wszystkich obiektów, to każdy z nic będzie miał inaczej zorientowaną oś rotacji, ale średnio wszystkie będą wskazywały na kierunek lokalnego pola grawitacyjnego Ziemi.

Spodziewamy się, że kąt nachylenia płaszczyzny każdego KNO będzie inny, ale średnio wszystkie powinny być skierowane prostopadle do płaszczyzny określonej przez Słońce i największe planety układu.

Gdybyśmy mieli sobie wyobrazić średnią płaszczyznę orbit obiektów zewnętrznego Układu Słonecznego jako kartkę, byłaby ona całkiem płaska do odległości ok. 50 AU od Słońca. Jednak  odkryliśmy, że w odległości 50 do 80 AU średnia płaszczyzna orbit jest nachylona w stosunku do średniej płaszczyzny. Oczywiście zmierzone odkształcenie także polega niepewnościom, jednak prawdopodobieństwo, że zmierzone odkształcenie jest tylko błędem statystycznym  wynosi 1-2%.

Obiekt planetarny o rozmiarach Marsa wystarczyłby do wytworzenia obserwowanych perturbacji w Pasie Kuipera. Źródło: Heather Roper/LPL

Inaczej mówiąc, obserwowany efekt najprawdopodobniej jest rzeczywistym sygnałem a nie tylko błędem statystycznym. Według obliczeń, obiekt o masie Marsa krążący ok. 60 AU od Słońca po orbicie nachylonej o osiem stopni (do średniej płaszczyzny orbit znanych planet) miałby wystarczający wpływ grawitacyjny na swoje otoczenie, aby odkształcić płaszczyznę orbit odległych KBO znajdujących się 10 AU przed i za sobą.

Obserwowane odległe KBO skoncentrowane są w pierścień o szerokości ok. 30 AU i odczułyby z czasem wpływ grawitacyjny takiego obiektu – mówi Volk.

Jednocześnie to sprawia, że postulowany obiekt nie mógłby być hipotetyczną Planetą 9, na której istnienie wskazują inne obiekty. Planeta 9 według obecnej wiedzy musi być znacznie większym obiektem (o masie rzędu 10 mas Ziemi) i znajdującym się aż 500-700 AU od Słońca.

To zdecydowanie za daleko aby Planeta 9 mogła wpłynąć na te obiekty Pasa Kuipera. Potencjalny obiekt musi znajdować się w odległości rzędu 100 AU, aby tak znacząco wpływać na te KBO.

Ponieważ z definicji planeta musi oczyścić swoją orbitę z małych ciał takich jak KBO, autorzy mówią o hipotetycznym obiekcie jako o obiekcie o masie planetarnej. Dane nie wykluczają także możliwości, że odkształcenie płaszczyzn orbitalnych może być spowodowane nie przez jeden a przez kilka obiektów o masie planetarnej.

Dlaczego zatem ich jeszcze nie znaleźliśmy? Najprawdopodobniej dlatego, że nie przeszukiwaliśmy całego nieba w poszukiwaniu odległych obiektów Układu Słonecznego.Najbardziej prawdopodobnym miejscem, w którym może skrywać się obiekt o masie planetarnej będzie w kierunku płaszczyzny galaktyki – w obszarze tak gęsto upakowanym gwiazdami, że przeglądy Układu Słonecznego zazwyczaj go omijają.

Możliwe także, że to nie obiekt o masie planetarnej, a przechodząca w pobliżu Układu Słonecznego gwiazda swoim oddziaływaniem grawitacyjnym odkształciła płaszczyznę orbit obserwowanych obiektów Pasa Kuipera.

Możliwość odkrycia hipotetycznego obiektu nadejdzie już wkrótce – wraz z ukończeniem budowy Large Synoptic Survey Telescope. Projekt realizowany przez konsorcjum w skład którego wchodzą naukowcy m.in. z Uniwersytetu w Arizonie ma być ukończony w 2020 roku.

Oczekujemy, że LSST pozwoli nam obserwować nie tak jak dotychczas 2000 obiektów Pasa Kuipera, a raczej 40 000. Tam naprawdę jest dużo więcej KBO, tylko ich jeszcze nie widzieliśmy.

Źródło: UA

  • Spootnick

    Czyli w 2020 możemy dowiedzieć się, że układ słoneczny zawiera np. 20 planet wychodzących daleko za pas kuipera…