Czyli to jednak nie jest Dziewiąta Planeta? Nowe wyjaśnienie orbit niektórych TNO

Pas Kuipera. Źródło: ESO/M. Kornmesser

Osobliwe orbity niektórych obiektów na obrzeżach Układu Słonecznego, które według niektórych badaczy zostały ukształtowane przez nieznaną dziewiąta planetę, można wytłumaczyć połączonym oddziaływaniem grawitacyjnym małych obiektów krążących wokół Słońca za orbitą Neptuna.

Alternatywne wytłumaczenie hipotezy tak zwanej “dziewiątej planety” przedstawione przez badaczy z Uniwersytetu w Cambridge oraz Amerykańskiego Uniwersytetu w Bejrucie, zakłada istnienie dysku złożonego z małych ciał lodowych o łącznej masie równej dziesięciu masom Ziemi. W połączeniu z uproszczonym modelem Układu Słonecznego, grawitacyjne oddziaływanie hipotetycznego dysku może odpowiadać za nietypową orbitalną architekturę obserwowaną w przypadku niektórych obiektów znajdujących się na zewnętrznych granicach Układu Słonecznego.

Choć nowa teoria nie jest pierwszą, która postuluje, że oddziaływanie grawitacyjne ze strony masywnego dysku złożonego z małych obiektów może sprawiać, że nie potrzebujemy dziewiątej planety, to jest to pierwsza taka teoria, która jest w stanie wyjaśnić istotne właściwości obserwowanych orbit, jednocześnie uwzględniając masę i grawitację pozostałych ośmiu planet Układu Słonecznego. Wyniki badań opublikowano w periodyku Astronomical Journal.

Za orbitą Neptuna rozciąga się Pas Kuipera złożony z niewielkich obiektów będących pozostałościami po okresie formowania się Układu Słonecznego. Neptun oraz inne olbrzymy wpływają grawitacyjnie na obiekty Pasa Kuipera i dalej, łącznie znane jako obiekty transneptunowe (TNO), które krążą wokół Słońca po niemal kołowych orbitach.

Mimo to, w tym samym rejonie astronomowie odkryli pewne tajemnicze i osobliwe obiekty. Od 2003 roku dostrzeżono około 30 TNO poruszających się po bardzo wydłużonych orbitach: odróżniają się one od pozostałych obiektów TNO tym, że dzielą mniej więcej tą samą orientację w przestrzeni. Tego typu zagęszczenia nie da się wytłumaczyć oddziaływaniem ośmiu planet układu słonecznego, przez co doprowadziło astronomów do wniosku, że na nietypowe orbity może wpływać obecność jeszcze nieznanej, dziewiątej planety Układu Słonecznego.

Hipoteza “dziewiątej planety” sugeruje, że aby wyjaśnić nietypowe orbity tych TNO, potrzeba jeszcze jednej planety o masie dziesięciokrotnie przekraczającej masę Ziemi, skrywającej się w odległych rejonach Układu Słonecznego i “zaganiającej” TNO w tym samym kierunku wskutek oddziaływania swojej grawitacji i grawitacji reszty Układu Słonecznego.

“Hipoteza mówiąca o dziewiątej planecie jest fascynująca, ale jeżeli owa planeta faktycznie istnieje, to jak dotąd unikała odkrycia” mówi współautor opracowania Antranik Sefilian, doktorant na Wydziale Matematyki Stosowanej i Fizyki Teoretycznej w Cambridge. “Postanowiliśmy sprawdzić czy może istnieć inne, mniej dramatyczne i prawdopodobnie bardziej naturalne wyjaśnienie nietypowych orbit niektórych TNO. Pomyśleliśmy, że zamiast zakładać istnienie dziewiątej planety, a następnie zastanawiać się nad jej powstaniem i nietypową orbitą, dlaczego nie zbadać grawitacji małych obiektów tworzących dysk za orbitą Neptuna i zobaczyć co nam to da?”

Profesor Jihad Touma z Amerykańskiego Uniwersytetu w Bejrucie oraz jego była studentka Sefilian stworzyli model pełnej dynamiki przestrzennej TNO uwzględniający łączne oddziaływanie gazowych olbrzymów i masywnego, wydłużonego dysku za Neptunem. Obliczenia, które miały początek podczas seminarium na Amerykańskim Uniwersytecie w Bejrucie, wykazały, że taki model może tłumaczyć osobliwe przestrzennie zagęszczone orbity niektórych TNO. W trakcie prac, badacze byli w stanie zidentyfikować zakresy masy dysku, jego “kołowości” oraz wymuszonych stopniowych przesunięć jego orientacji (tempo precesji), które wiernie odtwarzały orbity obserwowanych przez nas TNO.

“Jeżeli usuniemy z modelu dziewiątą planetę, a zamiast niej wstawimy mnóstwo małych obiektów rozsianych na większym obszarze, łączne oddziaływanie grawitacyjne tych obiektów równie dobrze może tłumaczyć wydłużone orbity obserwowanych przez nas nietypowych TNO” mówi Sefilian.

Wcześniejsze próby oszacowania całkowitej masy obiektów znajdujących się poza Neptunem kończyły się szacunkami na poziomie 1/10 masy Ziemi. Niemniej jednak, aby TNO miały obserwowane orbity przy nieobecności dziewiątej planety, model przedstawiony przez Sefilian i Toumę wymaga łącznej masy Pasa Kuipera na poziomie od kilku do dziesięciu mas Ziemi.

“Obserwując inne układy planetarne, często badamy dyski otaczające gwiazdy macierzyste, aby na ich podstawie wywnioskować właściwości planet krążących wokół tych gwiazd” mówi Sefilian. “Problem pojawia się gdy obserwujesz dysk z wnętrza układu i nie da się go zobaczyć jednocześnie w całości. Choć nie mamy żadnych bezpośrednich obserwacyjnych dowodów na istnienie dysku, nie mamy też dowodów na istnienie dziewiątej planety. Właśnie dlatego postanowiliśmy zbadać inne możliwości. Niemniej jednak warto zauważyć, że obserwacje analogów Pasa Kuipera wokół innych gwiazd, jak również modeli formowania planet, wskazują na masywne populacje odłamków.

“Możliwe także, że w rzeczywistości mamy do czynienia z oboma tymi wyjaśnieniami – wokół Słońca może krążyć i masywny dysk i masywna planeta. Z każdym nowo odkrytym TNO zyskujemy nowe informacje, które pozwolą wyjaśnić ich zachowanie”.

Źródło: University of Cambridge

Artykuł naukowy: https://arxiv.org/abs/1804.06859

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.