Παίρνει Scott Sheppard περίπου 15 λεπτά για να περπατήσει για να εργαστεί στο Τμήμα Χερσαίου Μαγνητισμού του Ινστιτούτου Carnegie, μια ερευνητική μονάδα στην Ουάσιγκτον, που ιδρύθηκε αρχικά το 1904 για να υποστηρίξει εκστρατείες για να χαρτογραφήσει το μαγνητικό πεδίο της Γης. Σήμερα, η πανεπιστημιούπολη φιλοξενεί πλανητικούς επιστήμονες όλων των ειδικοτήτων, συμπεριλαμβανομένου του Sheppard, ο οποίος μελετά τα ουράνια σώματα του ακραίου εξωτερικού ηλιακού συστήματος. Λέει ότι παίρνει τις καλύτερες ιδέες του ενώ περπατάει και ότι συνήθως ενοχλείται από διασταυρώσεις, οι οποίες απαιτούν ακριβώς αρκετή προσοχή για να αποτρέψουν το μυαλό από την περιπλάνηση με αυτόν τον ανεξήγητα εποικοδομητικό τρόπο. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο Sheppard είναι πεπεισμένος ότι ένας μεγάλος, άγνωστος πλανήτης περιστρέφεται γύρω από τον Πλούτωνα στον ήλιο, μπορεί κανείς να φανταστεί μόνο που το μυαλό του περιπλανιέται κατά τις πρωινές βόλτες του.
Η ιδέα ότι ένας τεράστιος πλανήτης, που ονομάζεται Πλανήτης 9 ή Πλανήτης Χ, υπάρχει σε τόσο μεγάλη απόσταση που δεν μπορούσαμε να βρούμε ότι οι αστρονόμοι σε όλο τον κόσμο σαρώνουν τον ουρανό για ενδείξεις. Ο Sheppard, ο οποίος έχει ανακαλύψει μερικά από τα πιο μακρινά αντικείμενα στο ηλιακό σύστημα, πιστεύει ότι τα τροχιακά μονοπάτια αυτών των μικρών πλανητών πιθανότατα σχηματίζονται από την βαρυτική επίδραση ενός υποθετικού πλανήτη 9. Και σήμερα, η ομάδα του ανακοίνωσε την ανακάλυψη ενός άλλου εξαιρετικά μακρινό πλανήτη, ο δεύτερος μακρινότερος γνωστός αντικειμενικός στόχος του ηλιακού συστήματος από τη μέση απόσταση - που φέρει και πάλι το διακριτικό σήμα ενός διαστημικού βράχου στις λαβές ενός ανεξερεύνητου γιγαντιαίου πλανήτη.
"Μια φορά τον αιώνα βρούμε έναν πλανήτη, σωστά; Έτσι, ήρθε η ώρα να βρούμε και πάλι, "λέει ο Sheppard.
Το Γκόμπλιν
Το νέο αντικείμενο, που ονομάζεται επίσημα το 2015 TG387, περιστρέφεται γύρω από μια ειδική κατηγορία ουράνιων σωμάτων γνωστών ως αντικείμενα Inner Oort Cloud ή ακραία trans-Neptunian αντικείμενα (ETNOs). Το σώμα του βράχου και του πάγου, το παρατσούκλι "το Goblin" από την ομάδα ανακάλυψης, είναι σήμερα περίπου 80 αστρονομικές μονάδες (AU) από τον ήλιο, ή περίπου δύο φορές όσο η μέση απόσταση του Πλούτωνα. Ωστόσο, το Goblin ταξιδεύει σε μια εξαιρετικά επιμηκυσμένη τροχιά που τον μεταφέρει στις ακραίες εξόχως απομακρυσμένες περιοχές του ηλιακού μας συστήματος, βυθίζοντας μέχρι τις 2300 AU κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του 40.000 χρόνων γύρω από τον ήλιο.
Όμως, όσο πιο ενδιαφέρουσα είναι το αφελείο του αντικειμένου, ή το πιο απομακρυσμένο σημείο του από τον ήλιο, το Goblin είναι ίσως ακόμη πιο ενδιαφέρον για το περιείλιό του ή το πλησιέστερο σημείο του. Ο μικρός πλανήτης, ο οποίος εκτιμάται σε περίπου 300 χιλιόμετρα σε διάμετρο (περίπου το ένα έβδομο του μεγέθους του Πλούτωνα), πλησιάζει μόλις 65 AU (έξι δισεκατομμύρια μίλια). Επειδή η πλησιέστερη προσέγγισή της δεν είναι σχεδόν καθόλου, η Sheppard λέει ότι ο Goblin επηρεάζεται ελάχιστα από τη βαρύτητα των μαζικών πλανητών όπως ο Δίας και ο Ποσειδώνας.
"Ποτέ δεν έρχεται σε κανένα σημείο κοντά όπου οι γιγάντιοι πλανήτες είναι, " λέει. "Υπάρχουν μόνο τρία από αυτά τα αντικείμενα που παραμένουν εκεί έξω."
Οι τροχιές του νέου ακραίου νάνου πλανήτη 2015 TG387 και των συναδέλφων του Inner Oort Cloud αντικειμένων 2012 VP113 και Sedna σε σύγκριση με το υπόλοιπο του ηλιακού συστήματος. Το 2015 το TG387 αποκαλείται "The Goblin" από τους ανακαλύπτους, καθώς ο προσωρινός χαρακτηρισμός του περιέχει TG και το αντικείμενο παρουσιάστηκε για πρώτη φορά κοντά στο Halloween. 2015 Το TG387 έχει μεγαλύτερο ημι-κύριο άξονα από ότι το 2012 VP113 ή Sedna, πράγμα που σημαίνει ότι ταξιδεύει πολύ πιο μακριά από τον ήλιο στο πιο απομακρυσμένο σημείο της τροχιάς του, δηλαδή περίπου 2300 AU. (Roberto Molar Candanosa και Scott Sheppard, ευγενική προσφορά του Ινστιτούτου Επιστήμης της Carnegie) Τα άλλα δύο είναι Sedna και 2012 VP113, τα οποία έχουν περιείλια 76 και 80 AU αντίστοιχα, αν και ποτέ δεν ταξιδεύουν τόσο μακριά όσο το Goblin. Όταν εξετάζονται από κοινού, αυτά τα τρία αντικείμενα αρχίζουν να παράγουν μια εντυπωσιακή εικόνα της μακρινής τους σφαίρας. Είναι αποσυνδεδεμένα από το υπόλοιπο ηλιακό σύστημα, ανοσοποιημένα στην επιρροή του, και όμως όλα εμφανίζονται στο ίδιο μέρος του ουρανού.
"Αν κοιτάξετε την Sedna και κοιτάξετε το VP113 και κοιτάτε μερικά από τα άλλα ακραία αντικείμενα με αυτές τις πολύ απομακρυσμένες τροχιές, όλοι είναι πολύ παρόμοιες", λέει ο Sheppard. "Όλοι συγκεντρωμένοι στο ίδιο μέρος του ουρανού, όλοι έρχονται στο περιείλιο - η πλησιέστερη προσέγγισή τους στον ήλιο - στο ίδιο μέρος και θα περίμενε κανείς ότι θα ήταν τυχαίο σε όλο τον ουρανό. ... Γι 'αυτό νομίζουμε ότι υπάρχει ένας μεγαλύτερος πλανήτης εκεί έξω, γιατί είναι αυτά τα αντικείμενα σε αυτά τα είδη των τροχιών ».
Άλλοι μικρότεροι πλανήτες βρίσκονται σε τροχιά σε ακραίες αποστάσεις, όπως το 2014 FE72, το οποίο είναι το πιο μακρινό αντικείμενο από μέση απόσταση, αλλά τείνουν να ταλαντεύονται πιο κοντά στους γιγαντιαίους πλανήτες. 2014 FE72 μπορεί να πλησιάσει τον ήλιο από τον Πλούτωνα στην πλησιέστερη προσέγγισή του, για παράδειγμα. Μια πειστική εξήγηση για αυτά τα αντικείμενα είναι ότι περιπλανήθηκαν πολύ κοντά σε έναν από τους γίγαντες του φυσικού αερίου σε κάποια στιγμή και βγήκαν σε ακραίες αποστάσεις σχεδόν εξαντλημένες - αλλά όταν συμβαίνει αυτό, τα βραχώδη αντικείμενα τείνουν να γυρίζουν πίσω στο σημείο κοντά από όπου πέφτουν.
Όταν πρόκειται για το Goblin, το Sedna και το VP113 του 2012, κάτι άλλο τους έχει παγιδευτεί σε μια μοναχική τροχιά, ευθυγραμμισμένη αλλά εκτός από τη μικρή γειτονιά μας των πλανητών.
Η σκιά ενός ανεξερεύνητου πλανήτη
Πόσο πιθανό είναι η ύπαρξη ενός μαύρου πλανήτη που δεν έχει ανακαλυφθεί, περνώντας σιγά-σιγά τον ήλιο κάθε δεκάδες χιλιάδες χρόνια σε ακραίες αποστάσεις, εξαρτάται από το ποιος ζητάτε. Από την πλευρά του, ο Sheppard, ο οποίος έχει ανακαλύψει δεκάδες δευτερεύοντες πλανήτες, κομήτες και φεγγάρια, θα τοποθετούσε τις πιθανότητες του Planet 9 σε περίπου 80 ή 85 τοις εκατό - και δεν είναι καν ο πιο αισιόδοξος.
"Η εμπιστοσύνη μου είναι περίπου 99, 84 τοις εκατό", λέει ο Κωνσταντίνος Batygin, ένας πλανητικός αστροφυσικός και βοηθός καθηγητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας. Ο Batygin δημιουργεί θεωρητικά μοντέλα του εξωτερικού ηλιακού συστήματος για να αναζητήσει συμβουλές για τον πλανήτη 9, τραγάνισμα των αριθμών σε πολλούς μικρούς πλανήτες που συσσωρεύονται σε διάφορες ομάδες και τις επιρροές δεκάδων τροχιακών παραγόντων. Το χαρτί του 2016 με τον συνάδελφό του Caltech Michael Brown περιέγραψε ίσως την ισχυρότερη περίπτωση του Planet 9, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι υπήρχε μόνο ένα κλάσμα πιθανότητας ένα τοις εκατό ότι οι ομάδες αυτών των αντικειμένων εμφανίστηκαν τυχαία.
"Αυτό το σώμα είναι μια τεράστια νέα προσθήκη, " λέει ο Batygin του Goblin. "Ενισχύει πολύ την υπόθεση για τον πλανήτη 9."
Μια σύγκριση του 2015 TG387 σε 65 AU με τους γνωστούς πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος. Ο Κρόνος μπορεί να φανεί στα 10 AU και η Γη είναι, φυσικά, 1 AU, καθώς η μέτρηση ορίζεται ως η απόσταση μεταξύ του Ήλιου και του πλανήτη μας. (Roberto Molar Candanosa και Scott Sheppard, ευγενική προσφορά του Ινστιτούτου Επιστήμης της Carnegie) Άλλοι δεν είναι τόσο σίγουροι. "Δεν θα πήγαινα στο επίπεδο των 85 τοις εκατό. Υπάρχουν αλληλοσυγκρουόμενες αποδείξεις », λέει ο David Tholen, ένας αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης, ο οποίος ήταν μέλος της ομάδας που ανακάλυψε το Goblin. Παραπέμπει στο διαστημικό σκάφος Cassini, το οποίο περιστρέφεται γύρω από τον Κρόνο για περισσότερα από 13 χρόνια, μετρώντας τη δυναμική και τις δυνάμεις του εξωτερικού ηλιακού συστήματος. "Αυτό χρησιμεύει ως πολύ ευαίσθητος ανιχνευτής για άλλα πράγματα εκεί έξω και η ανάλυση αυτών των δεδομένων υποδηλώνει ότι δεν βλέπουμε στοιχεία για το [Planet 9]".
Αλλά ακόμα κι αν δεν αγοράσουν την υπόθεση του Πλανήτη 9, οι περισσότεροι αστρονόμοι συμφωνούν ότι κάτι ανεξήγητο είναι η διάσπαση αντικειμένων όπως το Goblin μακριά από το ηλιακό σύστημα. Μερικές θεωρίες υποδεικνύουν ότι κατά τη διάρκεια του πρώιμου σχηματισμού του ήλιου, πριν από 4, 5 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν σχηματίστηκαν άλλα αστέρια, η υπερβολική βαρύτητα μιας στενής αστρικής συνάντησης θα μπορούσε να έχει τραβήξει αυτά τα αντικείμενα μακριά και να τα αφήσει σε μια απολιθωμένη τροχιά, Sheppard λέει. Εναλλακτικά, ίσως αρκετοί από αυτούς τους δευτερεύοντες πλανήτες υπάρχουν ότι μπορούν να επηρεάσουν τις τροχιές του άλλου για πολλά εκατομμύρια χρόνια μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αυτοβαρύτητα, σταδιακά να ωθεί ο ένας τον άλλο μακρύτερα και μακρύτερα.
"Εάν υπάρχουν πολλοί από αυτούς τους μικρούς πλανήτες όπως το Sedna και αυτό το νέο αντικείμενο, βεβαίως ασκούν βαρυτικές δυνάμεις ο ένας στον άλλο", λέει η Ann-Marie Madigan, επίκουρη καθηγήτρια αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder, μελετά μοντέλα αυτοβαρύτητας σε μακρινά αντικείμενα του ηλιακού συστήματος. Λέει ότι αυτοί οι δευτερεύοντες πλανήτες είναι "τόσο μακριά από το εσωτερικό ηλιακό σύστημα, με τους γιγαντιαίους πλανήτες και τέτοια πράγματα, αυτές οι δυνάμεις [αυτο-βαρύτητας] μπορούν πραγματικά να είναι εξαιρετικά ισχυρές. ... Δεν χρειάζεστε έναν επιπλέον πλανήτη εκεί έξω. "
Ο Madigan παραδέχεται ότι η αυτοβαρτικότητα δεν μπορεί να εξηγήσει τα πάντα σχετικά με τις τροχιές των μακρινών πλανών, όπως η ευθυγράμμιση κατά μήκος του "γεωγραφικού μήκους των περιχειλιών", παρόμοιο με τους κύριους άξονες των ελλειπτικών τροχιών. Και υπάρχουν και άλλες «εξωτερικές δυνάμεις» που πρέπει να ληφθούν υπόψη, όπως λέει ο Σέπαρντ, όπως η γαλαξιακή παλίρροια - η συλλογική βαρυτική δύναμη όλων στον Γαλαξία, συμπεριλαμβανομένης της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο κέντρο της. Οι θεωρίες που προβλέπουν την ύπαρξη του Πλανήτη 9 λαμβάνουν υπόψη όλες αυτές τις επιρροές, αλλά και μια άγνωστη διαδικασία μπορεί να είναι και στο παιχνίδι.
"Αυτό είναι σπουδαίο", λέει ο Michele Bannister, πλανητικός αστρονόμος στο Queen's University Belfast στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος διεξήγαγε την έρευνα OSSOS από το 2013 έως το 2017, ο οποίος ανίχνευσε 840 μακρινούς πλανήτες. "Έχουμε αυτή τη μεγάλη ποικιλία θεωριών που προσπαθούμε να εξηγήσουμε αυτόν τον πληθυσμό. Αυτό είναι το σημάδι ενός καλού υγιούς ενεργού πεδίου. "
Περιορισμός της αναζήτησης
Ο Sheppard συγκρίνει τη συσσωμάτωση των Goblin, Sedna και 2012 VP113 σε μια σχέση μεταξύ του Ποσειδώνα και του Πλούτωνα. Αν και ο Ποσειδώνας διασχίζει την τροχιακή τροχιά του Πλούτωνα, τα δύο πλανητικά σώματα ποτέ δεν πλησιάζουν το ένα το άλλο επειδή είναι κλειδωμένα σε μια βαρυτική σχέση - γνωστή ως συντονισμός - που προκαλεί τον Πλούτωνα να τροχιάσει δύο φορές για κάθε τρεις τροχιές του Ποσειδώνα. Εάν δεν γνωρίζατε πού ήταν ο Ποσειδώνας, θα μπορούσατε να εντοπίσετε τον γιγαντιαίο πλανήτη ακολουθώντας προσεκτικά τον Πλούτωνα. Αν και οι τρεις εξαιρετικά απομακρυσμένοι μικρότεροι πλανήτες δεν θα κλειδούσαν σε μια τέτοια σταθερή σχέση με τον Πλανήτη 9, θα μπορούσε να συμβεί μια παρόμοια σχέση βαρύτητας.
Εάν οι μικρότεροι πλανήτες βρίσκονται σε βαρυτικό χορό με τον Πλανήτη 9, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι ο μεγάλος πλανήτης είναι πολύ μακριά - κοντά στο αποθέσιο της τροχιάς του περίπου 1.000 AU από τον ήλιο. Έχουμε μόνο μια γενική ιδέα για το μέγεθος του Planet 9 - μεταξύ δύο και τεσσάρων φορές εκείνη της Γης, αν υπάρχει - και δεν υπάρχει τρόπος να καθορίσουμε πόσο φως αντανακλά, πράγμα που καθιστά εξαιρετικά δύσκολο να αναζητηθεί. Ο μόνος λόγος που μπορέσαμε να βρούμε μικρότερα μακρινά αντικείμενα, όπως το Goblin, είναι επειδή βρίσκονται κοντά στην πλησιέστερη προσέγγισή τους, ορατά για μια στιγμή της αστρικής χρονικής στιγμής πριν βυθιστούν πίσω στις σκιές.
Οι εικόνες ανακάλυψης του 2015 TG387 που τραβήχτηκαν στο τηλεσκόπιο Subaru 8 μέτρων που βρίσκεται στην κορυφή της Mauna Kea στη Χαβάη στις 13 Οκτωβρίου 2015. Οι εικόνες τραβήχτηκαν περίπου 3 ώρες. 2015 Το TG387 μπορεί να δει ότι κινείται μεταξύ εικόνων κοντά στο κέντρο, ενώ τα πολύ πιο απομακρυσμένα αστέρια και γαλαξίες είναι ακίνητα. Η εικόνα παρέχεται από τον Scott Sheppard. (Εικόνα παρέχεται από τον Scott Sheppard) "Ενενήντα εννέα τοις εκατό της τροχιάς τους, δεν θα τους βρούσαμε", λέει ο Sheppard. "Έτσι, βρίσκουμε ακριβώς την άκρη του παγόβουνου".
Το κυνήγι του Planet 9 υποφέρει από μια σοβαρή έλλειψη δεδομένων - για τώρα. Είναι δύσκολο να εξαχθούν στατιστικά συμπεράσματα με ένα τόσο μικρό μέγεθος δείγματος μικρών πλανητών, ειδικά όταν υπάρχουν χιλιάδες. "Κάθε μία από αυτές τις ανιχνεύσεις συνεπάγεται έναν τεράστιο, αόρατο πληθυσμό", λέει ο Bannister. "Και έτσι οι παρατηρησιακές προκαταλήψεις μπορούν πραγματικά να επηρεάσουν τα συμπεράσματα που συναγάγετε για την ύπαρξη αυτού του απέραντου πληθυσμού και τι σχηματοποιεί τις τροχιές του στο διάστημα και ποια δυνητικά διαμορφώνονται από ή θα μπορούσαν να διαμορφωθούν".
Το Goblin εντοπίστηκε για πρώτη φορά το 2015 από το Ιαπωνικό τηλεσκόπιο Subaru των 8 μέτρων στο Mauna Kea στη Χαβάη, αλλά ο μικρός πλανήτης είναι τόσο μακριά που χρειάστηκαν τρία χρόνια παρακολούθησης με τα τηλεσκόπια στη Χιλή και την Αριζόνα πριν την τροχιά του υπολογίζεται, αποκαλύπτοντας την πραγματική του πορεία και απόσταση. Έχουν ανακαλυφθεί αρκετοί επιπρόσθετοι μικροί πλανήτες και όταν οι αστρονόμοι επεξεργαστούν τις τροχιακές τους παραμέτρους, θα έχουν μια καλύτερη εικόνα για το πού είναι κρυμμένος ο μαζικός πλανήτης -αν οπουδήποτε.
Το τηλεσκόπιο Subaru στο Mauna Kea της Χαβάης. (Wikimedia Commons / CC 2.0) "Το γεγονός ότι ο πλανήτης 9 είναι στο τέλος της ημέρας είτε εκεί είτε όχι και τα μαθηματικά που έχω κάνει είτε σωστά είτε λάθος είναι στην πραγματικότητα μια όμορφα ελκυστική πτυχή αυτού του προβλήματος", λέει ο Batygin. "Αυτό δεν είναι ένα από αυτά τα προβλήματα όπου μπορείτε να κερδοσκοπήσετε για αυτό μέχρι να πεθάνετε. ... Νομίζω ότι τα επόμενα 10 χρόνια είναι αρκετός χρόνος. "
Οι συνεχείς έρευνες για τον ουρανό με τηλεσκόπια όπως το Subaru και τα νέα παρατηρητήρια όπως το Μεγάλο Σύνολο Τεσκοπόλησης Έρευνας (LSST) - που θα έχουν τη μεγαλύτερη ψηφιακή φωτογραφική μηχανή στον κόσμο στα 3, 2 gigapixel, περίπου το μέγεθος ενός μικρού αυτοκινήτου - θα ανακαλύψουν ακόμα περισσότερα αντικείμενα καθώς η κατανόησή μας για το ηλιακό σύστημα μεγαλώνει. Πρόσθετη εργασία αστρονομίας, όπως η δεύτερη απελευθέρωση δεδομένων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Gaia, συμβάλλει στη βελτίωση των μοντέλων μας των κινήσεων των αστεριών καθ 'όλη την ιστορία του γαλαξία, ενισχύοντας περαιτέρω τους περιορισμούς στους απομακρυσμένους δευτερεύοντες πλανήτες.
Εάν και πότε όλα αυτά τα έργα οδηγούν στην ανακάλυψη του Πλανήτη 9, ο Σέπαρντ λέει, «θα είναι θρίαμβος της επιστήμης».
