В нашей Солнечной системе восемь планет, поскольку в 2006 году Плутон был переведен в разряд карликовых планет. Однако в настоящее время наблюдается своеобразная группировка орбит группы экстремальных транснептуновых объектов (ЭТНО) — тел за Нептуном, которые обращаются вокруг Солнца на расстоянии, в среднем более чем в 250 раз превышающем расстояние до Земли. Чтобы объяснить эту группу, в 2016 году астрономы Милке Браун и Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института выдвинули гипотезу о существовании девятой планеты.
Эта планета, получившая название Девятая планета, имела бы размеры суперземли и вытянутую орбиту, расположенную примерно в 460 раз дальше от Солнца, чем наша планета. До сих пор ни один телескоп на Земле или в космосе не обнаружил присутствия Планеты 9, даже широкопольные инфракрасные обзоры WISE и Pan-STARRS, которые, однако, не исключают существования объекта диаметром с Нептун во внешней части Солнечной системы. Также было выдвинуто несколько альтернативных гипотез для объяснения аномального скопления ЭТНО.
Недавно Браун и Батыгин вместе с коллегами Алессандро Морбиделли и Дэвидом Несворни опубликовали еще одну работу, в которой приводятся дополнительные доказательства в пользу существования Планеты 9. Самые дальние уголки Солнечной системы, объясняют они, демонстрируют обилие аномальных динамических структур. И хотя причины этого могут быть разными, использование гипотезы о девятой планете легко объяснимо.
Гипотеза о планете 9
Первоначальные доказательства существования планеты 9 были сосредоточены в основном на группировке ТНО — объектов, которые проводят большую часть своей орбиты дальше от Солнца, чем Нептун. В частности, оба астронома сосредоточились на ТНО с большим наклонением, то есть на тех, орбиты которых сильно наклонены к плоскости эклиптики.
Поскольку содержимое Солнечной системы образовалось из диска вокруг Солнца, можно было бы ожидать, что орбиты будут располагаться относительно близко к плоскости этого диска. Однако для некоторых объектов это не так. Батыгин и Браун предположили, что гравитация Планеты 9 может вытягивать эти объекты из эклиптики и группировать их вместе на сильно наклоненных орбитах (похожих на эклиптику).
Многие ученые по-прежнему относились к этому скептически, утверждая, что то, что Батыгин и Браун считали кластеризацией, было лишь иллюзией, вызванной ошибками наблюдения. Однако два астронома оспорили эту точку зрения и опубликовали новое исследование, посвященное наблюдениям за ТНО с малым наклоном орбит, которые не объединяются в кластеры, но все же имеют особенности, которые можно объяснить существованием Планеты 9.
Орбитальная диаграмма Планеты 9 (обозначена зеленым цветом — P9) и нескольких ЭТНО. Диаметр каждого фонового квадрата составляет 100 АЕ.
Новое исследование
Эти ТНО, рассмотренные Батыгиным и Брауном, своеобразны: большую часть своей жизни они проводят в сотни раз дальше от Солнца, чем Земля, но их орбиты настолько вытянуты, что они проводят период ближе к Солнцу, чем Нептун, который находится всего в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля. Однако сюда не входят все объекты, пересекающие орбиту Нептуна, например Плутон.
В базе данных малых планет 29 ТНО имеют хорошо описанные орбиты с полубольшой осью более 100 АЕ (одна астрономическая единица — это расстояние между Землей и Солнцем), наклонениями менее 40° и перигелием менее 30 АЕ. Из этих 29 орбит 17 имеют хорошо рассчитанные орбиты. Батыгин, Браун, Морбиделли и Несворный сосредоточили свое моделирование на этих 17.
Затем они провели моделирование N-тел этих объектов, включая все: притяжение планет-гигантов, действие галактического прилива при движении Солнечной системы по орбите Млечного Пути, прохождение звезд. Цель состояла в том, чтобы проанализировать происхождение этих объектов и определить, можно ли использовать их в качестве средства поиска Планеты 9.
Для этого они провели два отдельных набора симуляций: один набор включал планету 9 в Солнечной системе с массой в пять раз больше массы Земли, а другой — без нее, когда только галактический прилив формирует орбиты. Моделирование началось при t = 300 миллионов лет, то есть через 300 миллионов лет от начала существования Солнечной системы. Это младенческий период для внутренней динамической эволюции во внешней Солнечной системе, но прошло достаточно времени, чтобы родовое звездное скопление Солнечной системы рассеялось, а планеты-гиганты в основном завершили свои миграции.
В итоге в моделировании участвовало около 2000 объектов с перигелием более 30 АЕ и большой полуосью от 100 до 5000 АЕ, как показано на рисунке ниже.
Эволюция выбранных частиц в рамках расчетов достигла почти плоских орбит (наклон <40 °), проходящих через Нептун за последние 500 миллионов лет интеграции.
Существует ли девятая планета или нет?
Моделирование показало, что ТНО с малым наклоном могут регулярно проникать за орбиту Нептуна только в том случае, если там действительно находится девятая планета, которая их тянет за собой. По расчетам, вихри галактических приливов слишком слабы, чтобы пронести ТНО мимо Нептуна. Таким образом, при моделировании галактических приливов ТНО прибывают на определенное расстояние от Солнца, но не ближе. В то время как в сценарии с включением Планеты 9 ТНО распределяются по ряду орбит через Нептун. Что соответствует тому, что мы видим в реальности.
Это, безусловно, интересные результаты, но они ни в коем случае не доказывают существование девятой планеты. Эти орбиты могут быть сформированы другими факторами. Факторами, которые мы пока не учитываем или которые слишком сильно приближены в моделировании.
Сами авторы указывают, что причиной орбитальных вариаций может быть не планета 9, а что-то другое. Например, гравитационные возмущения первозданной Солнечной системы. Или планеты-изгои, присутствовавшие во времена становления нашей планетарной системы, которые могли влиять на ее архитектуру в течение нескольких сотен миллионов лет, прежде чем были каким-то образом удалены.
Возможно, ответы на эти вопросы появятся в ближайшее время благодаря обсерватории имени Веры Рубин
Если Планета 9 действительно существовала, она могла быть ядром гигантской планеты, выброшенной во время рассвета Солнечной системы. Она также может быть блуждающей планетой, которая дрейфовала в межзвездном пространстве, пока не была захвачена гравитационной средой нашей Солнечной системы. Или же это может быть планета, которая сформировалась на далекой орбите, а проходящая мимо звезда направила ее по эксцентричной орбите.
В 2025 году телескоп имени Веры Рубин в Чили увидит свой первый свет. После этого он начнет проводить ночные исследования всего неба с помощью своего современного 8,4-метрового телескопа.
Благодаря своей высокой производительности Рубин, несомненно, сможет проверить все имеющиеся на данный момент доказательства существования Планеты 9: скопление орбит, выравнивание плоскостей орбит, крутые наклоны орбит, преобладание в орбите ретроградных Кентавров.
Является ли что-то из этих доказательств просто погрешностью наблюдений, покажут измерения Веры Рубин. Или, наоборот, они могут усилить доказательства и обнаружить гораздо больше ТНО, демонстрирующих такое же потенциальное влияние какой-то девятой планеты. Возможно также, что исследования телескопа Вера Рубин может действительно найти ее, девятую планету. То есть если она вообще существует, ведь вопрос остается открытым…
С новым исследованием, принятым к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters, можно ознакомиться здесь.
