Uusia todisteita aurinkokuntamme kaukaisimmissa kolkissa lymyilevästä hypoteettisesta lisäplaneetasta on tullut julki — ja vihjeet liittyvät jäisiin kappaleisiin, jotka ylittävät Neptunuksen radan kulkiessaan pitkiä, kiertäviä polkuja Auringon ympäri.

Yhdeksäs Planeetta (engl. Planet Nine), kuten ennustettua planeettaa kutsutaan, esitettiin ensimmäisen kerran vuonna 2016 Caltechin Konstantin Batyginin ja Michael Brownin toimesta, joista jälkimmäinen oli löytänyt myös kääpiöplaneetta Eriksen vuonna 2005. Heidän alkuperäiset todisteensa keskittyivät pääasiassa Neptunusta kauempana olevien transneptunuslaisten kohteiden (TNO) ryhmittymiin, jotka ovat kohteita, jotka viettävät suurimman osan kiertoradastaan kauempana auringosta kuin Neptunus on. Se on melko kaukana. Tarkemmin sanottuna kaksikko oli keskittynyt TNO:ihin, joilla oli suuri kaltevuus, mikä tarkoittaa, että kohteet kiersivät Aurinkoa jyrkässä kulmassa ekliptiseen tasoon nähden.

Koska aurinkokunnan sisältö muodostui aurinkoa ympäröivästä kiekosta, odotamme, että kaikki aurinkoa kiertävät kappaleet pysyvät suhteellisen lähellä kiekon tasoa. Jotkut eivät kuitenkaan pysy — ja tutkimusryhmä päättelee tämän olevan todiste siitä, että Planeetta Yhdeksän painovoima saattaa vetää kohteita pois ekliptikalta ja niputtaa ne yhteen erittäin vinoutuneille kiertoradoille, joilla on samankaltaiset ”apsidit” (lähimmät ja kaukaisimmat kohdat niiden kiertoradoilla Auringon ympärillä) ja jotka ovat suunnattu samankaltaisella kallistuksella poispäin ekliptikalta.

Jotkut tähtitieteilijät olivat kuitenkin edelleen skeptisiä ja väittivät, että Batyginin ja Brownin havaitsema klusteroituminen on vain havaintovirheen aiheuttama harha. Caltechin kaksikko kiistää tämän ja on nyt julkaissut artikkelin, jossa keskitytään erityisesti havaintoihin matalan kallistuksen TNO:ista, jotka eivät kasaannu, mutta joilla on silti erityispiirteitä.

Nämä jäiset TNO:t ovat outoja, koska ne viettävät suurimman osan elämästään satoja kertoja kauempana Auringosta kuin Maa, mutta niiden kiertoradat ovat niin pitkänomaisia, että ne syöksyvät sisään ja viettävät lyhyen aikaa lähempänä Aurinkoa kuin Neptunus, joka on vain 30 kertaa kauempana Auringosta kuin Maa. ”Tässä työssä tarkastelimme kohteita, joiden radat ovat pitkät, mutta jotka ovat myös voimakkaassa vuorovaikutuksessa Neptunuksen kanssa, erityisesti niitä, jotka ylittävät Neptunuksen radan”, Batygin kertoi Space.com-sivustolle.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita kaikkia Neptunuksen kiertoradan ylittäviä kohteita. Pluto on hyvä vastaesimerkki. Kuten Plutolla, suurimmalla osalla TNO:ista ei ole yhtä pitkänomaisia ratoja kuin ryhmän uudessa tutkimuksessa mukana olevilla. Pikemminkin useimpien TNO:iden radat pitävät ne pitkiä aikoja riittävän lähellä Neptunusta, jotta jääjättiläisen painovoima voi hallita niitä.

Ryhmä keskittyi kuitenkin vain niihin TNO:ihin, jotka ovat satojen astronomisten yksiköiden päässä Neptunuksen gravitaatiovirtauksista, jolloin Planeetta Yhdeksän voi vaikuttaa niihin – jos se on olemassa. Koska nämä tutkittavat kohteet tulevat kaikista suunnista läheltä ekliptistä tasoa ilman, että niissä olisi havaittavissa minkäänlaista klusteroitumista, ei pidä paikkaansa sama väite puolueellisuudesta, jota on esitetty aiempien todisteiden osalta, jotka koskevat suurella kallistuksella olevia, klusteroituvia TNO:ita.

Tutkitut TNO:t ja muut samankaltaisilla radoilla olevat eivät vietä kovinkaan paljon aikaa kiertoradallaan; miljoonien vuosien aikana sinisen jääjättiläisen Neptunuksen painovoima lyö ne väistämättä pois, hajottaa ne kauas ja joskus jopa kokonaan pois aurinkokunnasta. Tämä tarkoittaa sitä, että mikä tahansa lähettää TNO:t Neptunuksen ylittäville kiertoradoille, tekee sen jatkuvasti. TNO-varastojen täydentämiseksi on oltava olemassa jatkuva prosessi. Tämä tarkoittaa, että syyllinen ei voi olla jokin kaukaisessa menneisyydessä tapahtunut tapahtuma, kuten erityisen lähellä ohi kulkeva tähti. Sen on oltava jotain, joka on edelleen olemassa.

On olemassa kaksi skenaariota, joiden mukaan TNO:t voisivat säännöllisesti olla pitkillä, kiertävillä kiertoradoilla, jotka ylittävät Neptunuksen radan. Yksi skenaario on galaktinen vuorovesi, joka on meitä ympäröivän Linnunradan galaksin painovoima, joka vaikuttaa Neptunuksen takana kaukana sijaitsevan Oörtin pilven kohteisiin. Nämä kohteet tuntevat Auringon painovoiman vain löyhästi, koska ne ovat kaukana isäntätähdestämme, mutta galaktinen vuorovesi voi ohjata ne lähemmäs Neptunusta.

Toinen – ehkä mielenkiintoisempi – skenaario on se, että Planeetta Yhdeksän painovoima häiritsee näitä Oörtin pilven kohteita niin paljon, että ne lähestyvät ajan myötä Neptunusta.

Batygin ja hänen ryhmänsä – Michael Brown, Alessandro Morbidelli Nizzassa Ranskassa sijaitsevasta Observatoire de la Côte d’Azur -observatoriosta ja David Nesvorny Boulderissa Coloradossa sijaitsevasta Southwest Research Institutesta — tekivät kaksi simulaatiosarjaa käyttäen havaintoaineistoa todellisista, matalan kallistuksen Neptunuksen ylittävistä TNO:ista saadakseen selville, kumpi skenaario on tarkempi.

Toisessa simulaatiossa TNO:iden vaikutuspiiriin kuului planeetta, jonka massa oli viisi kertaa Maan massaa suurempi (simuloidut ominaisuudet, joita he käyttivät Planeetta Yhdeksän osalta, on johdettu ominaisuuksista, jotka selittivät parhaiten aiemmat todisteet, kuten suuren kallistuksen TNO:iden ryhmittymisen), kun taas toisessa simulaatiossa ei ollut lainkaan Planeetta Yhdeksää, vaan siinä mallinnettiin vain galaktista vuorovettä. Kumpi saisi TNO:t kulkemaan Neptunuksen ohi?

Simulaatiot osoittivat, että matalan kallistuksen TNO:t voivat säännöllisesti tunkeutua Neptunuksen kiertoradalle vain, jos Planeetta Yhdeksän todella on siellä ja sinkoaa niitä. Yksinään galaktisten vuorovesien pyörteet laskettiin liian heikoiksi, jotta TNO:t pääsisivät Neptunuksen ohi. Näin ollen galaktisten vuorovesien simulaatiossa TNO:t pääsevät tietylle etäisyydelle auringosta, mutta eivät lähemmäksi — mutta Planet Nine -skenaariossa TNO:t leviävät Neptunuksen ylittävien kiertoratojen välille, mikä vastaa todellisuudessa nähtyä.

”Osoitamme, että skenaario, jonka mukaan tämä kaikki tapahtuu galaktisten vuorovesien takia, voidaan hylätä hämmästyttävän suurella tilastollisella merkitsevyydellä”, Batygin sanoi. ”Sitä vastoin Planet Nine -skenaario on täysin yhteensopiva tietojen kanssa.”

Batygin vertaa sitä jalkapallo-otteluun, jossa Neptunus on maalivahti. Galaktiset vuorovesi-ilmiöt voivat ampua TNO:t kohti maalia, mutta eivät niin voimakkaasti, että ne pääsisivät maalivahdin ohi. Planeetta Yhdeksän taas on kuin planetaarinen Harry Kane, joka säännöllisesti ampuu TNO:t Neptunuksen ohi hienovaraisesti.

”Näemme datassa joukon jalkapalloja maalin sisällä”, Batygin sanoi.

Silti jalkapallohyökkääjän metsästys jatkuu.

Myöhemmin tällä vuosikymmenellä Chilessä avataan Vera Rubinin observatorio, joka aloittaa 8,4-metrisellä peilikaukoputkellaan yöllisen, koko taivaan kattavan tutkimuksen. Se pystyy testaamaan yhdeksännen planeetan olemassa olevat todisteet — kiertoratojen ryhmittyminen, niiden kiertoratojen tasojen suuntaus, niiden jyrkät kiertoradan kaltevuudet ja retrogradisten (taaksepäin kiertävien) kentaurien yleisyys. Niillä tarkoitetaan Oörtin pilvestä tulleita jäisiä kappaleita, jotka kiertävät tällä hetkellä aurinkokunnan ulompien planeettojen joukossa. Jos jotkin näistä ovat havaintovirheiden aiheuttamia harhoja, Vera Rubinin havainnot paljastavat ne sellaisiksi. Tosin päinvastoin, se voi vahvistaa todisteita ja löytää paljon lisää TNO:ita, joilla on samoja mahdollisia vaikutuksia kuin Planet Nine -planeetalla.

”Siinä testataan kaikki nämä gravitaatiolähtöiset todisteet riippumattomalla uudella tutkimuksella, johon ei kohdistu samoja ennakkoluuloja kuin aiempiin tutkimuksiin”, Batygin sanoi.

On jopa mahdollista, että Vera Rubinin observatorio menee loppuun asti ja todella löytää suuren tamaleen.

”Tehokkuutensa ansiosta se ehkä – vain ehkä – löytää Planeetta Yhdeksän”, Batygin sanoi. ”Se olisi aika siistiä.”

Uudet tulokset on hyväksytty julkaistavaksi The Astrophysical Journal Letters -lehdessä, ja ne ovat tällä hetkellä saatavilla ennakkojulkaisuna: https://arxiv.org/abs/2404.11594

Artikkelin julkaissut space.com