Hipotetyczne planety trans-neptunowe krążące wokół Słońca

Planeta HD 106906 b została znaleziona w 650 AU od swojej gwiazdy macierzystej, gwiazdy nie tak różnej od Słońca. Fomalhaut b to także młoda planeta, która krąży bardzo daleko od swojej gwiazdy.

Te dwie planety zostały odkryte głównie dlatego, że są wystarczająco młode, aby nadal być wystarczająco gorące, aby można je było zobaczyć w podczerwieni. Myślę, że stare planety na bardzo wysokich orbitach miałyby temperatury poniżej 10 K, a zatem byłyby czarne i niewidoczne.

Niektórzy ludzie zgadzają się z hipotezą, że w naszym Układzie Słonecznym gdzieś poza Neptunem niektóre planety inne niż krasnolud mogą krążyć wokół Słońca. Istnienie HD 106906 b i Fomalhaut b sugeruje, że jest to możliwe. Jakie są szanse, że uda nam się znaleźć przynajmniej jedną z tych planet w naszym Układzie Słonecznym? Jeśli istnieją, to jak moglibyśmy je znaleźć?

Niedawne możliwe odkrycie Planet Nine przez Batygin & Brown (2016) wywołało spore zamieszanie w społeczności astronomicznej, Astronomy Stack Exchange i reszcie świata. Dzieje się tak po części dlatego, że jakakolwiek wzmianka o takim odkryciu wywoła poruszenie, ale jest też po części ze względu na deklarowane prawdopodobieństwo, że ruchy obiektów transneptunowych (TNO) będą przypadkowe: 0,007% lub 1 na 14 000, co odpowiada prawdopodobieństwu ~ 3,8 .$\sigma$

To powiedziawszy, faktyczne prawdopodobieństwo istnienia tej planety jest nieco niższe - 90%, według Browna , i 68,3%, według Grega Laughlina , astronomii z UC-Santa Cruz, która wiedziała o wynikach przed publikacją artykułu. Różnica między tymi szansami a kursami wymienionymi w artykule wynika z faktu, że być może istnieją inne czynniki, które mogły spowodować ruchy TNO - a także, że te nieformalne liczby są bardziej jak domysły niż szacunki.

Odpowiedzi na pytanie: Dlaczego „9 planeta” nie została jeszcze wykryta? podałem już różne metody, które nie będą działać w przypadku Planet Nine i dlaczego nie zadziałały. Oprócz oczywistej możliwości, że Planeta Dziewięć po prostu nie istnieje, oto niektóre z nich:

• Można go pomylić z gwiazdą tła, wtapiającą się w Drogę Mleczną. ^[1]
• To daleko, a dim - być może 22 ^nd wielkości obiektu. ^{[1] , [2]}
• Większość metod wykrywania egzoplanet nie będzie działać, w tym ^[3]
  • Prędkość promieniowa.
  • Tranzyt.
  • Mikrosoczewkowanie grawitacyjne
  • Bezpośrednie obrazowanie.
• Wcześniejsze ankiety albo nie patrzyły wystarczająco głęboko, dogłębnie, ale w inne obszary nieba, lub obejmowały długości fal, w których planeta się nie pojawia. ^[4] Jest to kolejny problem ze szczegółowym użyciem WISE w odpowiedzi MBR tutaj . Inne problemy polegają na tym, że planeta prawdopodobnie nie jest wystarczająco masywna, aby WISE mogła ją zobaczyć, i jest bardzo daleko. Może być również zimno i mieć niską albedo, co utrudnia bezpośrednie wykrywanie.

Mówię o tym wszystkim, ponieważ, co zaskakujące, przypadek Planety Dziewiątej jest bardzo istotny dla wykrywania tych innych planet, o których wspomniałeś w swoim pytaniu.

HD 106906 b

Istnieje kilka podobieństw między tą planetą a Planetą Dziewiątą.

• HD 106906 b ma orbitę o półosiowej osi co najmniej 650 AU. Dla porównania, uważa się, że Planeta Dziewięć ma pół-główną oś około 700 AU, zgodnie z szacunkami w artykule. To powiedziawszy, inne właściwości orbitalne są nieznane dla HD 106906b i mogą się różnić.
• HD 106906 b ma masę około 11 mas Ziemi; Planeta Dziewięć ma masę około 10 mas Ziemi.

Jedną różnicą jest to, że HD 106906 b mogło powstać tam, gdzie jest w tej chwili. Rozpraszanie, jak doświadczyła Planet Nine, wydaje się mało prawdopodobne. Oznacza to, że oba mogą mieć różne kompozycje - chociaż uważam, że oba mogą być lodowymi gigantami lub ich pozostałościami, biorąc pod uwagę miejsce ich powstania.

Krótko mówiąc, HD 106906 b może być bardzo podobny do Planet Nine i chociaż niewiele wiemy o żadnej z tych właściwości, wydaje się, że można bezpiecznie powiedzieć, że metody wykrywania i problemy byłyby podobne.

Fomalhaut b

Fomalhaut b jest nieco inny. Jego pół-główna oś wynosi ~ 177 AU - znacznie mniejsza niż te pozostałe dwie planety - i może wynosić od 10 mas Ziemi do kilkuset mas Ziemi.

Co ciekawe, Fomalhaut b został również wykryty pośrednio, podobnie jak Planeta Dziewięć. W dysku pyłowym Fomalhaut znaleziono lukę, która mogła być spowodowana tylko przez ogromną planetę. Później był bezpośrednio obrazowany.

Bezpośrednie wykrycie mogłoby być możliwe, gdyby Fomalhaut b był w Układzie Słonecznym, zwłaszcza biorąc pod uwagę jego większy rozmiar i masę. Dodatkowo miałoby to ogromny wpływ na TNO. Byłby to jednak gigant gazowy, a nie lodowy, więc trudno byłoby wyjaśnić, jak się wyprowadził.

Dyskutowałem o tych planetach, aby zrobić lekki objazd i porozmawiać o tym, co może (i nie musi) być poza Neptunem. Będę tu bardziej wyraźny.

Co może być poza Neptunem

• Lodowy gigant, taki jak Planeta Dziewięć, lub jego pozostałości. Powstałoby to bliżej, w pobliżu Jowisza i Saturna, które istniały w rezonansie okresowym z Saturnem. Istniałyby również inne rezonanse gigantycznych planet. Następnie niestabilność przerwała rezonanse, doprowadzając lodowego giganta do środka w kierunku Saturna, a następnie Jowisza, gdzie został wyrzucony na zewnątrz. To zmieniło orbity pozostałych czterech gazowych gigantów. Mówiłem o tym, to kolejna moja odpowiedź , do której zdaje się ciągle odwoływać.

  To powiedziawszy, początkowa odpowiedź była niepoprawna, co zauważyłem i została poprawiona. Szacunki Batygina wykazały, że Planeta Dziewięć zostałaby wyrzucona wiele, wiele milionów lat przed rzekomym zerwaniem rezonansów (zgodnie z dowodami z późnego ciężkiego bombardowania ). Nie oznacza to jednak, że nie mógł istnieć szósty gigant. Symulacje Nesvorný i Morbidelli (2012), które badały ewolucję Układu Słonecznego z czterema, pięcioma i sześcioma gigantycznymi planetami, dały dobre wyniki z pięcioma i sześcioma gigantycznymi planetami.

• Superziemia lub mini-Neptun . ¹ Są to planety, które mają najwyżej 10 mas Ziemi. Super-Ziemie byłyby planetami ziemskimi o gęstej atmosferze; mini-Neptuny byłyby planetami gazowymi. Zauważ, że te nazwy nie mówią nic więcej o ich składach - na przykład super-Ziemie niekoniecznie nadają się do zamieszkania.
• Coś innego. Region nie został jeszcze dobrze zbadany i mogą istnieć inne nieprzewidziane obiekty. Tego rodzaju obiekt prawdopodobnie byłby zimny, ponieważ WISE (patrz następny rozdział) mógł go wykryć inaczej.

Co nie może być poza Neptunem

• Gazowy gigant. ² Eksplorator badania w podczerwieni o szerokim polu nie znalazł żadnych obiektów o masie Saturna do 10 000 AU i żadnych obiektów o masie Jowisza do 26 000 AU .

  

  Jest to oczywiście oprócz wielu innych planet, które nie mogą istnieć . W każdym razie to prawdopodobnie wykrywalibyśmy już Fomalhaut b, gdyby był w Układzie Słonecznym.

Zakładając, że jest coś poza Neptunem, jak możemy to naprawić? Cóż, teraz, gdy jego istnienie zostało postawione w hipotezie i wiemy, gdzie powinno być, astronomowie mogą skierować teleskopy w kierunku tej lokalizacji i użyć bezpośredniego obrazowania.

Odnotowano pewne podekscytowanie, ponieważ będzie używany teleskop Subaru . Inne teleskopy optyczne (i prawdopodobnie podczerwień i inne długości fal) będą również prawdopodobnie używane. Odpowiedzi na jaką długość fali najlepiej wykryć „9. planeta”? (szczególnie odpowiedź Roba Jeffriesa) wskazują, że najlepszym wyborem będą długości fali optycznej i podczerwieni / bliskiej podczerwieni. Na dzień dzisiejszy (24.01.2016) możemy jedynie spekulować, jakie inne instrumenty zostaną użyte i jakie są ich szanse na znalezienie tej planety - jeśli ona istnieje.

Kto wie? Może pojawi się coś nieoczekiwanego.

^{1 Teraz przechodzimy do różnych rzeczy, którymi może być Planeta Dziewięć. Moja odpowiedź na to, jakim typem masy planetarnej byłaby Planeta Dziewięć? obejmuje to, ale istnieją lepsze odpowiedzi na dziewiątą planetę - co jeszcze może być? niż moje.
2 Uważaj na różnicę między lodowym gigantem a gazowym gigantem .}

Jeśli taka planeta istnieje, WISE powinien ją obserwować. WISE to satelita na podczerwień, który obrazował całe niebo. W szczególności:

• był w stanie wykryć wszystko o temperaturze powyżej 70-100 K, podczas gdy najfajniejsze znane egzoplanety znajdują się w zakresie 100 K (patrz histogram poniżej, pobrany z katalogu egzoplanet );
• był w stanie wykryć obiekty większe niż 1 km do 3 AU od Słońca lub obiekty o 2-3 masach Jowisza w odległości do 7-10 lat świetlnych (czyli z grubsza do 440 000 do 630 000 AU, patrz tutaj i tutaj );

więc powiedziałbym, że jego istnienie jest obecnie całkowicie wykluczone.