15 laipsnių posvyris Kuiperio juostoje: Planet Y hipotezė

15 laipsnių posvyris Kuiperio juostoje: Planet Y hipotezė

Komentarai

6 Minutės

Nauji Kuiperio juostos plokštumos matavimai atskleidžia netikėtą maždaug 15 laipsnių posvyrį tarp objektų, besisukančių gerokai už Neptūno ribų. Tyrėjai teigia, kad šį iškraipymą galėtų paaiškinti nematoma uolinė planeta — mažesnė už Žemę, bet didesnė už Merkurijų — kuri skrieja giliojoje Saulės sistemos tolumose. Šis radinys suteikia naują kryptį ilgai trunkančioje paieškoje užslėptų planetų už Plutono ribų.

15 laipsnių paslaptis Kuiperio juostoje

Prinstono (Princeton) universitetui priklausantys astrofizikai išmatuojo šimtų tranz-Neptūninių objektų orbitų plokštumas ir atrado netikėtą išlinkimą. Objektai, esantys maždaug 80–200 astronominių vienetų (AU) atstumu nuo Saulės, atrodo pakrypę apie 15 laipsnių santykyje su Saulės sistemos invariante plokštuma, o autorių nurodytas statistinis patikimumas siekia 96–98 procentus. Vėlesni modeliavimai rodo tik nedidelę (apie 2–4 procentus) tikimybę, kad šis posvyris yra klaidingai teigiamas rezultatas.

Kuiperio juosta yra platus, suplokštėjęs ledinių kūnų žiedas nuo maždaug 30 iki 50 AU, kuriame gyvena Plutonas ir tūkstančiai mažesnių objektų. Už klasikinės Kuiperio juostos pažįstamo krašto yra tolimų, vadinamųjų „atskirtų“ objektų populiacija, kurių orbitos nėra smarkiai kontroliuojamos Neptūno traukos. Analizuodami orbitų orientacijas per platų atstumų diapazoną — pusmažių ašių intervalą nuo 50 iki 400 AU — tyrėjai ieškojo nukrypimų nuo vieningos plokštumos ir aptiko aiškų, lokalizuotą išlinkimą, susitelkusį tarp maždaug 80 ir 200 AU.

Kaip komanda aptiko išlinkimą — ir kodėl nematomi pasauliai sunkiai pastebimi

Tolimojoje Saulės sistemoje silpnus objektus aptikti yra ypač sudėtinga. Tokiais atstumais Kuiperio juostos kūnai atspindi labai mažai saulės šviesos ir yra itin šalti, todėl jų terminis infraraudonasis spinduliavimas dažnai yra nereikšmingas. Vietoj tiesioginių bandymų aptikti prislopintą planetą optiniu būdu, tyrėjai naudojo netiesioginį metodą: jie perskaičiavo bendrą Kuiperio juostos plokštumą, atidžiai koreguodami stebėjimo šališkumus, kurie gali iškreipti plataus lauko apžvalgų duomenis.

Prinstono astrofizikai Amir Siraj, Christopher Chyba ir Scott Tremaine šią šališkumus koreguojančią techniką pritaikė 154 objektų, esančių už Neptūno, imčiai. Jie rėmėsi prielaida, kad esant be išorinio trikdžio, orbitų orientacijos kiekviename atstumo intervale turėtų gulėti arti vienos plokštumos. Toks vaizdas pasitvirtino tiriant objektus 50–80 AU ir labai tolimus kūnus 200–400 AU ribose, tačiau 80–200 AU grupėje atsirado nenuspėjamas posvyris. Tyrimo metodika įtraukė statistinius patikimumo įvertinimus, Monte Carlo tipo testus ir modelių palyginimą su stebėjimų duomenimis, siekiant sumažinti atrankos ir stebėjimo kampo įtaką rezultatams.

Istorinės paralelės papildo šį požiūrį: Neptūnas ir Plutonas buvo vietomis nustatyti dalinai tiriant anomalijas planetų ir smulkių kūnų orbitose, matomose tuo metu. Orbitalinės dinamikos naudojimas kaip rodiklis buvo ilgametė strategija net nematomų Saulės sistemos narių atradimui; naujausi metodai tik praplečia šį istorijos vingį, leidžiant plačiau taikyti duomenų korekcijas ir skaitmenines simuliacijas.

Simuliacijos rodo mažą, pakrypusią planetą — vadinamą „Planet Y“

Tiriant galimus paaiškinimus, komanda vykdė N-kūnų (N-body) simuliacijas, modeliuodama gravitacinius sąveikos procesus per milijonus metų. Vienintelė konfigūracija, kuri pakankamai gerai atkartojo stebėtą išlinkimą, apėmė mažą planetą — dydžiu tarp Merkurijaus ir Žemės — skriejančią maždaug 80–200 AU intervale, su nedideliu orbitiniu pakrypimu, maždaug apie 10 laipsnių, santykyje su Saulės sistemos plokštuma. Autoriai pateikė neoficialų šios hipotetinės planetos vardą: „Planet Y“.

Tokia planeta optiniu būdu būtų sunkiai pastebima. Uolinė planeta tokiais atstumais būtų maža ir tamsi, atspindėtų nedaug saulės šviesos ir skleistų menką šiluminį signalą. Be išankstinių žinių apie tai, kurioje savo orbitos vietoje ji gali būti šiuo metu, tikslinės paieškos tampa itin sudėtingos. Vis dėlto analizė suteikia naudingą kryptį: siauresnį atstumo intervalą, tikėtiną masės langą (mažesnę nei Žemės) ir įlinkimo įvertinimą, kurie kartu gali padėti planuoti būsimus plataus lauko stebėjimus, infraraudonųjų ir optinių instrumentų tyrimus bei skaitmenines paieškos strategijas.

Pasekmės Planet Nine hipotezei ir tolimos Saulės sistemos mokslui

Galimas Planet Y egzistavimas neišsprendžia atskiros, ilgai diskutuojamos hipotezės apie sunkesnę „Planet Nine“, kuri galėtų skrieti už maždaug ~400 AU. Vietoj to šis rezultatas rodo, kad tolimajame Saulės sistemos regione gali būti kelios mažesnės, iki šiol nepastebėtos planetos, kurios subtiliai formuoja tolimų smulkių kūnų architektūrą. Jei Planet Y bus patvirtintas, tai reikšmingai pakeistų Saulės sistemos susidarymo ir migracijos modelius, paveiktų, kaip astronomai projektuoja būsimas plataus lauko apžvalgas, ir skatina plėtoti jautresnę infraraudonąją bei submilimetrinę techniką, skirtą tirti šaltas, tamsias mūsų sistemos pakraštes.

Be tiesioginio atradimo, bet koks šios planetos tyrimas padėtų atsakyti platesnius klausimus: kiek dažnos mažos planetos dideliuose radiusuose, kokį vaidmenį jos atlieka pristatant objektus į vidinę sistemą ir kaip jos informuoja mūsų apribojimus apie Saulės sistemos ankstyvąją dinaminę istoriją. Tokie tyrimai susieja orbitalinę dinamiką, planetų formavimosi teorijas ir stebėjimų strategijas, taip stiprindami tarpusavio ryšį tarp teorinės ir stebimaisiais duomenimis grįstos astronomijos.

Ekspertų įžvalgos

Dr. Elena Morales, stebimųjų astronomė prie Space Telescope Science Institute (fiktyvus pavyzdys), komentuoja: „Kuiperio juosta yra tarsi Saulės sistemos praeities fosilija. Kai jos dalis atrodo neatitinkanti bendro vaizdo, tai yra stiprus signalas, kad gravitacija veikė būdais, kurių pilnai dar nesuprantame. Nedidelio trikdžio atradimas tarp 80 ir 200 AU būtų transformuojantis: jei stebėtojai žinotų, kur ieškoti, tai gali būti pasiekiama esamomis ir artėjančiomis apžvalgų kampanijomis.“

Amir Siraj, vienas iš tyrimo bendraautorių, glaustai apibendrino reikšmę: „Viena iš galimybių yra nematoma planeta, tikriausiai mažesnė už Žemę ir tikriausiai didesnė už Merkurijų, skriejanti giliojoje Saulės sistemoje.“ Jis pabrėžė, kad straipsnyje teigiama ne tiesioginė detekcija, o identifikuojama tvirta mįslė, kuriai spręsti planeta yra įtikinamas paaiškinimas.

Naujas matavimas ir simuliacijos paskelbti žurnale Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters. Kol dangūs apžvalgos tampa gilesnės ir skaičiavimo modeliai tobulėja, astronomai turi naujus parametrus orientuotis. Ar Planet Y per artimiausius metus pasirodys tiesiogiai, ar posvyris bus priskirtas kitam mechanizmui, šis atradimas pabrėžia tolimos Saulės sistemos potencialą kaip planetų dinamikos ir atradimų laboratoriją.

Šaltinis: sciencealert

Palikite komentarą

Komentarai