Ipotetici pianeti transnettuniani in orbita attorno al Sole

Il pianeta HD 106906 b è stato trovato a 650 UA dalla sua stella natale, una stella non molto diversa dal Sole. Fomalhaut b è anche un giovane pianeta in orbita molto lontano dalla sua stella.

Questi due pianeti sono stati scoperti principalmente perché sono abbastanza giovani da essere ancora abbastanza caldi da essere visti nell'infrarosso. Penso che i vecchi pianeti in orbite molto alte avrebbero temperature inferiori a 10K, e quindi sarebbero neri e invisibili.

Alcune persone concordano con l'ipotesi che, nel nostro Sistema Solare, da qualche parte oltre Nettuno, alcuni pianeti non nani potrebbero essere in orbita attorno al Sole. L'esistenza di HD 106906 b e Fomalhaut b suggerisce che ciò sia possibile. Quali sono le probabilità che potremmo trovare almeno uno di questi pianeti nel nostro Sistema Solare? Se esistono, come possiamo trovarli?

La recente possibile scoperta di Planet Nine di Batygin & Brown (2016) ha suscitato grande scalpore nella comunità astronomica, nello scambio di stack di astronomia e nel resto del mondo. Questo, ovviamente, in parte perché qualsiasi menzione di tale scoperta causerà scalpore, ma è anche in parte dovuta alla probabilità dichiarata se i movimenti degli oggetti transnettuniani (TNO) fossero puramente casuali: 0,007% , o 1 su 14.000, che corrisponde a una probabilità di ~ 3,8 .$\sigma$

Detto questo, l'effettiva probabilità che questo pianeta esista è un po 'più bassa: il 90%, secondo Brown , e il 68,3%, secondo Greg Laughlin , un'astronomia dell'UC-Santa Cruz che conosceva i risultati prima della pubblicazione del documento. La differenza tra queste probabilità e le probabilità menzionate nel documento è dovuta al fatto che forse ci sono altri fattori che potrebbero aver causato i movimenti dei TNO - e anche che questi numeri informali sono più come ipotesi che stime.

Le risposte a Perché il "nono pianeta" non è già stato rilevato? hanno già fornito una varietà di metodi che non funzioneranno nel caso di Planet Nine e perché non hanno funzionato. Oltre all'ovvia possibilità che Planet Nine non esista, eccone alcuni:

• Potrebbe essere confuso con una stella di sfondo, fondendosi con la Via Lattea. ^[1]
• E 'lontano, e dim - forse un 22 ^° oggetto grandezza. ^{[1] , [2]}
• La maggior parte dei metodi di rilevamento degli esopianeti non funzionerà, tra cui ^[3]
  • Velocità radiale.
  • Transito.
  • Microlensing gravitazionale
  • Imaging diretto.
• I sondaggi precedenti o non sembrano abbastanza approfonditi, approfonditi ma in altre aree del cielo, o coprono le lunghezze d'onda in cui questo pianeta non si presenta. ^[4] Questo è un altro problema con l'uso di WISE dettagliato nella risposta di MBR qui . Altri problemi sono che il pianeta probabilmente non è abbastanza grande per essere visto da WISE, ed è estremamente lontano. Può anche essere freddo e avere un albedo basso, rendendo difficile il rilevamento diretto.

Ho sollevato tutto questo perché, sorprendentemente, il caso di Planet Nine è molto rilevante per la rilevazione di questi altri pianeti che hai menzionato nella tua domanda.

HD 106906 b

Ci sono molte somiglianze qui tra questo pianeta e il Pianeta Nove.

• HD 106906 b ha un'orbita con un asse semi-maggiore di almeno 650 UA. In confronto, si pensa che Planet Nine abbia un asse semi-maggiore di circa 700 UA, secondo le stime nel documento. Detto questo, altre proprietà orbitali sono sconosciute per HD 106906 b e possono differire.
• HD 106906 b ha una massa di circa 11 masse terrestri; Planet Nine ha una massa di circa 10 masse terrestri.

Una differenza è che HD 106906 b potrebbe essersi formato dove si trova in questo momento. Scattering, come Planet Nine vissuto, sembra improbabile. Ciò significa che i due potrebbero avere composizioni diverse, anche se penso che entrambi potrebbero essere giganti di ghiaccio o i loro resti, dato il luogo in cui si sono formati.

In breve, HD 106906 b potrebbe essere molto simile a Planet Nine e, sebbene non sappiamo molto su entrambe le proprietà, sembra sicuro affermare che metodi e problemi di rilevamento sarebbero simili.

Fomalhaut b

Fomalhaut b è un po 'diverso. Il suo asse semi-maggiore è ~ 177 UA - molto più piccolo di questi altri due pianeti - e può essere ovunque da 10 masse terrestri a diverse centinaia di masse terrestri.

È interessante notare che anche Fomalhaut b è stato rilevato indirettamente, proprio come Planet Nine. Nel disco di polvere di Fomalhaut è stato trovato un vuoto, che avrebbe potuto essere causato solo da un enorme pianeta. Successivamente, è stato ripreso direttamente.

Il rilevamento diretto potrebbe essere possibile se Fomalhaut b si trovava nel sistema solare, in particolare data la sua dimensione e massa maggiori. Inoltre, avrebbe un impatto enorme sui TNO. Tuttavia, sarebbe un gigante gassoso, non un gigante del ghiaccio, quindi sarebbe difficile spiegare come si è spostato finora.

Ho discusso di quei pianeti per fare una leggera deviazione e parlare di ciò che potrebbe (e non potrebbe) essere al di là di Nettuno. Sarò più esplicito qui.

Cosa potrebbe esserci oltre Nettuno

• Un gigante di ghiaccio, come Planet Nine, o i resti di uno. Ciò si sarebbe formato più vicino, vicino a Giove e Saturno, che esistevano in un periodo di risonanza con Saturno. Sarebbero esistite anche altre risonanze planetarie giganti. Quindi un'instabilità spezzò le risonanze, portando il gigante di ghiaccio verso l'interno verso Saturno e poi Giove, dove fu lanciato verso l'esterno. Ciò ha cambiato le orbite degli altri quattro giganti gassosi. Ho parlato di questa è un'altra mia risposta , che mi sembra di fare continuamente riferimento.

  Detto questo, la risposta iniziale era errata, che da allora ho notato, ed è stata rivista. Le stime di Batygin hanno scoperto che Planet Nine sarebbe stato espulso molti, molti, milioni di anni prima che le risonanze fossero presumibilmente rotte (secondo le prove del Late Heavy Bombardment ). Tuttavia, ciò non significa che non ci sarebbe potuto essere un sesto gigante. Le simulazioni Nesvorný e Morbidelli (2012) che hanno esplorato l'evoluzione di un sistema solare con quattro, cinque e sei pianeti giganti hanno trovato buoni risultati con cinque e sei pianeti giganti.

• Una super-Terra o mini-Nettuno . ¹ Questi sono pianeti che sono al massimo 10 masse terrestri. Le Super-terre sarebbero pianeti terrestri con atmosfere spesse; i mini-Nettuno sarebbero pianeti gassosi. Nota che questi nomi non dicono nient'altro sulle loro composizioni - per esempio, le super-terre non sono necessariamente abitabili.
• Qualcos'altro. La regione non è ancora stata esplorata bene e potrebbero esserci altri oggetti imprevisti. Questo tipo di oggetto sarebbe probabilmente freddo, poiché WISE (vedere la sezione successiva) avrebbe potuto rilevarlo diversamente.

Cosa non può essere oltre Nettuno

• Un gigante gassoso. ² L'Explorer a infrarossi a campo largo non ha trovato oggetti di massa di Saturno fino a 10.000 UA e nessun oggetto di massa di Giove fino a 26.000 UA .

  

  Questo è, ovviamente, oltre a molti altri pianeti che non possono esistere . Ad ogni modo, questo è molto probabilmente avremmo rilevato Fomalhaut b ormai, se fosse nel Sistema Solare.

Quindi, supponendo che ci sia qualcosa oltre Nettuno, come possiamo risolverlo? Bene, ora che la sua esistenza è stata ipotizzata e sappiamo dove dovrebbe essere, gli astronomi possono girare i telescopi verso quella posizione e usare l'imaging diretto.

C'è stato un certo entusiasmo perché verrà utilizzato il telescopio Subaru . Verranno probabilmente utilizzati anche altri telescopi ottici (e possibilmente infrarossi e di altre lunghezze d'onda). Risposte a quale lunghezza d'onda per rilevare meglio il "nono pianeta"? (in particolare la risposta di Rob Jeffries) indicano che la lunghezza d'onda ottica e infrarossa / vicino all'infrarosso sarà la scelta migliore. A partire da oggi (24/01/2016), possiamo solo speculare su quali altri strumenti verranno utilizzati e sulle loro possibilità di trovare questo pianeta - se esiste.

Chissà? Forse si presenterà qualcos'altro inaspettato.

^{1 Ora entriamo nelle diverse cose che Planet Nine potrebbe essere. La mia risposta a Quale tipo di oggetto di massa planetaria sarebbe Planet Nine? copre questo, ma ci sono risposte migliori al Nono pianeta: cos'altro potrebbe essere? della mia.
2 Fai attenzione alla differenza tra un gigante di ghiaccio e un gigante di gas .}

Se esiste un pianeta del genere, WISE dovrebbe osservarlo. WISE è un satellite a infrarossi che ha ripreso l'intero cielo. In particolare:

• è stato in grado di rilevare qualsiasi cosa con una temperatura superiore a 70-100 K, mentre i pianeti extrasolari noti più freddi si trovano nella gamma di 100 K (vedere l'istogramma seguente, tratto dal Catalogo esopianeti );
• è stato in grado di rilevare oggetti più grandi di 1 km fino a 3 UA dal Sole, o oggetti di 2-3 masse di Giove a una distanza fino a 7-10 anni luce (quindi approssimativamente fino a 440.000 a 630.000 UA, vedi qui e qui );

quindi direi che ora la sua esistenza è del tutto esclusa.