Trotz allem, was wir vor allem in den letzten Jahrzehnten über unser eigenes Sonnensystem gelernt haben, stehen Forscher immer noch vor vielen unbeantworteten Fragen. Eine dieser Fragen betrifft die sogenannte Planet Neun . Die Planet-Neun-Hypothese besagt, dass es einen massiven Planeten in unserem Sonnensystem gibt, der in großer Entfernung von der Sonne kreist.
Niemand hat den hypothetischen Planeten jemals beobachtet; Der Beweis dafür liegt in einer Ansammlung von Körpern, die die Sonne 250-mal weiter umkreisen als die Erde. Diese Objekte werden e-TNOs genannt, für extreme transneptunische Objekte . Laut der Hypothese ist die Gravitation von Planet Neun für die ungewöhnlichen Cluster-Orbits dieser e-TNOs verantwortlich.
Jetzt haben Astronomen ein entferntes Sonnensystem mit seinem eigenen Planeten Neun gefunden, und diese Entdeckung haucht der Hypothese neues Leben ein.
Der Planet ist benannt HD 106906 b , und es umkreist einen 336 Lichtjahre entfernten Doppelstern. Es hat eine Masse von etwa 11 Jupitern und umkreist die Sterne in einer Entfernung von mehr als 730-mal der Entfernung von der Erde zur Sonne. Das ist eine extrem weit entfernte Umlaufbahn.
Das Papier, das diese Ergebnisse präsentiert, trägt den Titel „ Erster Nachweis von Orbitalbewegungen für HD 106906 b: Ein Exoplanet mit weitem Abstand auf einer Planeten-Neun-ähnlichen Umlaufbahn. ” Erstautor ist Meiji M. Nguyen von der University of California, Berkeley. Es wurde im Astronomical Journal veröffentlicht.
Die Geschichte dieser Entdeckung beginnt im Jahr 2004, als Hubble zum ersten Mal HD 106906 b beobachtete. Über das System war damals noch wenig bekannt. Die Hubble-Beobachtungen waren Folgebeobachtungen, die indirekt darauf abzielten, dass eine warme Staubscheibe den Stern umgab, und Astronomen wollten mehr über diese Scheibe erfahren.
Paul Kalas, ebenfalls von der UC Berkeley, ist einer der Autoren des neuen Papiers. In einem E-Mail-Austausch mit Universe Today erklärte Kalas die interessante Hintergrundgeschichte von HD 106906 b. „Die erste Hubble-Beobachtung fand am 24. Juli 2004 statt. Der Zweck bestand darin, indirekten Beweisen nachzugehen, dass der Zentralstern von einer Staubscheibe umgeben war, ähnlich wie unser Sonnensystem den Asteroidengürtel und den Kuipergürtel hat.“
„Damals wussten wir nicht, dass der Stern eigentlich ein Doppelstern war, noch wussten wir, dass einer der Hintergrundsterne im Sichtfeld ein extrasolarer Planet und kein echter Hintergrundstern war“, erklärt Kalas. „Was wir wussten, ist, dass der Stern HD 106906 eine Quelle von zu viel Infrarotstrahlung war, und wir schlossen, dass sich um ihn herum eine warme Staubscheibe befand.“
Einige der Hubble-Bilder des HD 106906-Systems aus dem Jahr 2004. Das obere Bild ist vor der Bewegung des Sterns hinter den koronographischen Fleck (schwarzer Kreis) und nach der Bewegung hinter den Fleck. HD 106906 b wird als gelber Kreis mit der Markierung „b“ angezeigt. Im Jahr 2004 wurde angenommen, dass HD 106906 b ein Hintergrundstern war. Bildquelle: Nguyen et al., 2020.
Als Astronomen Hubble 2004 auf das System richteten, suchten sie nach der Staubscheibe, fanden sie aber nicht, obwohl sie direkt darauf schauten. „Die Scheibe ist so verzerrt, dass sie schwer als Scheibe zu erkennen ist und möglicherweise mit einem Rauschartefakt verwechselt wurde“, sagte Kalas.
Sie schauten auch direkt auf den Planeten, identifizierten ihn aber nicht als einen. Stattdessen hielten sie es für einen Hintergrundstern, teilweise weil er in einer so extremen Entfernung von den Sternen des Systems umkreist. „Der Planet ist so weit vom Doppelstern entfernt, dass man natürlich erwarten würde, an diesem entfernten Ort eher einen Hintergrundstern als einen Planeten zu finden“, sagte Kalas.
Jetzt springt die Geschichte ins Jahr 2013, als Astronomen das Magellan-Teleskop am Las Campanas-Observatorium in der chilenischen Atacama-Wüste nutzten, um das System zu untersuchen. Sie nahmen im Laufe der Zeit mehrere Bilder auf, die Bewegungen zeigten. Kalas erklärt: „HD 106906 (der Doppelstern) bewegt sich relativ zu weiter entfernten Hintergrundsternen über den Himmel. Sie entdeckten, dass sich HD 106906 b auch in die gleiche Richtung und Entfernung wie das Binärsystem bewegte. Es war überhaupt kein Hintergrundstern, sondern ein riesiger Planet, der physisch mit dem Doppelstern verbunden war.“
Hier ist der Gemini Planet Imager (GPI) betritt die Geschichte. Das GPI ist ein extrem fortschrittliches optisches System am Gemini South Telescope in Chile. Es führt sowohl spektroskopische als auch polarimetrisch Beobachtungen. Seine Spezialität ist das Aufspüren von Gasriesen, die ihren Sternen relativ nahe sind, was andere Instrumente nur schwer tun können. Es ist auch hervorragend geeignet, um Materialdisketten wie die um den Doppelstern HD 106906 zu untersuchen.
Ein Gemini Planet Imager-Bild der Staubscheibe, die HD 106906 umgibt. Bildquelle: GPI/Kalas et al, 2015.
„Dann haben wir in einer Forschungsarbeit, die ich 2015 leitete, ein fortschrittliches bodengestütztes Instrument namens Gemini Planet Imager verwendet, um die Staubscheibe, die das Binärsystem umgibt, direkt abzubilden“, sagte Kalas. „Wenn ich mir das Hubble-Datenarchiv anschaue, habe ich festgestellt, dass die Festplatte vor 11 Jahren entdeckt wurde. Es war wirklich eher ein verzerrtes Planetensystem als ein Rauschartefakt.“
In den Jahren 2017 und 2018 wandten Astronomen den Hubble erneut dem HD 106906-System zu, um das System und seine Scheibe detaillierter abzubilden. „Ich war der Hauptermittler der Beobachtung von 2017“, sagte Kalas. „In unserer neuen Arbeit haben wir zum ersten Mal die Bewegung des Planeten relativ zu seinem Wirtsstern anhand der 14-jährigen Hubble-Daten gemessen, beginnend mit 2004 und endend im Jahr 2018. Wir fanden heraus, dass ein Jahr für HD 106906 b ungefähr 15.000 Jahren danach entspricht.“ Erde.'
Ein Hubble-Image aus dem Jahr 2017 des HD 106906-Systems. HD 106906 b ist als gelber Kreis gekennzeichnet. Andere Sterne stammen aus der Gaia-Mission Data Release 2 der ESA, die jeweils mit den letzten vier Ziffern ihrer ID beschriftet sind. Bildquelle: Nguyen et al., 2020.
Und hier dreht sich die Geschichte um ein weiteres Observatorium und seine Daten: die Gaia-Mission der ESA . Kalas erklärt: „Seine winzige Bewegung über 14 Jahre wäre unmöglich zu messen gewesen, wenn es nicht die Daten eines anderen Weltraumobservatoriums namens Gaia gegeben hätte, das uns genaue Positionen für die Hintergrundsterne lieferte und somit ein sehr feines Referenzgitter für die Messung lieferte.“ Positionsänderungen im Laufe der Zeit.“
Astronomen glauben, dass die Zeitlupenbahn des Planeten auf seine Entfernung von den Sternen und die schwache Schwerkraft zurückzuführen ist, die sie auf ihn ausüben. Die Umlaufbahn ist auch geneigt und verlängert und liegt weit außerhalb der staubigen Scheibe, die die Sterne umgibt. Die Form der Trümmerscheibe selbst ist ebenfalls ungewöhnlich, was ihre Erkennung erschwerte, und das liegt wahrscheinlich an der Gravitation des Planeten.
„Um zu verdeutlichen, warum dies seltsam ist, können wir uns einfach unser eigenes Sonnensystem ansehen und sehen, dass alle Planeten ungefähr auf derselben Ebene liegen“, erklärte Hauptautor Nguyen in a Pressemitteilung . „Es wäre bizarr, wenn Jupiter beispielsweise zufällig um 30 Grad gegenüber der Ebene geneigt wäre, in der alle anderen Planeten kreisen. Dies wirft alle möglichen Fragen auf, wie HD 106906 b so weit draußen auf einer so geneigten Umlaufbahn gelandet ist. ”
Was hat diese seltsame verzogene Scheibe verursacht? Der wahrscheinliche Grund ist der Planet selbst. Es könnte sich viel näher an seinen Sternen gebildet haben als jetzt und dann nach außen gewandert sein. Dann wurde es von der die Sterne umgebenden Gasscheibe gezogen, wodurch seine Umlaufbahn zerfiel. Es wäre also anfangs tatsächlich den Sternen näher gekommen.
Aber Zwillingssterne können komplexe Gravitationskräfte haben, und diese Kräfte haben den Planeten wahrscheinlich aus seiner gemütlichen Position geworfen. Er wurde beinahe aus dem System geschleudert, dazu verdammt, als Schurkenplanet durch den interstellaren Raum zu wandern. Stattdessen nahm es eine exzentrische Umlaufbahn ein. All diese Aktivitäten haben die Staubscheibe wahrscheinlich in ihre ungewöhnliche Form gebracht.
Dann, so denken Astronomen, ist ein abtrünniger Stern vorbeigezogen. Diese Begegnung stabilisierte die Umlaufbahn von HD 106906 b, und das System wurde zu dem, was wir jetzt sehen. Die Gaia-Mission identifizierte auch Kandidatenstars, die dafür verantwortlich sein könnten, was diese Erklärung verstärkte.
Es gibt Parallelen zwischen HD 106906 b und dem hypothetischen Planeten Neun unseres eigenen Sonnensystems. Im Fall von Planet Neun kann es sich auch in der Nähe der Sonne gebildet haben, aber dann durch Interaktionen mit Jupiter vertrieben worden sein. Diese Interaktion hat wahrscheinlich Planet Neun in die unteren Regionen des Sonnensystems geschleudert, weit über die Umlaufbahn von Pluto hinaus. Ein vorbeiziehender Stern könnte die gleiche Rolle gespielt haben, die er in der Umlaufbahn von HD 106906 b gespielt hat, indem er ihn stabilisiert hat.
„Es ist, als hätten wir eine Zeitmaschine für unser eigenes Sonnensystem, die 4,6 Milliarden Jahre zurückreicht, um zu sehen, was passiert sein könnte, als unser junges Sonnensystem dynamisch aktiv war und alles herumgeschubst und neu angeordnet wurde“, erklärte Kalas.
Aber eine hartnäckige Tatsache bleibt: Es gibt keine direkten Beweise für Planet Neun. Es gibt nur Indizien.
Aber viele wissenschaftliche Entwicklungen beginnen mit nicht viel mehr. Neptun wurde mit Mathematik entdeckt, lange bevor es direkte Beobachtungen gab. Und es wurde teilweise aufgrund von Unregelmäßigkeiten in der Umlaufbahn seines Nachbarn Uranus entdeckt. So haben Bahnunregelmäßigkeiten schon früher zur Entdeckung von Planeten geführt.
Sechs ursprüngliche und acht zusätzliche eTNO-Objekte kreisen mit aktuellen Positionen in der Nähe ihres Perihels in Violett, mit hypothetischer Umlaufbahn von Planet Neun in Grün. Bildnachweis: Von Tomruen – Eigene Arbeit, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68955415
Wir können unser eigenes Sonnensystem viel einfacher beobachten als andere, und wir wissen, dass es eine Gruppe von Körpern mit ungewöhnlichen gruppierten Umlaufbahnen gibt. Könnte ein Planet Neun für sie verantwortlich sein? Vielleicht.
„Obwohl Planet Neun bisher nicht entdeckt wurde, kann die Umlaufbahn des Planeten anhand seiner Wirkung auf die verschiedenen Objekte im äußeren Sonnensystem abgeleitet werden“, erklärte Teammitglied Robert De Rosa von der Europäischen Südsternwarte in Santiago, Chile der die Analyse der Studie leitete. „Dies deutet darauf hin, dass, wenn ein Planet tatsächlich für das verantwortlich war, was wir in den Umlaufbahnen von transneptunische Objekte , er sollte eine exzentrische Umlaufbahn haben, die relativ zur Ebene des Sonnensystems geneigt ist. Diese Vorhersage der Umlaufbahn von Planet Neun ähnelt der, die wir mit HD 106906b sehen.“
Die Planet-Neun-Hypothese ist nur eine mögliche Erklärung. Einige Astronomen glauben, dass die kombinierte Masse der eTNOs die notwendige Schwerkraft für ihre Umlaufbahnen bereitstellen könnte. Andere schlagen vor, dass Planet Neun tatsächlich ein Urzeitliches Schwarzes Loch eher als ein Planet. Andere meinen, dass hier Beobachtungsfehler am Werk sein könnten, und das Orbital-Clustering von eTNOs ist nur ein Teil des Bildes.
Aber die Entdeckung von HD 106906 b wirft sicherlich ein neues Licht auf die Planet-Neun-Hypothese. Wir wissen jetzt, dass ein großer Planet in einer extrem weiten Umlaufbahn landen kann. Als nächstes können wir vielleicht HD 106906 bs eigene kleine Herde von Körpern entdecken, deren Umlaufbahnen durch seine Anwesenheit geformt wurden. Aber das ist wahrscheinlich weit außerhalb unserer Beobachtungen.
„Es gibt noch viele offene Fragen zu diesem System.“
Robert De Rosa, Co-Autor, ESO.
Besser noch, vielleicht werden wir Planet Neun tatsächlich beobachten. Aber dafür müssen wir möglicherweise auf einen weiteren Sprung in den Beobachtungsfähigkeiten warten.
Was das HD 106906-System betrifft, so stehen wir erst am Anfang des Studiums und es gibt viele unbeantwortete Fragen.
„Es gibt noch viele offene Fragen zu diesem System“, fügte De Rosa hinzu. „Wir wissen zum Beispiel nicht abschließend, wo oder wie der Planet entstanden ist. Obwohl wir die erste Messung der Bahnbewegung gemacht haben, gibt es noch große Unsicherheiten bezüglich der verschiedenen Bahnparameter. Es ist wahrscheinlich, dass sowohl Beobachter als auch Theoretiker HD 106906 in den kommenden Jahren studieren und die vielen Geheimnisse dieses bemerkenswerten Planetensystems enträtseln.“
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