Eine Scheibe aus eisigem Material, nicht Planet 9, könnte die seltsamen Bewegungen im äußeren Sonnensystem erklären
Gibt es Planet 9 oder nicht? Gibt es am Rande unseres Sonnensystems einen Planeten mit ausreichender Masse, um die Bewegungen entfernter Objekte zu erklären? Oder ist eine Scheibe aus eisigem Material dafür verantwortlich? Es gibt noch keine direkten Beweise für einen tatsächlichen Planeten 9, aber etwas mit ausreichender Masse beeinflusst die Umlaufbahnen entfernter Objekte des Sonnensystems.
Eine neue Studie legt nahe, dass eine Scheibe aus eisigem Material die seltsamen Bewegungen von Objekten im äußeren Sonnensystem verursacht und dass wir keinen anderen Planeten erfinden müssen, um diese Bewegungen zu erklären. Die lernen kommt von
Professor Jihad Touma von der American University of Beirut und
Antranik Sefilian, Doktorand am Cambridge Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics. Ihre Ergebnisse werden in der . veröffentlicht Astronomisches Journal .
Die Vorstellung von einem anderen Planeten da draußen in den entlegensten Bereichen unseres Sonnensystems ist attraktiv. Es belebt den Abenteurer in uns allen. Und für den oder die Astronomen, die es endlich entdecken, wäre es eine Krönung. Wer möchte nicht als Entdecker eines völlig neuen Planeten bekannt werden, hier in unserem eigenen Sonnensystem? Es ist viel aufregender, als die Person zu sein, die endlich die Masse einer Scheibe aus eisigem Material bestätigt hat.
Da Astronomen das ferne Sonnensystem besser studieren und verstehen, haben sie immer mehr Objekte gefunden. In den letzten 15 Jahren haben Astronomen etwa 30 Transneptunale Objekte (TNOs) entdeckt, die auf hochelliptischen Bahnen reisen. Der letzte war „Der Kobold“, ein Körper mit einer Umlaufbahn, die ihn bis zu 2300 AE von der Sonne entfernt.
Der Zwergplanet 2015 TG387 oder Goblin hat eine Umlaufbahn, die ihn viel weiter von der Sonne entfernt als andere Inner Oort Cloud Objects Sedna und 2012 VP113. Könnte seine Umlaufbahn und ähnliche Umlaufbahnen anderer Objekte durch eine Scheibe aus eisigem Material verursacht werden? Bild: Roberto Molar Candanosa und Scott Sheppard, mit freundlicher Genehmigung der Carnegie Institution for Science.
Da diese Körper nicht gravitativ mit den anderen Planeten im Sonnensystem wechselwirken, muss es da draußen ein anderes Massenaggregat geben, das ihre Umlaufbahnen formt. Und während die Erklärung von Planet 9 im Laufe der Jahre an Fahrt gewonnen hat, gibt es keinen direkten Beweis dafür, dass ein Planet für die Gestaltung dieser seltsamen Umlaufbahnen verantwortlich ist.
Co-Autor der Studie Antranik Sefilian, Doktorand am Cambridge Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics.
„Die Planet-Neun-Hypothese ist faszinierend, aber wenn der hypothetische neunte Planet existiert, konnte er bisher nicht entdeckt werden.“
Die neue Studie schlägt vor, dass eine Scheibe aus eisigem Material für die hochelliptischen Bahnen weit entfernter Objekte verantwortlich ist. Es ist nicht die erste Theorie, die dies nahelegt, aber es ist die erste, die die beobachteten Bahnen erklären kann und gleichzeitig die Masse und Schwerkraft der anderen acht Planeten in unserem Sonnensystem berücksichtigt.
Die 30 TNOs, die diese hochelliptischen Umlaufbahnen bereisen, sind Teil einer größeren Gruppe von TNOs und Objekten, aus denen die Cooper Gürtel . Der Kuipergürtel besteht aus Material, das bei der Entstehung des Sonnensystems übrig geblieben ist. Die meisten dieser Objekte bewegen sich auf nahezu kreisförmigen Bahnen um die Sonne. Aber die 30, die keine nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen durchlaufen, teilen eine andere räumliche Ausrichtung, und das erfordert eine Erklärung.
Der Kuipergürtel ist nach einem niederländisch-amerikanischen Astronomen benannt Gerard Kuiper. Er starb, bevor 1992 das erste Kuipergürtel-Objekt entdeckt wurde. Bildnachweis: NASA
Die am meisten diskutierte Erklärung ist Planet Neun. Planet Neun müsste etwa zehnmal massereicher sein als die Erde. Dieser Planet, versteckt in den dunklen Weiten des Sonnensystems, würde diese 30 Körper in ihre ungewöhnlichen Umlaufbahnen bringen.
Das Problem ist, niemand hat es entdeckt Planet Neun dennoch, und es ist nur durch beobachtete Wirkung bekannt.
'Die Planet-Neun-Hypothese ist faszinierend, aber wenn der hypothetische neunte Planet existiert, konnte er bisher nicht entdeckt werden', sagte Co-Autor Antranik Sefilian, Doktorand am Cambridge Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics. „Wir wollten sehen, ob es eine andere, weniger dramatische und vielleicht natürlichere Ursache für die ungewöhnlichen Umlaufbahnen geben könnte, die wir in einigen TNOs sehen. Wir dachten, anstatt einen neunten Planeten zuzulassen und uns dann über seine Entstehung und ungewöhnliche Umlaufbahn Sorgen zu machen, warum nicht einfach die Gravitation kleiner Objekte erklären, die eine Scheibe jenseits der Umlaufbahn von Neptun bilden, und sehen, was es für uns tut?“
Die neue Studie basiert auf einer detaillierten Modellierung des Sonnensystems, aber auch auf Beobachtungen anderer Sonnensysteme.
Touma und Sefilian modellierten die volle räumliche Dynamik von TNOs mit der kombinierten Wirkung der riesigen äußeren Planeten und einer massiven, ausgedehnten Materialscheibe jenseits von Neptun. Sie berechneten ein Modell, das die stark elliptischen, räumlich geclusterten Umlaufbahnen der 30 TNOs erklären kann. Sie identifizierten auch Massenbereiche und Formen für die eisige Materialscheibe. Darüber hinaus waren sie in der Lage, allmähliche Verschiebungen ihrer Orientierungen (oder Präzessionsrate) zu erzwingen, die die Ausreißer-TNO-Bahnen getreu reproduzierten.
„Wenn man Planet neun aus dem Modell entfernt und stattdessen viele kleine Objekte berücksichtigt, die über ein weites Gebiet verstreut sind, könnten kollektive Anziehungen zwischen diesen Objekten genauso gut die exzentrischen Umlaufbahnen erklären, die wir in einigen TNOs sehen“, sagte Sefilian, der ein Gates Cambridge Scholar und Mitglied des Darwin College.
Fall also abgeschlossen? Nicht ganz.
Antranik Sefilian
„Wir haben zwar keine direkten Beobachtungsbeweise für die Scheibe, aber auch keine für Planet Neun, weshalb wir andere Möglichkeiten untersuchen.“
Es ist ziemlich einfach, einen anderen unentdeckten Planeten mit genau der richtigen Masse vorzuschlagen, um diese beobachteten Umlaufbahnen zu erklären. Aber bisher ist ein solcher Planet der Entdeckung entgangen. Aber in gewisser Weise leidet die Scheibe der eisigen Materialtheorie darunter. Es ist einfach, es vorzuschlagen, und der Aufbau eines erfolgreichen mathematischen Modells, das die Eisscheibentheorie unterstützt, beweist zumindest, dass es möglich ist, aber es wurde noch nicht entdeckt.
Die sechs am weitesten entfernten bekannten Objekte im Sonnensystem (Stand 2016) mit Umlaufbahnen ausschließlich jenseits von Neptun (magenta), darunter Sedna (dunkles Magenta), reihen sich alle auf mysteriöse Weise in eine einzige Richtung. Außerdem neigen sie, in drei Dimensionen betrachtet, fast identisch von der Ebene des Sonnensystems weg. Eine andere Population von Kuiper-Gürtel-Objekten (cyan) wird in Umlaufbahnen gezwungen, die senkrecht zur Ebene des Sonnensystems und in ihrer Ausrichtung gruppiert sind. Eine frühere Studie legt nahe, dass ein Planet mit der 10-fachen Masse der Erde, Planet 9 genannt, in einer entfernten exzentrischen Umlaufbahn (orange) gegen die Magenta-Umlaufbahnen und senkrecht zu den Cyan-Umlaufbahnen erforderlich ist, um diese Konfiguration beizubehalten. Diese neue Studie legt nahe, dass eher eine Scheibe aus eisigem Material als ein Planet diese Umlaufbahnen verursacht. Bildnachweis: Caltech/R. Verletzt (IPAC)
Tatsächlich haben frühere Versuche, die Masse eisiger Objekte jenseits von Neptun abzuschätzen, nur etwa ein Zehntel der Masse der Erde ergeben, nicht annähernd genug, um diese seltsame Ansammlung von Umlaufbahnen zu erklären. Das von den beiden Wissenschaftlern hinter dieser neuen Studie erstellte Modell benötigt zehnmal mehr Masse.
Hier kommt die Beobachtung anderer Sonnensysteme ins Spiel.
Antranik Sefilian.
„Das Problem ist, dass es fast unmöglich ist, alles auf einmal zu sehen, wenn Sie die Disc aus dem Inneren des Systems betrachten.“
„Wenn wir andere Systeme beobachten, untersuchen wir oft die Scheibe, die den Wirtsstern umgibt, um die Eigenschaften von Planeten in ihrer Umlaufbahn abzuleiten“, sagte Sefilian. „Das Problem ist, dass es fast unmöglich ist, das Ganze auf einmal zu sehen, wenn Sie die Disc aus dem Inneren des Systems betrachten. Wir haben zwar keine direkten Beobachtungsbeweise für die Scheibe, aber auch keine für Planet Neun, weshalb wir andere Möglichkeiten untersuchen. Dennoch ist es interessant festzustellen, dass Beobachtungen von Kuipergürtel-Analoga um andere Sterne sowie Planetenentstehungsmodelle massive Überrestpopulationen von Trümmern aufdecken.“
Hubble-Bilder anderer Sonnensysteme mit massiven Trümmerscheiben, die den Stern umgeben. Bildnachweis: Von NASA/ESA, R. Summer, Ann Feild (STScI) – Public Domain
Andere Sonnensysteme haben eine Scheibe aus eisigem Material, die von ihrer Entstehung übrig geblieben ist, mit ausreichender Masse, um die stark elliptischen Umlaufbahnen von Objekten am Rand der Systeme zu berücksichtigen. Könnte das auch in unserem Sonnensystem zutreffen? Könnte es sowohl eine Scheibe aus eisigem Material als auch einen Planet 9 geben?
Sefilian denkt so. „Es ist auch möglich, dass beides wahr ist – es könnte eine massive Scheibe und einen neunten Planeten geben. Mit der Entdeckung jedes neuen TNO sammeln wir weitere Beweise, die helfen könnten, ihr Verhalten zu erklären.“
Das Hin und Her von Wissenschaftlern, die sich bemühen, Beweise aufzudecken, manchmal übereinstimmend, manchmal vehement widersprechen, wird in dieser Ausgabe gezeigt.
Die Studie, insbesondere die Einleitung und das Fazit, präsentiert und zitiert andere Studien, die diese sowohl unterstützen als auch widersprechen. Wir stehen noch am Anfang des Verständnisses des fernen Sonnensystems im Detail. Mit leistungsfähigeren Teleskopen, die in den nächsten Jahren online gehen, mit leistungsfähigeren Computern und verbesserten Beobachtungsmethoden ist es nur eine Frage der Zeit, bis die seltsamen Bahnen dieser entfernten Körper endlich erklärt werden.
Quellen:
- Forschungsbericht: SCHÄTZEN IN EINER SELBSTGRAVITIERENDEN SCHEIBE VON TRANSNEPTUNISCHEN OBJEKTEN
- Pressemitteilung: Mysteriöse Umlaufbahnen in den äußersten Bereichen des Sonnensystems, die nicht von „Planet Neun“ verursacht wurden, sagen Forscher
- Artikel zum Universum heute: Neuer Zwergplanet am Rande des Sonnensystems gefunden, der Astronomen mehr Munition für die Suche nach Beweisen für Planet 9 bietet
- Caltech-Pressemitteilung: Caltech-Forscher finden Beweise für einen echten neunten Planeten
- Forschungsbericht: BEWEIS FÜR EINEN FERNTEN RIESIGEN PLANETEN IM SONNENSYSTEM