Гипотетические транснептуновые планеты, вращающиеся вокруг Солнца

Недавнее возможное открытие Девятой Планеты Батыгиным и Брауном (2016) вызвало настоящий ажиотаж в астрономическом сообществе, Astronomy Stack Exchange и остальном мире. Это, конечно, отчасти потому, что любое упоминание о таком открытии вызовет переполох, но это также отчасти из-за заявленной вероятности того, что движения транснептуновых объектов (ТНО) были чисто случайными: 0,007% , или 1 из 14 000, что соответствует вероятности ~ 3,8$\sigma$.

Тем не менее, фактическая вероятность того, что эта планета существует, немного ниже — 90%, по словам Брауна , и 68,3%, по словам Грега Лафлина , астронома из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, который знал о результатах до публикации статьи. Разница между этими шансами и шансами, упомянутыми в документе, связана с тем, что, возможно, существуют другие факторы, способствовавшие перемещению TNO, а также с тем, что эти неофициальные цифры больше похожи на предположения, чем на оценки.

Ответы на вопрос Почему до сих пор не обнаружена «9-я планета»? уже рассказали о множестве методов, которые не сработают в случае Девятой планеты, и почему они не сработали. Помимо очевидной возможности того, что Девятая планета просто не существует, вот некоторые из них:

• Его можно спутать с фоновой звездой, сливающейся с Млечным Путем. ^[1]
• Он далеко и тусклый - возможно, объект 22- ^й величины. ^{[1] , [2]}
• Большинство методов обнаружения экзопланет не будут работать, в том числе ^[3]
  • Радиальная скорость.
  • Транзит.
  • Гравитационное микролинзирование
  • Прямое изображение.
• Предыдущие обзоры либо не выглядят достаточно глубокими, но в других областях неба, или охватывают длины волн, в которых эта планета не отображается. ^[4] Это еще одна проблема с использованием детальных данных WISE. в ответе MBR здесь . Другие проблемы заключаются в том, что планета, вероятно, недостаточно массивна, чтобы WISE мог ее увидеть, и находится очень далеко. Он также может быть холодным и иметь низкое альбедо, что затрудняет прямое обнаружение.

Я поднимаю все это, потому что, как ни странно, случай с Девятой Планетой очень важен для обнаружения этих других планет, о которых вы упомянули в своем вопросе.

HD 106906 б

Здесь есть несколько сходств между этой планетой и Девятой планетой.

• HD 106906 b имеет орбиту с большой полуосью не менее 650 а.е. Для сравнения, согласно оценкам, приведенным в статье, считается, что большая полуось Девятой планеты составляет около 700 а.е. При этом другие орбитальные свойства HD 106906 b неизвестны и могут отличаться.
• HD 106906 b имеет массу около 11 масс Земли; Девятая планета имеет массу около 10 масс Земли.

Одно отличие состоит в том, что HD 106906 b могла сформироваться там, где она находится в данный момент. Рассеяние, подобное тому, которое испытала Девятая Планета, кажется маловероятным. Это означает, что у них может быть разный состав, хотя я думаю, что оба могут быть ледяными гигантами или их остатками, учитывая, где они образовались.

Короче говоря, HD 106906 b может быть очень похожа на Девятую планету, и хотя мы мало что знаем ни о том, ни о другом, можно с уверенностью сказать, что методы обнаружения и проблемы будут схожими.

Фомальгаут б

Фомальгаут b немного отличается. Его большая полуось составляет ~ 177 а.е. - намного меньше, чем у этих двух других планет - и может иметь массу от 10 до нескольких сотен масс Земли.

Интересно, что Фомальгаут b также был обнаружен косвенно, как и Девятая планета. В пылевом диске Фомальгаута была обнаружена брешь, которая могла быть вызвана только массивной планетой. Позже это было непосредственно изображено.

Прямое обнаружение могло бы быть возможным, если бы Фомальгаут b находился в Солнечной системе, особенно учитывая его больший размер и массу. Кроме того, это окажет огромное влияние на ТНО. Однако это был бы газовый, а не ледяной гигант, поэтому было бы трудно объяснить, как он сдвинулся так далеко.

Я обсудил эти планеты, чтобы немного отвлечься и поговорить о том, что может (а может и не быть) за пределами Нептуна. Здесь я буду более точным.

Что может быть за Нептуном

• Ледяной гигант, вроде Планеты Девять, или остатки одной из них. Это должно было образоваться ближе, вблизи Юпитера и Сатурна, которые существовали в периоде резонанса с Сатурном. Существовали бы и другие резонансы гигантских планет. Затем резонансы нарушила неустойчивость, заставив ледяного гиганта приблизиться к Сатурну, а затем к Юпитеру, где он был отброшен наружу. Это изменило орбиты остальных четырех газовых гигантов. Я говорил об этом, это еще один мой ответ , на который я, кажется, постоянно ссылаюсь.

  Тем не менее, первоначальный ответ был неверным, что я позже заметил, и был пересмотрен. По оценкам Батыгина, Девятая Планета должна была быть выброшена за много-много миллионов лет до того, как резонансы предположительно были нарушены (согласно свидетельству поздней тяжелой бомбардировки ). Однако это не означает, что не могло быть и шестого гиганта. Моделирование Nesvorný & Morbidelli (2012) , в котором изучалась эволюция Солнечной системы с четырьмя, пятью и шестью планетами-гигантами, показало хорошие результаты с пятью и шестью планетами-гигантами.

• Суперземля или мини- Нептун . ¹ Это планеты, масса которых не превышает 10 масс Земли. Суперземли были бы планетами земной группы с плотной атмосферой; мини-Нептуны были бы газовыми планетами. Обратите внимание, что эти названия больше ничего не говорят об их составе — например, суперземли не обязательно обитаемы.
• Что-то другое. Район еще недостаточно изучен, и могут быть еще какие-то непредвиденные объекты. Такой объект, скорее всего, был бы холодным, поскольку WISE (см. следующий раздел) мог бы обнаружить его иначе.

Что не может быть за Нептуном

• Газовый гигант. ² Инфракрасный обзор Wide-field Explorer не обнаружил объектов с массой Сатурна до 10 000 а.е. и объектов с массой Юпитера до 26 000 а.е.

  

  Это, конечно, помимо многих других планет, которые не могут существовать . В любом случае, мы бы, скорее всего, уже обнаружили Фомальгаут b, если бы он находился в Солнечной системе.

Итак, если предположить, что за Нептуном что-то есть , как мы можем это определить? Что ж, теперь, когда было выдвинуто предположение о его существовании, и мы знаем, где он должен быть, астрономы могут направить телескопы на это место и использовать прямое изображение.

Было некоторое волнение, потому что будет использоваться телескоп Subaru . Скорее всего, будут использоваться и другие оптические (и, возможно, инфракрасные и другие длины волн) телескопы. Ответы на На какой длине волны лучше всего обнаружить «9-ю планету»? (особенно ответ Роба Джеффриса) указывают на то, что оптические и инфракрасные / ближние инфракрасные длины волн будут лучшим выбором. На сегодняшний день (24.01.2016) мы можем только строить догадки о том, какие другие инструменты будут использоваться, и каковы их шансы найти эту планету, если она существует.

Кто знает? Может быть, еще что-то неожиданное всплывет.

^{1 Теперь мы переходим к разным вещам, которыми может быть Девятая Планета. Мой ответ на вопрос, каким типом объекта планетарной массы будет Девятая Планета? охватывает это, но есть лучшие ответы на Девятая планета - что еще это может быть? это мое.
2 Обратите внимание на разницу между ледяным гигантом и газовым гигантом .}

Если такая планета существует, WISE должен ее наблюдать. WISE — это инфракрасный спутник, который фотографирует все небо. В частности:

• он смог обнаружить что-либо с температурой выше 70-100 К, тогда как самые холодные известные экзопланеты находятся в диапазоне 100 К (см. гистограмму ниже, взятую из Каталога экзопланет );
• он мог обнаруживать объекты размером более 1 км на расстоянии до 3 а.е. от Солнца или объекты массой 2-3 Юпитера на расстоянии до 7-10 световых лет (то есть примерно от 440 000 до 630 000 а . );

поэтому я бы сказал, что его существование сейчас совершенно исключено.