Los investigadores de Caltech han encontrado evidencia de un planeta gigante que traza una extraña órbita altamente alargada en el sistema solar exterior. El objeto, que los investigadores han apodado el Planeta Nueve, tiene una masa aproximadamente 10 veces mayor que la de la Tierra y orbita alrededor de 20 veces más lejosdesde el sol en promedio que Neptuno que orbita alrededor del sol a una distancia promedio de 2.800 millones de millas. De hecho, le tomaría a este nuevo planeta entre 10,000 y 20,000 años hacer una sola órbita completa alrededor del sol.
Los investigadores, Konstantin Batygin y Mike Brown, descubrieron la existencia del planeta a través de modelos matemáticos y simulaciones por computadora, pero aún no han observado el objeto directamente.
"Este sería un noveno planeta real", dice Brown, el profesor de astronomía planetaria Richard y Barbara Rosenberg. "Solo se han descubierto dos planetas verdaderos desde la antigüedad, y este sería un tercero. Es una porción bastante sustancialde nuestro sistema solar que todavía se puede encontrar, lo cual es bastante emocionante ".
Brown señala que el noveno planeta putativo, a 5.000 veces la masa de Plutón, es lo suficientemente grande como para que no se debata si es un planeta verdadero. A diferencia de la clase de objetos más pequeños ahora conocidos como planetas enanos, PlanetNueve domina gravitacionalmente su vecindario del sistema solar. De hecho, domina una región más grande que cualquiera de los otros planetas conocidos, un hecho que Brown dice que lo convierte en "el planeta más planetario de todo el sistema solar".
Batygin y Brown describen su trabajo en la edición actual de la Revista Astronómica y muestre cómo el Planeta Nueve ayuda a explicar una serie de características misteriosas del campo de objetos helados y escombros más allá de Neptuno conocido como el Cinturón de Kuiper.
"Aunque inicialmente estábamos bastante escépticos de que este planeta pudiera existir, a medida que continuamos investigando su órbita y lo que significaría para el sistema solar exterior, estamos cada vez más convencidos de que está ahí afuera", dice Batygin, profesor asistentede la ciencia planetaria: "Por primera vez en más de 150 años, existe evidencia sólida de que el censo planetario del sistema solar está incompleto".
El camino hacia el descubrimiento teórico no fue sencillo. En 2014, un ex postdoc de Brown, Chad Trujillo, y su colega Scott Shepherd publicaron un artículo en el que señalaban que 13 de los objetos más distantes en el Cinturón de Kuiper son similares con respecto a uncaracterística orbital oscura. Para explicar esa similitud, sugirieron la posible presencia de un pequeño planeta. Brown pensó que la solución del planeta era poco probable, pero su interés se despertó.
Llevó el problema por el pasillo hasta Batygin, y los dos comenzaron lo que se convirtió en una colaboración de año y medio para investigar los objetos distantes. Como observador y teórico, respectivamente, los investigadores abordaron el trabajo desdeperspectivas muy diferentes: Brown como alguien que mira al cielo e intenta anclar todo en el contexto de lo que se puede ver, y Batygin como alguien que se coloca dentro del contexto de la dinámica, considerando cómo las cosas podrían funcionar desde el punto de vista de la física.Esas diferencias permitieron a los investigadores desafiar las ideas de los demás y considerar nuevas posibilidades. "Traería algunos de estos aspectos de observación; él regresaría con argumentos de la teoría, y nos presionaríamos mutuamente. No creo que el descubrimientohabría sucedido sin eso de un lado a otro ", dice Brown." Fue quizás el año más divertido de trabajar en un problema en el sistema solar que he tenido ".
Bastante rápidamente, Batygin y Brown se dieron cuenta de que los seis objetos más distantes de la colección original de Trujillo y Shepherd siguen órbitas elípticas que apuntan en la misma dirección en el espacio físico. Esto es particularmente sorprendente porque los puntos más externos de sus órbitas se mueven alrededor del sistema solar, y viajan a diferentes velocidades.
"Es casi como tener seis manecillas en un reloj moviéndose a diferentes velocidades, y cuando miras hacia arriba, todas están exactamente en el mismo lugar", dice Brown. Las probabilidades de que eso suceda son algo así como 1en 100, dice. Pero además de eso, las órbitas de los seis objetos también están inclinadas de la misma manera, apuntando unos 30 grados hacia abajo en la misma dirección en relación con el plano de los ocho planetas conocidos. La probabilidad deque eso suceda es aproximadamente 0.007 por ciento. "Básicamente no debería suceder al azar", dice Brown. "Así que pensamos que algo más debe estar formando estas órbitas"
La primera posibilidad que investigaron fue que quizás haya suficientes objetos distantes del Cinturón de Kuiper, algunos de los cuales aún no se han descubierto para ejercer la gravedad necesaria para mantener esa subpoblación agrupada. Los investigadores descartaron rápidamente esto cuando se convirtióque tal escenario requeriría que el Cinturón de Kuiper tenga aproximadamente 100 veces la masa que tiene hoy.
Eso los dejó con la idea de un planeta. Su primer instinto fue ejecutar simulaciones que involucraran un planeta en una órbita distante que rodeaba las órbitas de los seis objetos del Cinturón de Kuiper, actuando como un lazo gigante para alinearlos. Batygindice que casi funciona pero no proporciona las excentricidades observadas con precisión. "Cierra, pero no cigarro", dice.
Entonces, efectivamente por accidente, Batygin y Brown notaron que si ejecutaban sus simulaciones con un planeta masivo en una órbita antinealizada, una órbita en la que el acercamiento más cercano del planeta al sol, o perihelio, está a 180 grados deel perihelio de todos los demás objetos y planetas conocidos: los objetos distantes del Cinturón de Kuiper en la simulación asumieron la alineación que realmente se observa.
"Su respuesta natural es 'Esta geometría orbital no puede ser correcta. Esto no puede ser estable a largo plazo porque, después de todo, esto haría que el planeta y estos objetos se unieran y eventualmente colisionen'", dice Batygin. Pero a través de un mecanismo conocido como resonancia de movimiento medio, la órbita anti-alineada del noveno planeta en realidad evita que los objetos del Cinturón de Kuiper choquen con él y los mantiene alineados. A medida que los objetos en órbita se acercan, intercambian energía. Entonces, por ejemplo, por cada cuatro órbitas que hace el Planeta Nueve, un objeto distante del Cinturón de Kuiper podría completar nueve órbitas. Nunca chocan. En cambio, como un padre que mantiene el arco de un niño en un columpio con empujes periódicos, el Planeta Nueve empuja las órbitas del lejano Cinturón de Kuiperobjetos de tal manera que se conserve su configuración con relación al planeta.
"Aún así, era muy escéptico", dice Batygin. "Nunca había visto algo así en mecánica celeste".
Pero poco a poco, a medida que los investigadores investigaron características y consecuencias adicionales del modelo, se persuadieron. "Una buena teoría no solo debe explicar las cosas que se propuso explicar. Es de esperar que explique las cosas que no estableciópara explicar y hacer predicciones que sean comprobables ", dice Batygin.
Y, de hecho, la existencia del Planeta Nueve ayuda a explicar más que solo la alineación de los objetos distantes del Cinturón de Kuiper. También proporciona una explicación de las misteriosas órbitas que dos de ellos rastrean. El primero de esos objetos, llamado Sedna, fue descubierto por Brown en2003. A diferencia de los objetos del Cinturón de Kuiper de variedad estándar, que son "expulsados" gravitacionalmente por Neptuno y luego regresan a él, Sedna nunca se acerca mucho a Neptuno. Trujillo anunció un segundo objeto como Sedna, conocido como 2012 VP113.Shepherd en 2014. Batygin y Brown descubrieron que la presencia del Planeta Nueve en su órbita propuesta naturalmente produce objetos similares a los de Sedna al tomar un objeto estándar del Cinturón de Kuiper y lentamente alejarlo a una órbita menos conectada a Neptuno.
Pero la verdadera patada para los investigadores fue el hecho de que sus simulaciones también predijeron que habría objetos en el Cinturón de Kuiper en órbitas inclinadas perpendicularmente al plano de los planetas. Batygin siguió encontrando evidencia de esto en sus simulaciones y los llevó aBrown. "De repente me di cuenta de que hay objetos como ese", recuerda Brown. En los últimos tres años, los observadores han identificado cuatro objetos que rastrean órbitas aproximadamente a lo largo de una línea perpendicular desde Neptuno y un objeto a lo largo de otro ". Trazamos las posiciones de esosobjetos y sus órbitas, y coincidieron exactamente con las simulaciones ", dice Brown." Cuando encontramos eso, mi mandíbula golpeó el suelo ".
"Cuando la simulación alineó los objetos distantes del Cinturón de Kuiper y creó objetos como Sedna, pensamos que esto es algo asombroso: matas dos pájaros de un tiro", dice Batygin. "Pero con la existencia del planeta también explica estosórbitas perpendiculares, no solo matas a dos pájaros, sino que también derribas un pájaro que no sabías que estaba sentado en un árbol cercano "
¿De dónde vino el Planeta Nueve y cómo terminó en el sistema solar exterior? Los científicos han creído durante mucho tiempo que el sistema solar temprano comenzó con cuatro núcleos planetarios que luego tomaron todo el gas a su alrededor, formando los cuatro gasesplanetas: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Con el tiempo, las colisiones y las expulsiones los moldearon y los trasladaron a sus ubicaciones actuales. "Pero no hay razón para que no haya habido cinco núcleos, en lugar de cuatro".Marrón: el Planeta Nueve podría representar ese quinto núcleo, y si se acercara demasiado a Júpiter o Saturno, podría haber sido expulsado a su órbita distante y excéntrica.
Batygin y Brown continúan refinando sus simulaciones y aprenden más sobre la órbita del planeta y su influencia en el sistema solar distante. Mientras tanto, Brown y otros colegas han comenzado a buscar en el cielo el Planeta Nueve. Solo se conoce la órbita aproximada del planeta, nola ubicación precisa del planeta en ese camino elíptico. Si el planeta está cerca de su perihelio, dice Brown, los astrónomos deberían poder detectarlo en imágenes capturadas por estudios previos. Si está en la parte más distante de su órbita, los telescopios más grandes del mundo, como los telescopios gemelos de 10 metros en el Observatorio WM Keck y el Telescopio Subaru, todos en Mauna Kea en Hawai, serán necesarios para verlo. Sin embargo, si el Planeta Nueve ahora se encuentra en cualquier lugaren el medio, muchos telescopios tienen la oportunidad de encontrarlo.
"Me encantaría encontrarlo", dice Brown. "Pero también estaría perfectamente feliz si alguien más lo encontrara. Por eso estamos publicando este documento. Esperamos que otras personas se inspiren yempezar a buscar."
En términos de comprender más sobre el contexto del sistema solar en el resto del universo, Batygin dice que, en un par de formas, este noveno planeta que nos parece un bicho raro realmente haría que nuestro sistema solar sea más similar al otrosistemas planetarios que los astrónomos están encontrando alrededor de otras estrellas. Primero, la mayoría de los planetas alrededor de otras estrellas similares al sol no tienen un rango orbital único, es decir, algunas orbitan extremadamente cerca de sus estrellas anfitrionas, mientras que otras siguen órbitas excepcionalmente distantes. Segundo, las más comuneslos planetas alrededor de otras estrellas oscilan entre 1 y 10 masas de tierra.
"Uno de los descubrimientos más sorprendentes sobre otros sistemas planetarios ha sido que el tipo de planeta más común que existe tiene una masa entre el de la Tierra y el de Neptuno", dice Batygin. "Hasta ahora, hemos pensado que elFaltaba el sistema solar en este tipo de planeta más común. Tal vez somos más normales después de todo "
Brown, conocido por el importante papel que jugó en la degradación de Plutón de un planeta a un planeta enano, agrega: "Todas aquellas personas que están enojadas porque Plutón ya no es un planeta pueden estar encantadas de saber que existe un verdaderoEl planeta todavía está por encontrar ", dice." Ahora podemos ir a buscar este planeta y hacer que el sistema solar tenga nueve planetas una vez más ".
El documento se titula "Evidencia de un planeta gigante distante en el Sistema Solar".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Kimm Fesenmaier. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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