Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)
Na początku tego roku naukowcy zaprezentowali dowody na istnienie dziewiątej planety Układu Słonecznego o masie Neptuna, poruszającej się po eliptycznej orbicie 10 razy dalej od Słońca niż Pluton. Od tego czasu teoretycy próbują dowiedzieć się w jaki sposób planeta tego typu mogła znaleźć się na tak odległej orbicie.
Nowe badania przeprowadzone przez astronomów z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) skupiły się na kilku scenariuszach – okazało się, że większość z nich charakteryzuje się bardzo niskim prawdopodobieństwem wystąpienia. Dlatego też obecność Planety 9 wciąż pozostaje pod dużym znakiem zapytania.
„Dowody wskazują na istnienie Planety 9, ale nie jesteśmy w stanie wytłumaczyć w jaki sposób mogła ona się tam znaleźć,” mówi Gongjie Li, astronom CfA, główny autor artykułu zaakceptowanego do publikacji w periodyku Astrophysical Journal Letters.
Planeta 9 krąży wokół Słońca w odległości od 400 do 1500 jednostek astronomicznych. Znajduje się ona zatem znacznie dalej niż wszystkie inne planety Układu Słonecznego. Powstaje zatem pytanie: czy ona już tam powstała czy też może powstała gdzie indziej i dopiero potem znalazła się na swojej nietypowej orbicie?
Li oraz jej współautor Fred Adams z University of Michigan przeprowadzili miliony symulacji komputerowych, aby przetestować trzy różne możliwości. Pierwsza i najbardziej prawdopodobna zakłada przejście w pobliżu Układu Słonecznego innej gwiazdy, która swoją grawitacja odciągnęła Planeta 9 od Słońca. Tego typu oddziaływanie nie tylko wysłałoby planetę na znacznie szerszą, ale także bardziej eliptyczną orbitę. A skoro Słońce powstało w gromadzie gwiazd składającej się z tysięcy innych gwiazd, tego typu oddziaływania zapewne były dużo częstsze we wczesnej historii Układu Słonecznego.
Niemniej jednak, przechodząca blisko gwiazda prawdopodobnie całkowicie wyrwałaby Planeta 9 z Układu Słonecznego. Li i Adams doszli do wniosku, że prawdopodobieństwo, że Planeta 9 wylądowałaby na obecnej orbicie wynosi zaledwie 10%. Co więcej, aby do tego doszło, od samego początku planeta musiałaby się znajdować bardzo daleko od Słońca.
Astronom CfA Scott Kenyon uważa, że być może rozwiązał ten problem. W dwóch artykułach złożonych do publikacji w periodyku Astrophysical Journal, Kenyon wraz z Benjaminem Bromleyem (University of Utah) wykorzystał symulacje komputerowe do stworzenia możliwych scenariuszy powstawania Planeta 9 na odległej orbicie.
„Najprostszym rozwiązaniem jest sytuacja, w której w Układzie Słonecznym powstałby jeszcze jeden gazowy olbrzym,” mówi Kenyon.
Naukowcy zaproponowali teorię według której Planeta 9 uformowała się dużo bliżej Słońca, a oddziaływania grawitacyjne z innymi gazowymi olbrzymami, takimi jak Jowisz cz Saturn mogły z czasem wyrzucić planetą na większą i bardziej eliptyczną orbitę.
„Można to sobie wyobrazić na przykładzie dziecka na huśtawce. Jeżeli lekko je popchniemy w odpowiednim momencie, będzie się bujać coraz wyżej,” tłumaczy Kenyon. „W pewnym momencie jednak wyzwaniem jest nie pchnąć planety na tyle mocno, aby całkowicie wyleciała z Układu Słonecznego.”
Jednak według niego, można tego uniknąć poprzez oddziaływanie z dyskiem gazowym Układu Słonecznego.
Kenyon i Bromley zbadali także możliwość uformowania się Planety 9 na bardzo odległej orbicie. Okazało się, że odpowiednie połączenie początkowej masy dysku i czasu życia dysku mogło pozwolić na powstanie Planety 9 zanim koło Słońca przeszła gwiazda wzmiankowana przez Li.
„Najlepszą cechą tych scenariuszy jest fakt, że są one obserwacyjnie testowalne,” zauważa Kenyon. „Wyrzucony gazowy olbrzym będzie wyglądał jak zimny Neptun, podczas gdy planeta, która już tam powstała przypominałaby gigantycznego Plutona, bez otoczki gazowej.”
Badania Li pozwalają także nałożyć ograniczenia na epoki formowania się i migracji Planety 9. Słońce powstało w gromadzie, w której gwiazdy częściej się do siebie zbliżały. Odległa orbita Planety 9 sprawiłaby, że byłaby ona podatna na wyrzucenie z układu planetarnego podczas takiego zbliżenia. Dlatego też najprawdopodobniej Planeta 9 znalazła się na obecnej orbicie już po tym jak Słońce opuściło swoją gromadę.
Na samym końcu Li oraz Adams przyjrzeli się dwóm bardziej egzotycznym możliwościom: 1. Planeta 9 jest egzoplanetą przechwyconą z przechodzącego w pobliżu Słońca innego układu planetarnego, lub planetą swobodną, która została przechwycona po tym jak za bardzo zbliżyła się do Układu Słonecznego. Niemniej jednak badacze doszli do wniosku, że szanse na prawdziwość któregokolwiek z tych scenariuszy są mniejsze niż 2 procent.
Źródło: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics