Hypothetische transneptunische Planeten, die die Sonne umkreisen

Die kürzliche mögliche Entdeckung von Planet Nine durch Batygin & Brown (2016) hat in der Astronomie-Community, Astronomy Stack Exchange und dem Rest der Welt für Aufsehen gesorgt. Dies liegt natürlich zum Teil daran, dass jede Erwähnung einer solchen Entdeckung Aufsehen erregen wird, aber zum Teil auch an der behaupteten Wahrscheinlichkeit, dass die Bewegungen der Transneptunischen Objekte (TNOs) rein zufällig sind: 0,007% , oder 1 zu 14.000, was einer Wahrscheinlichkeit von ~ 3,8 entspricht$\sigma$.

Allerdings ist die tatsächliche Wahrscheinlichkeit, dass dieser Planet existiert, etwas geringer – 90 % laut Brown und 68,3 % laut Greg Laughlin , einem Astronomen an der UC-Santa Cruz, der von den Ergebnissen vor der Veröffentlichung der Zeitung wusste. Der Unterschied zwischen diesen Quoten und den in dem Papier erwähnten Quoten ist darauf zurückzuführen, dass es möglicherweise andere Faktoren gibt, die die Bewegungen der TNOs verursacht haben könnten – und auch, dass diese informellen Zahlen eher Vermutungen als Schätzungen ähneln.

Die Antworten auf Warum wurde der „9. Planet“ noch nicht entdeckt? haben bereits eine Reihe von Methoden angegeben, die im Fall von Planet Nine nicht funktionieren, und warum sie nicht funktioniert haben. Abgesehen von der offensichtlichen Möglichkeit, dass Planet Nine einfach nicht existiert, sind hier einige davon:

• Es könnte mit einem Hintergrundstern verwechselt werden, der sich in die Milchstraße einfügt. ^[1]
• Es ist weit entfernt und schwach – vielleicht ein Objekt der 22. Größe ^{. [1] , [2]}
• Die meisten Methoden zur Erkennung von Exoplaneten funktionieren nicht, einschließlich ^[3]
  • Radialgeschwindigkeit.
  • Transit.
  • Gravitations-Mikrolinsen
  • Direkte Bildgebung.
• Frühere Durchmusterungen sehen entweder nicht tief genug in die Tiefe, sondern in andere Bereiche des Himmels, oder decken Wellenlängen ab, in denen dieser Planet nicht auftaucht. ^[4] Dies ist ein weiteres Problem bei der Verwendung von WISE detailiert in MBRs Antwort hier . Andere Probleme sind, dass der Planet wahrscheinlich nicht massiv genug ist, damit WISE ihn sehen kann, und dass er extrem weit entfernt ist. Es kann auch kalt sein und eine niedrige Albedo haben, was eine direkte Erkennung erschwert.

Ich erwähne das alles, weil überraschenderweise der Fall von Planet Neun für die Entdeckung dieser anderen Planeten, die Sie in Ihrer Frage erwähnt haben, sehr relevant ist.

HD 106906 b

Hier gibt es mehrere Ähnlichkeiten zwischen diesem Planeten und Planet Neun.

• HD 106906 b hat eine Umlaufbahn mit einer großen Halbachse von mindestens 650 AE. Im Vergleich dazu wird angenommen, dass Planet Neun laut den Schätzungen in der Zeitung eine große Halbachse von etwa 700 AE hat. Allerdings sind andere Orbitaleigenschaften für HD 106906 b unbekannt und können abweichen.
• HD 106906 b hat eine Masse von etwa 11 Erdmassen; Planet Neun hat eine Masse von etwa 10 Erdmassen.

Ein Unterschied besteht darin, dass sich HD 106906 b möglicherweise dort gebildet hat, wo es sich gerade befindet. Eine Streuung, wie sie Planet Nine erlebte, scheint unwahrscheinlich zu sein. Dies bedeutet, dass die beiden unterschiedliche Zusammensetzungen haben könnten - obwohl ich denken würde, dass beide Eisriesen oder deren Überreste sein könnten, wenn man bedenkt, wo sie entstanden sind.

Kurz gesagt, HD 106906 b kann Planet Nine sehr ähnlich sein, und obwohl wir nicht viel über beide Eigenschaften wissen, scheint es sicher zu sein, dass die Erkennungsmethoden und Probleme ähnlich sind.

Fomalhaut b

Fomalhaut b ist etwas anders. Seine große Halbachse ist ~177 AE – viel kleiner als diese anderen beiden Planeten – und kann irgendwo zwischen 10 Erdmassen und mehreren hundert Erdmassen liegen.

Interessanterweise wurde auch Fomalhaut b indirekt entdeckt, genau wie Planet Nine. In Fomalhauts Staubscheibe wurde eine Lücke gefunden, die nur von einem massereichen Planeten verursacht worden sein kann. Später wurde es direkt abgebildet.

Ein direkter Nachweis könnte möglich sein, wenn sich Fomalhaut b im Sonnensystem befände, insbesondere angesichts seiner größeren Größe und Masse. Darüber hinaus hätte dies enorme Auswirkungen auf TNOs. Es wäre jedoch ein Gasriese, kein Eisriese, daher wäre es schwierig zu erklären, wie es sich so weit bewegt hat.

Ich habe diese Planeten besprochen, um einen kleinen Umweg zu machen und darüber zu sprechen, was jenseits von Neptun sein könnte (und was nicht). Hier werde ich deutlicher.

Was könnte jenseits von Neptun sein

• Ein Eisriese wie Planet Neun oder die Überreste eines solchen. Dies hätte sich näher in der Nähe von Jupiter und Saturn gebildet, die in einer Periodenresonanz mit Saturn existierten. Es hätte auch andere Riesenplanetenresonanzen gegeben. Dann unterbrach eine Instabilität die Resonanzen und brachte den Eisriesen nach innen in Richtung Saturn und dann Jupiter, wo er nach außen geschleudert wurde. Dadurch veränderten sich die Umlaufbahnen der anderen vier Gasriesen. Ich habe darüber gesprochen, dies ist eine weitere Antwort von mir , auf die ich mich anscheinend ständig beziehe.

  Allerdings war die ursprüngliche Antwort falsch, was ich inzwischen bemerkt habe, und wurde überarbeitet. Batygins Schätzungen ergaben, dass Planet Neun viele, viele Millionen von Jahren ausgestoßen worden wäre, bevor die Resonanzen angeblich gebrochen wurden (nach Beweisen aus dem späten schweren Bombardement ). Dies bedeutet jedoch nicht, dass es keinen sechsten Riesen gegeben haben könnte. Die Simulationen Nesvorný & Morbidelli (2012) , die die Entwicklung eines Sonnensystems mit vier, fünf und sechs Riesenplaneten untersuchten, fanden einige gute Ergebnisse mit fünf und sechs Riesenplaneten.

• Eine Super-Erde oder Mini-Neptun . ¹ Dies sind Planeten, die höchstens 10 Erdmassen haben. Super-Erden wären terrestrische Planeten mit dicken Atmosphären; Mini-Neptune wären Gasplaneten. Beachten Sie, dass diese Namen nichts anderes über ihre Zusammensetzung aussagen - zum Beispiel sind Supererden nicht unbedingt bewohnbar.
• Etwas anderes. Die Region wurde noch nicht gut erkundet, und es könnte einige andere unvorhergesehene Objekte geben. Diese Art von Objekt wäre wahrscheinlich kalt, da WISE (siehe nächster Abschnitt) es andernfalls möglicherweise erkannt hätte.

Was nicht jenseits von Neptun sein kann

• Ein Gasriese. ² Der Wide-field Infrared Survey Explorer fand keine Saturn-Massenobjekte bis zu 10.000 AE und keine Jupiter-Massenobjekte bis zu 26.000 AE .

  

  Dies ist natürlich neben vielen anderen Planeten, die nicht existieren können . Jedenfalls hätten wir Fomalhaut b jetzt höchstwahrscheinlich entdeckt, wenn es sich im Sonnensystem befände.

Angenommen, es gibt etwas jenseits von Neptun, wie können wir es bestrafen? Nun, da seine Existenz angenommen wurde und wir wissen, wo er sein sollte , können Astronomen Teleskope auf diesen Ort ausrichten und direkte Abbildungen verwenden.

Es gab einige Aufregung, weil das Subaru-Teleskop verwendet wird . Andere optische (und möglicherweise infrarote und andere Wellenlängen) Teleskope werden höchstwahrscheinlich ebenfalls verwendet. Antworten auf Welche Wellenlänge, um den "9. Planeten" am besten zu erkennen? (insbesondere die Antwort von Rob Jeffries) weisen darauf hin, dass optische und Infrarot- / Nahinfrarot-Wellenlängen die beste Wahl sind. Stand heute (24.1.2016) können wir nur darüber spekulieren, welche anderen Instrumente zum Einsatz kommen werden und wie ihre Chancen stehen, diesen Planeten zu finden – sofern er existiert.

Wer weiß? Vielleicht taucht noch etwas Unerwartetes auf.

^{1 Nun kommen wir zu den verschiedenen Dingen, die Planet Nine sein könnte. Meine Antwort auf Welche Art von Objekt mit planetarer Masse wäre Planet Neun? deckt dies ab, aber es gibt bessere Antworten auf den neunten Planeten - was könnte es sonst sein? als meins.
2 Achten Sie auf den Unterschied zwischen einem Eisriesen und einem Gasriesen .}

Wenn ein solcher Planet existiert, sollte WISE ihn beobachten. WISE ist ein Infrarotsatellit, der den gesamten Himmel abbildet. Im Speziellen:

• es war in der Lage, alles mit einer Temperatur über 70-100 K zu erkennen, während die kühlsten bekannten Exoplaneten im Bereich von 100 K liegen (siehe Histogramm unten, entnommen aus dem Exoplaneten-Katalog );
• Es war in der Lage, Objekte zu erkennen, die größer als 1 km bis zu 3 AE von der Sonne entfernt sind, oder Objekte mit 2-3 Jupitermassen in einer Entfernung von bis zu 7-10 Lichtjahren (also ungefähr bis zu 440.000 bis 630.000 AE, siehe hier und hier );

Ich würde also sagen, dass seine Existenz jetzt ziemlich ausgeschlossen ist.