06.10.16: For første gang på over 150 år er det nå sterke indikasjoner på at antallet planeter i Solsystemet er feil. To forskere ved Caltech i California mener å ha funnet bevis for en gigantplanet med en merkelig bane i den indre delen av Oorts Sky helt ytterst i Solsystemets bakgård. Superjorden har en masse på rundt 10 ganger Jordens, går i bane gjennomsnittlig 20 ganger lenger ut enn Neptun og bruker et sted mellom 10 000 og 20 000 år på en runde rundt Solen. Til sammenligning bruker Pluto 248 år!

av Anne Mette Sannes og Knut Jørgen Røed Ødegaard

Kunstnerisk fremstilling av Planet 9.
Illustrasjon: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Det er en kjent sak at det er mye upløyd mark i det enorme området utenfor Neptun, og at Pluto-passeringen i juli i fjor var starten på en helt ny æra med utforskning av denne ennå ukjente delen av vårt solsystem.

De to forskerne Konstantin Batygin og Mike Brown oppdaget planeten (som har fått den foreløpige betegnelsen Planet 9) ved hjelp av matematiske analyser og datasimuleringer, men har ikke observert objektet direkte. Brown sier at det kun har blitt oppdaget to planeter siden oldtiden og at denne blir den tredje. Den nye planeten har 5 000 ganger større masse enn Pluto og er tilstrekkelig stor til at det ikke vil være noen tvil om at dette virkelig er en planet. I motsetning til de fire mindre objektene som har fått status som dvergplanet (den 5. dvergplaneten er Ceres som befinner seg i asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter) i dette området utenfor Pluto, dominerer Planet 9 nabolaget – faktisk et større område enn noen av de andre kjente planetene!

De to Caltech-forskerne Mike Brown og Konstanin Batygin har samarbeidet tett om å finne Solsystemets niende planet.
Foto: Lance Hayashida/Caltech

I siste utgave av The Astronomical Journal, beskriver de to forskerne hvordan Planet 9 bidrar til å forklare en rekke mystiske baneegenskaper til isete objekter i det såkalte Kuiperbeltet – et bredt belte av isobjekter utenfor Neptun.

Kuiperbeltet strekker seg fra 30 til 50 astronomiske enheter fra Solen.
Illustrasjon: NASA

Første tegn på at det kan finnes et stort objekt langt ute i Solsystemet

De første antydningene om at det kan finnes et stort uoppdaget objekt der ute, dukket opp våren 2014. Selv om de to forskerne i starten var ganske skeptiske til om det virkelig fantes en planet luskende rundt i denne øde delen av Solsystemet, fortsatte de å forske på dens mulige bane og hva et slikt objekt i så fall ville bety for det ytre av Solsystemet, og ble gradvis overbevist om at det måtte befinne seg en planet der.

"For første gang på over 150 år har vi funnet sterke bevis for at vår oversikt over planetene i Solsystemet ikke er komplett," sier de to.

Sterke bevis for Planet 9 ytterst i Solsystemet. Letingen er i gang!

Men veien til denne teoretiske oppdagelsen har ikke vært enkel. I 2014 publiserte en tidligere postdoc til Brown, Chad Trujillo og hans kollega Scott Sheppard, et vitenskapelig arbeid hvor de påpekte at 13 av de fjerneste objektene i Kuiperbeltet hadde like baneegenskaper, og for å forklare likheten, antydet de at tyngdekreftene fra et stort objekt eller en planet kunne være årsaken. Brown mente at dette var usannsynlig, men nysgjerrigheten var allerede pirret, og sammen med Batygin startet han det som skulle bli et halvannet år langt samarbeid for å forske på fjerne objekter i Solsystemet. Den ene skulle observere, den andre var teoretiker, og de to nærmet seg oppgaven fra to helt ulike vinkler.

Batygin og Brown forsto ganske raskt at alle de 6 fjerneste objektene fra Trujillo og Shepherds opprinnelige utvalg fulgte elliptiske baner som pekte i samme retning i verdensrommet, noe som var spesielt overraskende siden ytterpunktene i banene deres beveger seg rundt Solsystemet og med ulike hastigheter. Og på toppen av det hele fant de også at banene til disse 6 objektene helte i samme retning – omtrent 30 grader nedover i forhold til baneplanet til de 8 kjente planetene. Sjansen for at dette skal skje er ca. 0,007 prosent! I følge Brown skal ikke dette skje tilfeldig, og de antok derfor at noe det måtte være noe annet som påvirket banene.

Først undersøkte de muligheten for at det kanskje finnes så mange fjerne kuiperbelteobjekter som ennå ikke er oppdaget at disse forårsaker nok tyngdekraft til å holde undergruppen av objekter sammen. Men de la straks ideen bak seg da det viste seg at et slikt scenario ville ha krevd at Kuiperbeltet har rundt 100 ganger dagens masse. Det var dette som satte dem på tanken om at det kunne dreie seg om en planet, og deres første innskytelse var å kjøre datasimuleringer som inkluderte en planet i en fjern bane rundt de 6 kuiperbelteobjektene og som dermed fungerte som en gigantisk lasso som holder dem på plass i like baner. Ifølge Batygin fungerer dette nesten, men det gjør ikke banene akkurat så avlange som observasjonene viser at de er.

De seks fjerneste kjente objektene i Solsystemet med baner utenfor Neptun (lilla). Alle har på mystisk vis fått baner i same retning. Når de betraktes i tre dimensjoner, har de nesten lik helning i forhold til Solsystemets baneplan. Batygin og Brown viser at en planet med 10 ganger Jordens masse, som befinner seg i en fjern og avlang bane og i motsatt retning av de seks objektene (oransje), er nødvendig for å opprettholde denne situasjonen.
Illustrasjon: Caltech/R. Hurt (IPAC) [Diagram was created using WorldWide Telescope.]

Tilfeldigvis la de to forskerne merke til at dersom de kjørte datasimuleringene med en stor planet i en bane hvor planetens perihel (banepunktet nærmest Solen), er 180 grader unna perihel til alle de andre objektene og planetene, fikk de fjerne kuiperbeltobjektene i simuleringen de observerte banene. En naturlig forklaring ville være at denne banegeometrien må være feil – at dette ikke kan holde være stabilt over lengre tid siden dette ville ha medført at disse objektene ville møtes og til slutt kollidere. Men ved hjelp av en mekanisme kjent som gjennomsnittsbevegelses-resonans, ville banen til den niende planeten faktisk hindre kuiperbelteobjekter å kollidere med den og holde dem samlet.

Når objekter som går i bane rundt hverandre nærmer seg hverandre, utveksler de energi. Dette betyr for eksempel at for hvert fjerde baneomløp Planet 9 fullfører, vil et fjernt kuiperbelteobjekt fullføre ni. De vil aldri kollidere, i stedet vil Planet 9 påvirke banene til fjerne kuiperbelteobjekter på en slik måte at deres posisjon i forhold til Planet 9 opprettholdes, på samme måte som når mor eller far holder husken i gang når barnet har fått nok fart. Ifølge Batygin var han fortsatt skeptisk siden han aldri tidligere hadde sett en slik himmelmekanikk. Men litt etter litt, mens de to forskerne utforsket flere egenskaper ved og konsekvenser av modellen, ble de overbevist. "En god teori skal ikke bare forklare ting du søker å forklare – den skal helst også forklare ting du ikke har planlagt å forklare og dessuten gjøre testbare forutsigelser ", sier Batygin.

Og faktum er at eksistensen av Planet 9 hjelper til å forklare mer enn bare opplinjeringen av banene til fjerne kuiperbelteobjekter – den gir også en forklaring på de mystiske banene til to av dem. Det ene av disse, kalt Sedna, ble oppdaget av Brown i 2003. Til forskjell fra standard kuiperbelteobjekter, som bli «kastet» ut av Neptuns tyngdekrefter for så å vende tilbake til den, kommer aldri Sedna veldig nær Neptun. Oppdagelsen av et annet objekt som ligner Sedna – 2012 VP113 – ble kunngjort av Trujillo og Shepherd i 2014. Batygin og Brown fant ut at tilstedeværelsen av Planet 9 i dens antatte bane produserer Sednalignende objekter ved å ta et vanlig kuiperbelteobjekt og sakte trekke den ut til en bane som er mindre bundet til Neptun.

Men forskerne ble virkelig entusiastiske da de oppdaget at simuleringene også forutsa at det måtte være objekter i Kuiperbeltet i baner vinkelrett på planetplanet. Batygin fortsatte å finne bevis for slike i simuleringene og tok dem til Brown. «Plutselig forsto jeg at slike objekter finnes», minnes Brown. I de siste tre årene har astronomer identifisert fire objekter i baner som står omtrent vinkelrett på Neptun, og som beveger seg etter hverandre. "Vi plottet inn posisjonene til disse posisjonene og deres baner og de matchet simuleringene perfekt», sier Brown. "Og da vi da vi fant ut dette, ble jeg bare stående og gape, og da simuleringen linjerte opp banene til de fjerne kuiperbelteobjektene og dannet objekter som Sedna, syntes vi dette var fantastisk – man slo altså to fluer i en smekk. Men siden eksistensen av planeten også forklarte disse vinkelrette banene, slo man ikke bare to fluer i en smekk – man slo også en flue man ikke kjente til eksistensen av!"

Forskerne har lenge antatt at Solsystemet i de tidligste fasene begynte med fire planetkjerner som begynte å trekke til seg all gassen rundt seg og dermed endte opp som de fire gassplanetene Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, og at kollisjoner og vekselvirkninger med tiden formet dem og flyttet dem til deres nåværende posisjoner. Men ifølge Brown er det ingen grunn til at det ikke kan ha vært fem kjerner i stedet for fire, I så fall kan Planet 9 representere denne femte kjernen, som, dersom den kom for nær Jupiter eller Saturn, kan ha blitt sent ut til den fjerne og avlange banen den har i dag.

Jakten på planeten er allerede i gang!

Ifølge Brown vil ingen virkelig tro at planeten finnes dersom den ikke dukker opp i søkeren til et teleskop, og at inntil dette skjer vil dette være en hypotese, men en svært god hypotese. Brown og andre kolleger har nå begynt å undersøke bestemte områder av himmelen på jakt etter Planet 9, og teleskopet de benytter er Subaru-teleskopet på toppen av Mauna Kea på Hawaii. De kjenner bare planetens omtrentlige bane, ikke dens nøyaktige posisjon i dens elliptiske bane.

Dersom den nå befinner seg i perihel (nærmest Solen), skal Brown og kollegene og andre astronomer være i stand til å oppdage den på bilder fra tidligere undersøkelser. Skulle den derimot befinne seg i aphel (lengst fra Solen) trengs verdens største teleskoper som for eksempel de 10 meter store tvillingteleskopene til W. M. Keck-observatoriet og Subaru-teleskopet på Mauna Kea på Hawaii. Men dersom planeten befinner seg et sted mellom perihel og aphel, bør mange teleskoper ha mulighet til å finne den.

Det 8,2 meter store Subaru-teleskopet på Mauna Kea på Hawaii.
Foto: Subaru Telescope, NAOJ

Og Brown må sies å ha god erfaring med å finne fjerntliggende objekter – det var nemlig han, sammen med to andre, som oppdaget Sedna i 2003. Sedna har en baneperiode på 11 400 år rundt Solen mens Planet 9 antas å ha en omløpstid på rundt 15 000. Altså enda lenger ut, men Planet 9 er både enormt mye større og dermed mer lyssterk enn andre objekter i samme avstand.

"Jeg ville elsket å finne den," sier Brown. "Men jeg ville også vært lykkelig dersom noen andre fant den. Det er derfor vi publiserer denne artikkelen. Vi håper jo at andre vil bli inspirert til å begynne å lete!"

For å forstå vårt solsystem i sammenheng med resten av Universet, hevder Batygin at Planet 9, som virker som en raring på oss, egentlig gjør vårt solsystem mer likt andre solsystem. For det første har de fleste planetsystem rundt andre sollignende stjerner planeter med helt forskjellige former der noen kommer svært nær moderstjernen, mens andre følger ekstremt fjerne baner. Til sammenligning har de kjente planetene i vårt solsystem har nesten runde baner. For det andre er det en svært fascinerende oppdagelse at de fleste planetene rundt andre sollignende stjerner har mellom 1 og 10 ganger Jordens masse.

"Inntil nå har vi trodd at Solsystemet manglet denne mest vanlige typen av planeter. Kanskje er vi derfor ganske normale når alt kommer til stykket ....", sier Batygin.

Kunstnerisk fremstilling av det store islegemet Sedna. Sedna ble oppdaget i 2003 av blant annet Michael E. Brown, den ene av de to forskerne som har funnet bevis for Planet 9, og er et av de aller fjerneste objektene vi kjenner til. Sedna er kategorisert i den såkalte spredte skiven mellom Kuiperbeltet og Indre Oorts sky, men mange mener Sedna er det første kjente objektet i Oorts sky. Objektet bruker 11 400 år på et omløp rundt Solen.
Illustrasjon: NASA/JPL-Caltech

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Caltech: Caltech Researchers Find Evidence of a Real Ninth Planet

Den vitenskapelige artikkelen i sin helhet

Nyoppdaget dvergplanet gir hint om superjord!

New Horizons’ besøk til Pluto – det eneste Kuiperbelte-objektet vi har sett på nært hold