Een onbekende, ongezien "planetair massa-object" kan op de loer liggen in de buitenste regionen van ons zonnestelsel, volgens nieuw onderzoek naar de banen van kleine planeten dat wordt gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift . Dit object zou anders zijn dan - en veel dichterbij dan - de zogenaamde Planeet Negen, een planeet waarvan het bestaan ​​nog op bevestiging wacht.

In de krant, Kat Volk en Renu Malhotra van het Lunar and Planetary Laboratory van de Universiteit van Arizona, of LPL, overtuigend bewijs presenteren van een nog te ontdekken planetair lichaam met een massa ergens tussen die van Mars en de aarde. De mysterieuze massa, de auteurs laten zien, heeft zijn aanwezigheid - voorlopig - alleen weggegeven door de baanvlakken van een populatie ruimterotsen die bekend staat als Kuipergordel-objecten te beheersen, of KBO's, in de ijzige buitenwijken van het zonnestelsel.

Terwijl de meeste KBO's - puin dat overblijft na de vorming van het zonnestelsel - om de zon draaien met orbitale hellingen (neigingen) die gemiddeld uitkomen op wat planetaire wetenschappers het onveranderlijke vlak van het zonnestelsel noemen, de verste objecten van de Kuipergordel niet. Hun gemiddelde vliegtuig, Volk en Malhotra ontdekten, is ongeveer acht graden van het onveranderlijke vlak weg gekanteld. Met andere woorden, iets onbekends vervormt het gemiddelde baanvlak van het buitenste zonnestelsel.

"De meest waarschijnlijke verklaring voor onze resultaten is dat er een onzichtbare massa is, " zegt Volk, een postdoctoraal fellow bij LPL en de hoofdauteur van de studie. "Volgens onze berekeningen iets zo massief als Mars zou nodig zijn om de kromming te veroorzaken die we hebben gemeten."

De Kuipergordel ligt buiten de baan van Neptunus en strekt zich uit tot een paar honderd astronomische eenheden, of AU, waarbij één AU de afstand tussen de aarde en de zon vertegenwoordigt. Net als zijn neef in het binnenste zonnestelsel, de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter, de Kuipergordel herbergt een groot aantal kleine planeten, meestal kleine ijzige lichamen (de voorlopers van kometen), en een paar dwergplaneten.

Voor de studie, Volk en Malhotra analyseerden de hellingshoeken van de baanvlakken van meer dan 600 objecten in de Kuipergordel om de gemeenschappelijke richting te bepalen waarom deze baanvlakken allemaal preceseren. Precessie verwijst naar de langzame verandering of "wobble" in de oriëntatie van een roterend object.

KBO's werken analoog aan tollen, legt Malhotra uit, die een Louise Foucar Marshall Science Research Professor en Regents' Professor of Planetary Sciences is bij LPL.

"Stel je voor dat je heel veel snel draaiende tollen hebt, en je geeft ze allemaal een klein duwtje, ' zegt ze. 'Als je er dan een foto van maakt, je zult zien dat hun spin-assen verschillende oriëntaties hebben, maar gemiddeld ze zullen naar het lokale zwaartekrachtveld van de aarde wijzen.

"We verwachten dat elk van de orbitale kantelhoeken van de KBO's zich in een andere richting zal bevinden, maar gemiddeld ze zullen loodrecht wijzen op het vlak dat wordt bepaald door de zon en de grote planeten."

Als men het gemiddelde baanvlak van objecten in het buitenste zonnestelsel zou beschouwen als een plaat, het zou vrij vlak moeten zijn voorbij 50 AU, volgens Volk.

"Maar verder gaan van 50 naar 80 AU, we ontdekten dat het gemiddelde vliegtuig eigenlijk wegdraait van het onveranderlijke vlak, " legt ze uit. "Er is een reeks onzekerheden voor de gemeten warp, maar er is niet meer dan 1 of 2 procent kans dat deze warp slechts een statistische toevalstreffer is van de beperkte observationele steekproef van KBO's."

Met andere woorden, het effect is hoogstwaarschijnlijk een echt signaal in plaats van een statistische toevalstreffer. Volgens de berekeningen is een object met de massa van Mars dat ongeveer 60 AU om de zon draait in een baan die ongeveer acht graden gekanteld is (ten opzichte van het gemiddelde vlak van de bekende planeten) heeft voldoende zwaartekracht om het baanvlak van de verre KBO's binnen ongeveer 10 AU te vervormen tot beide zijden.

"De waargenomen KBO's op afstand zijn geconcentreerd in een ring van ongeveer 30 AE breed en zouden de zwaartekracht van zo'n planetair massaobject in de loop van de tijd voelen, "Volks zei, "dus veronderstellen dat één planetaire massa de waargenomen kromtrekking veroorzaakt, is niet onredelijk over die afstand."

Dit sluit de mogelijkheid uit dat het gepostuleerde object in dit geval de hypothetische planeet negen zou kunnen zijn, waarvan het bestaan ​​is gesuggereerd op basis van andere waarnemingen. Er wordt voorspeld dat die planeet veel massiever is (ongeveer 10 aardmassa's) en veel verder weg bij 500 tot 700 AU.

"Dat is te ver weg om deze KBO's te beïnvloeden, " zei Volk. "Het moet zeker veel dichterbij zijn dan 100 AU om de KBO's in dat bereik aanzienlijk te beïnvloeden."

Omdat een planeet per definitie, moet zijn baan hebben vrijgemaakt van kleine planeten zoals KBO's, de auteurs verwijzen naar de hypothetische massa als een planetair massa-object. De gegevens sluiten ook niet uit dat de kromtrekking het gevolg zou kunnen zijn van meer dan één planetair massa-object.

Dus waarom hebben we het nog niet gevonden? Waarschijnlijk, volgens Malhotra en Volk, omdat we nog niet de hele hemel hebben afgezocht naar objecten in het verre zonnestelsel. De meest waarschijnlijke plaats waar een planetair massa-object zich zou kunnen verbergen, is in het galactische vlak, een gebied dat zo dicht opeengepakt is met sterren dat onderzoeken van het zonnestelsel dit meestal vermijden.

"De kans dat we zo'n object met de juiste helderheid en afstand niet hebben gevonden, simpelweg vanwege de beperkingen van de onderzoeken, wordt geschat op ongeveer 30 procent, ' zei Volk.

Een mogelijk alternatief voor een onzichtbaar object dat het vlak van de buitenste objecten van de Kuipergordel zou kunnen verstoren, zou een ster kunnen zijn die in de recente (naar astronomische maatstaven) geschiedenis zoemde in het zonnestelsel, zeiden de auteurs.

"Een passerende ster zou alle 'spinning tollen' in één richting trekken, " zei Malhotra. "Zodra de ster weg is, alle KBO's gaan terug naar het precessie rond hun vorige vliegtuig. Dat zou een extreem nauwe doorgang vereisen bij ongeveer 100 AU, en de schering zou binnen 10 miljoen jaar worden gewist, dus we beschouwen dit niet als een waarschijnlijk scenario."

De kans van de mensheid om een ​​glimp op te vangen van het mysterieuze object zou vrij snel kunnen komen zodra de bouw van de Large Synoptic Survey Telescope is voltooid. Gerund door een consortium dat de UA omvat en gepland voor eerste licht in 2020, het instrument zal ongekend duren, realtime-onderzoeken van de lucht, avond na avond.

"We verwachten dat LSST het aantal waargenomen KBO's van momenteel ongeveer 2000 tot 40 zal brengen, 000, " zei Malhotra. "Er zijn veel meer KBO's - we hebben ze alleen nog niet gezien. Sommige zijn te ver en te zwak, zelfs voor LSST om te zien, maar omdat de telescoop de hemel veel uitgebreider zal bedekken dan de huidige onderzoeken, het moet dit object kunnen detecteren, als het daar is."