Planet Nine is een theoretische, onontdekte reuzenplaneet in de mysterieuze verre uithoeken van ons zonnestelsel.

Er wordt verondersteld dat de aanwezigheid van planeet negen alles verklaart, van de kanteling van de rotatie-as van de zon tot de schijnbare clustering in de banen van kleine, ijzige asteroïden voorbij Neptunus.

Maar bestaat Planet Nine eigenlijk wel?

Ontdekkingen aan de rand van ons zonnestelsel

De Kuipergordel is een verzameling van kleine, ijzige lichamen die om de zon draaien voorbij Neptunus, op afstanden groter dan 30 AU (één astronomische eenheid of AU is de afstand tussen de aarde en de zon). Deze Kuipergordelobjecten (KBO's) variëren in grootte van grote keien tot 2, 000 km breed. KBO's zijn overgebleven kleine stukjes planetair materiaal die nooit in planeten zijn verwerkt, vergelijkbaar met de asteroïdengordel.

De ontdekkingen van het meest succesvolle Kuipergordelonderzoek tot nu toe, de Outer Solar System Origins Survey (OSSOS), suggereren een geniepigere verklaring voor de banen die we zien. Van veel van deze KBO's is ontdekt dat ze zeer elliptische en gekantelde banen hebben, zoals Pluto.

Wiskundige berekeningen en gedetailleerde computersimulaties hebben aangetoond dat de banen die we in de Kuipergordel zien, alleen kunnen zijn gemaakt als Neptunus oorspronkelijk een paar AU dichter bij de zon vormde, en naar buiten gemigreerd naar zijn huidige baan. De migratie van Neptunus verklaart de alomtegenwoordigheid van zeer elliptische banen in de Kuipergordel, en kan alle KBO-banen verklaren die we hebben waargenomen, behalve een handvol KBO's in extreme banen die altijd minstens 10 AU voorbij Neptunus blijven.

Bewijs van planeet negen?

Deze extreme banen hebben het sterkste bewijs geleverd voor Planet Nine. De eerste die werden ontdekt, waren allemaal beperkt tot één kwadrant van het zonnestelsel. Astronomen verwachten banen in alle verschillende oriëntaties waar te nemen, tenzij er een kracht van buitenaf is die ze opsluit. Het vinden van verschillende extreme KBO's op banen die in dezelfde richting wezen, was een aanwijzing dat er iets aan de hand was. Twee afzonderlijke groepen onderzoekers berekenden dat slechts een grote, zeer verre planeet kan alle banen beperkt houden tot een deel van het zonnestelsel, en de theorie van Planet Nine was geboren.

Planeet Negen zou vijf tot tien keer zo massief zijn als de aarde, met een baan tussen 300-700 AU. Er zijn verschillende gepubliceerde voorspellingen voor zijn locatie in het zonnestelsel, maar geen van de zoekteams heeft het nog ontdekt. Na ruim vier jaar zoeken, er is nog steeds alleen indirect bewijs in het voordeel van Planet Nine.

De zoektocht naar KBO's

Zoeken naar KBO's vereist een zorgvuldige planning, nauwkeurige berekeningen en nauwgezette opvolging. Ik maak deel uit van de OSSOS, een samenwerking van 40 astronomen uit acht landen. We hebben de Canada-France-Hawaii Telescope gedurende vijf jaar gebruikt om meer dan 800 nieuwe KBO's te ontdekken en te volgen, bijna een verdubbeling van het aantal bekende KBO's met goed gemeten banen. De door OSSOS ontdekte KBO's variëren in grootte van enkele kilometers tot meer dan 100 km, en variëren in ontdekkingsafstand van een paar AU tot meer dan 100 AU, met de meerderheid bij 40-42 AU in de belangrijkste Kuipergordel.

KBO's zenden geen eigen licht uit:deze kleine, ijzige lichamen reflecteren alleen het licht van de zon. Dus, de vooroordelen tegen detectie op grotere afstanden zijn extreem:als je een KBO 10 keer verder weg beweegt, het wordt 10, 000 keer zwakker. En vanwege de wetten van de fysica, KBO's op elliptische banen zullen het grootste deel van hun tijd doorbrengen in de meest afgelegen delen van hun banen. Dus, terwijl het gemakkelijk is om KBO's op elliptische banen te vinden als ze dicht bij de zon en helder zijn, deze KBO's zijn de meeste tijd veel zwakker en moeilijker te detecteren.

Dit betekent dat de KBO's op elliptische banen bijzonder moeilijk te ontdekken zijn, vooral de extreme die altijd relatief ver van de zon blijven. Hiervan zijn er tot nu toe slechts enkele gevonden en met de huidige telescopen, we kunnen ze alleen ontdekken als ze zich in de buurt van het pericentrum bevinden - het dichtstbijzijnde punt bij de zon in hun baan.

Dit leidt tot een andere waarnemingsbias die in het verleden door veel KBO-onderzoeken is genegeerd:KBO's in elk deel van het zonnestelsel kunnen alleen in bepaalde tijden van het jaar worden ontdekt. Telescopen op de grond worden bovendien beperkt door seizoensgebonden weer, met ontdekkingen die minder waarschijnlijk zijn tijdens bewolkte dagen, regenachtige of winderige omstandigheden komen vaker voor. Ontdekkingen van KBO's zijn ook veel minder waarschijnlijk in de buurt van het vlak van de Melkweg, waar talloze sterren het moeilijk maken om de zwakken te vinden, ijzige zwervers in telescopische beelden.

Wat OSSOS uniek maakt, is dat we heel openbaar zijn over deze vooroordelen in ontdekkingen. En omdat we onze vooroordelen zo goed begrijpen, we kunnen computersimulaties gebruiken om de ware vorm van de Kuipergordel te reconstrueren na het verwijderen van deze vooroordelen.

Aanpassen voor vooroordelen

OSSOS ontdekte een handvol nieuwe extreme KBO's, waarvan de helft buiten het beperkte gebied, en zijn statistisch consistent met een uniforme verdeling. Een nieuwe studie (momenteel in herziening) bevestigt de niet-geclusterde ontdekkingen van OSSOS. Een team van astronomen die gegevens van de Dark Energy Survey (DES) gebruikten, vond meer dan 300 nieuwe KBO's zonder geclusterde banen. Dus nu hebben twee onafhankelijke onderzoeken - die beide hun observationele vooroordelen bij het ontdekken van onafhankelijke sets van extreme KBO's zorgvuldig hebben gevolgd en gerapporteerd - geen bewijs gevonden voor geclusterde banen.

Alle extreme KBO's die vóór OSSOS en DES waren ontdekt, waren afkomstig uit enquêtes die hun directionele vooroordelen niet volledig rapporteerden. We weten dus niet of al deze KBO's in hetzelfde kwadrant van het zonnestelsel zijn ontdekt, omdat ze eigenlijk opgesloten zitten, of omdat er geen enquêtes diep genoeg in de andere kwadranten hebben gezocht. We hebben aanvullende simulaties uitgevoerd die aantoonden dat als waarnemingen slechts in één seizoen vanuit één telescoop worden gedaan, extreme KBO's zullen natuurlijk maar in één kwadrant van het zonnestelsel worden ontdekt.

Verder testen van de Planet Nine-theorie, we keken in detail naar de banen van alle bekende "extreme" KBO's en ontdekten dat alle KBO's behalve de twee hoogste pericentrum kunnen worden verklaard door bekende fysieke effecten. Deze twee KBO's zijn uitschieters, maar onze eerdere gedetailleerde computersimulaties van de Kuipergordel, waaronder zwaartekrachteffecten van Planet Nine, produceerde een reeks "extreme" KBO's met pericentra die soepel liepen van 40 tot meer dan 100 AU.

Deze simulaties voorspellen dat er veel KBO's zouden moeten zijn met pericentra zo groot als de twee uitbijters, maar ook veel KBO's met kleinere pericentra, die veel gemakkelijker te detecteren zou moeten zijn. Waarom komen de baanontdekkingen niet overeen met de voorspellingen? Het antwoord kan zijn dat de Planet Nine-theorie niet opgewassen is tegen gedetailleerde waarnemingen.

Onze observaties met een zorgvuldig onderzoek hebben KBO's ontdekt die niet beperkt zijn door Planet Nine, en onze simulaties laten zien dat de Kuipergordel andere banen zou moeten hebben dan we waarnemen als Planeet Negen bestaat. Er moeten andere theorieën worden ingeroepen om de extreme KBO's met een hoog pericentrum te verklaren, maar er is geen gebrek aan voorgestelde theorieën in de wetenschappelijke literatuur.

Veel mooie en verrassende objecten moeten nog worden ontdekt in het mysterieuze buitenste zonnestelsel, maar ik geloof niet dat Planet Nine er een van is.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.