Девятая планета. Что (и зачем) ищут астрономы?

Сначала астрономы проанализировали орбиту ледяного гиганта Урана и поняли, что на него влияет другое массивное тело — так был открыт Нептун. Но поиски объекта, который находится еще дальше, не прекратились. Американский бизнесмен Персиваль Ловелл, который имел страсть к астрономии, объявил охоту на Планету Х. Ее нашли уже после смерти Ловелла — по крайней мере, так казалось. В 1930 году молодой лаборант-фотограф Томбо, просматривая изображения одной и той же области неба, сделанные с разницей в несколько ночей, увидел движение далекой тусклой точки. Впоследствии она получила название Плутон. До 2006 года он имел статус планеты, пока Международный астрономический союз не лишил его этого «звания». С тех пор в Солнечной системе насчитывается всего восемь планет, однако уже несколько лет подряд астрономы ищут еще одну.

За орбитой Нептуна простирается пояс Койпера — область шириной около 20 астрономических единиц, заполненная ледяными астероидами и карликовыми планетами.

В конце ХХ века астрономы начали открывать все новые и новые объекты отсюда, и заметили, что некоторые из них имеют странные удлиненные орбиты. Например, Сидне, которая немного меньше Плутона, нужно больше 11000 лет, чтобы осуществить один оборот вокруг Солнца. В перигелии, то есть ближайшей к нашему светилу точке, расстояние между ним и Сеной составляет 76 астрономических единиц (около 11000000000 километров), а в отдаленной — более 900 астрономических единиц (135000000000 километров).

Это далеко не единственный объект с такими характеристиками. Исследование пояса Койпера обнаружили целую популяцию небольших тел, орбитальные периоды которых охватывают тысячи лет. Именно плоскости и направления их орбит натолкнули исследователей на мысль, что сведения о планетах Солнечной системы неполны.

В января 2016 года издания The Astrophysical Journal опубликовало статью астрономов Калифорнийского технологического института, в которой они попытались объяснить необычную конфигурацию орбит шести транснептуновых объектов. Они обнаружили, что эти орбиты также одинаково наклонены — примерно на 30 градусов по отношению к плоскости остальных восьми планет. По их подсчетам, вероятность того, что это произойдет, составляет примерно 0,007%. То есть, это, скорее всего, не случайность, и что-то влияет на такую ​​картину.

Ученые исключили, что к этому могут приводить удаленные объекты пояса Койпера, ведь при таком сценарии масса этого региона должна быть примерно в 100 раз больше, чем есть сейчас. Зато исследователи доказали гипотетически, еще одну не найденную планету То есть, они привели доказательства ее существования, основываясь на математических моделях и компьютерных симуляциях. Эту планету никто до сих пор не нашел.

Так какой же, по мнению ученых, должна быть эта планета и почему ее так трудно найти? В 2019 году астрономы уточнили ее возможные параметры. Так, ее масса может составлять от 5 до 10 масс Земли, а большая полуось ее эллиптической орбиты длиной от 400 до 800 астрономических единиц. Эксцентриситет орбиты, показывает, насколько она вытянута, составляет от 0,2 до 0,5. Для сравнения: эксцентриситет Земли составляет лишь 0,0167. Кроме того, по мнению исследователей, потому что Девятая планета может находиться ближе к Солнцу, это компенсирует ее меньший размер по сравнению с предыдущими оценками и, возможно, сделает ее более пригодной для оптических наблюдений.

Другая команда астрономов смоделировала возможный спектр, тепловую эволюцию и структуру Девятой планеты. В зависимости от массы, ее температура может составлять от 35 до 50 кельвинов — то есть от минус 243 до минус 223 градусов по Цельсию. И это верхние пределы! Однако, учитывая расстояние от Солнца, такие цифры совсем не удивляют. Здесь настолько холодно, что метан в атмосфере этой планеты конденсируется. В результате спектры отражения и излучения планеты будут не похожими на те, что демонстрируют Уран и Нептун.

Но самая главная сложность заключается в том, что астрономы не знают точно, в какой точке неба нужно искать планету, а участки ее возможного положения велики. Исследователи надеются, что мощная обсерватория имени Веры Рубин, которая заработает в скором времени, значительно расширит возможности для поиска.

Между тем, пока астрономы ищут неуловимую планету в Солнечной системе, телескоп «Хаббл» увидел нечто похожее за ее пределами. На расстоянии около 335 световых лет от Солнца находится двойная звездная система HD 106906. Планета, масса которой в 11 раз больше массы Юпитера, вращается вокруг двух звезд. Самое длинное расстояние от светил к ней составляет 850 астрономических единиц, эксцентриситет орбиты имеет значение 0,44. Кроме того, орбита HD 106906 b наклонена под углом около 40 градусов к околозвездных диска. Таким образом, все это очень напоминает предусмотренную для Девятой планеты траекторию.

Часть научного сообщества, впрочем, имеет большие сомнения относительно существования Девятой планеты. После 2016 года, когда сотрудники Калтеху опубликовали свою статью, исследования объектов пояса Койпера продолжались. В частности, обзоры неба Outer Solar System Origins Survey (OSSOS) и Dark Energy Survey находили новые тела за орбитой Нептуна и уточняли их орбиты. Математические расчеты и компьютерное моделирование показали, что на траектории тел в поясе Койпера имела влияние миграция Нептуна. Эта планета сформировалась ближе к Солнцу, а затем переместилась на несколько астрономических единиц наружу системы. Это объясняет распространенность высокоэллиптических орбит объектов пояса Койпера, за исключением нескольких таких тел на экстремальных орбитах.

Дело в том, что наблюдать объекты пояса Койпера чрезвычайно трудно, особенно если они имеют очень вытянутые орбиты. Легче всего фиксировать их тогда, когда они находятся ближе к Солнцу. Кроме того, такие объекты в каждой части Солнечной системы с помощью наземных телескопов можно искать только на определенном промежутке времени в течение года. К тому же, зафиксировать небольшие тусклые тела у плоскости нашей галактики еще труднее, ведь их почти не видно на фоне ярких звезд. Все это приводит к искажению выборок таких тел.

В своей статье о гипотетической Девятую планету исследователи опирались на шесть экстремальных транс нептуновых объектов, обнаруженных во время различных обзоров неба с неизвестными или неуказанными функциями отбора. Именно поэтому неизвестно, действительно ли они наблюдали физическое скопление тел с необычными орбитами, или просто увидели ограниченную картину, которую неправильно трактовали.

В новом исследовании другая команда проверила орбиты 14 таких объектов, каждый из которых был найден при осмотре, для которого были указаны ограничения и погрешности. Они не нашли никаких следов скопления их орбит. Таким образом, ученые предполагают, что скопление, которое наблюдала команда Калтеху, появилось только потому, что ученые направили свои телескопы в определенное место. Впрочем, все это не означает, что существование Девятой планеты полностью исключено. Такое исследование только делает это менее вероятным.

Другая команда в июле 2020 предложила необычную альтернативу гипотезе о Планету Х: а что, если искать нужно совсем другой объект — первоначальную черную дыру? В отличие от черных дыр звездной массы, возникающие после гравитационного коллапса массивной звезды, а также сверхмассивных черных дыр в центрах галактик, первобытные черные дыры остаются чисто гипотетическими объектами. Они могли сформироваться в ранней Вселенной из-за коллапса материи с высокой плотностью. Такие черные дыры будут совсем небольшого размера.

Кроме того, существование первобытных дыр могло бы объяснить еще один феномен. Массивные объекты деформируют пространство и время, так что путь света, который проходит у них, искажается. Такой эффект называется гравитационным линзированием. Ученые наблюдают микролинзирования в направлении балджа Млечного Пути. Их могут создавать объекты, масса которых составляет до 20 масс Земли. Или это неожиданно большая популяция планет-сирот, путешествующих в космосе, не привязанные ни к одной звезды, или же это первобытные черные дыры. Поэтому, если они действительно существуют, то одна из таких может оказаться на окраине Солнечной системы и вызывать все эти странные орбиты транснептуновых объектов.

Дисклеймер: даже если это так, это не значит, что нас всех затянет в черную дыру. Земля находится слишком далеко от нее. Однако зафиксировать такой объект будет еще сложнее. Исследователям придется искать вспышки рентгеновских и гамма-лучей, которые происходят, когда черная дыра разрывает, например, небольшие астероиды.

Поиски загадочной планеты Х продолжаются. К ним даже могут присоединиться все желающие: для этого достаточно принять участие в проектах NASA Backyard Worlds: Planet 9. Волонтеров приглашают искать объекты, движущиеся на изображениях телескопа WISE — почти так же, как Томбо когда искал Плутон.

Перевод материала nauka.ua