Магчымы свет-гігант можа знаходзіцца ў далёкай, знешняй Сонечнай сістэме, далёка за межамі арбіты Нептуна. Малюнак: Caltech / Роберт Херт.

Бывай, Планета Дзевяць! Новыя і лепшыя дадзеныя нядобразычліва існуюць у гіганцкім свеце за межамі Нептуна.

Новая планета, большая за Зямлю, можа хавацца ў знешняй Сонечнай сістэме. Але новыя дадзеныя сцвярджаюць: "напэўна, не".

"Хоць мы спачатку былі скептычна настроены, што гэтая планета можа існаваць, калі мы працягваем даследаваць яе арбіту і што гэта будзе азначаць для знешняй Сонечнай сістэмы, мы ўсё больш пераконваемся, што яна там знаходзіцца". -Констанцін Батыгін

Летась у навуцы выйшла мабыць самая хвалюючая ідэя: невыкрыты гіганцкі свет існуе ў нашай Сонечнай сістэме, далёка за межамі арбіты Нептуна. Гэта быў бы не такі малюсенькі, застылы свет, як Плутон ці Эрыс, меншы нават за Месяц Зямлі, але жахлівы супер-Зямля, магчыма, у дзесяць разоў масіўнейшая, чым наш уласны свет, і ў радыусе амаль такая ж, як Уран ці Нептун. Калі прайшлі месяцы з часу, як гэта было прапанавана Канстанцінам Батыгіным і Майкам Браўнам, яны сабралі для гэтага дадатковыя доказы, і ўсё выглядала ружовым. Але новае даследаванне Shankman et al. паварочвае доказы на сябе, зганьбляючы існаванне планеты і раскрываючы прадузятасць у саміх дадзеных.

Выраўноўванне ў экліптычнай шыраце і даўгаце многіх аб'ектаў самага доўгага перыяду Трансптунаўскіх аб'ектаў магло быць супадзеннем, вынікам неаб'ектыўных абследаванняў або паказчыкам новага фізічнага з'явы. Малюнак: К. Батыгін і М. Е. Браўн Астраном. J. 151, 22 (2016).

Калі б была вялікая планета, размешчаная далёка за межамі Нептуна, мы маглі б чакаць, што яна пакіне некалькі пэўных подпісаў:

  • Ён павінен ствараць залішнюю сукупнасць аб'ектаў, якія расцягваюцца на арбіты доўгага перыяду ад гравітацыйных узаемадзеянняў,
  • Гэтыя аб'екты маюць свае арбіты і іх арбітальныя плоскасці, нахіленыя пэўным чынам, з-за ўплыву "Планета Дзевяць",
  • Павінна быць невялікая, але ненулявая папуляцыя аб'ектаў з арбітамі, дакладна супрацьлеглымі лішкам насельніцтва,
  • І сама Планета Дзевяць павінна быць там, чакаючы, калі яе знойдуць.

Па меры дадатковых даследаванняў Batygin & Brown паказваюць на некалькі розных аб'ектаў - адзін тут, адзін там, другі два - у якасці пацверджання гэтых першых трох пунктаў. Але сама планета дзевяць ухілілася ад прамога выяўлення.

Незвычайна цесна размешчаныя арбіты шасці самых аддаленых аб'ектаў у поясе Койпера, як было першапачаткова выяўлена ў 2016 годзе, могуць сведчыць аб існаванні дзявятай планеты, гравітацыя якой уплывае на гэтыя руху. Крэдыт малюнка: карыстальнік Wikimedia nagualdesign праз Caltech.

Гэта не зусім сюрпрыз! Нават калі б Планета Дзевяць была сапраўднай і вялікай, было б неверагодна слабы на яе прагназуемай адлегласці ад Сонца. Можна падумаць, што калі б ён быў у дзесяць разоў больш аддалены ад Урана і амаль такога ж памеру, ён павінен быць толькі ў 100 разоў слабейшым, бо яркасць падае, як адна на адлегласці квадрата. Але сонечнае святло пакутуе на гэтую праблему двойчы з нашага пункту гледжання: сонечнае святло, якое дасягае такога далёкага свету, было б у 100 разоў слабее, чым сонечнае святло, якое дасягае бліжэйшага свету, але потым гэта святло адлюстроўваецца і павінна падарожнічаць у дзесяць разоў, перш чым ён вяртаецца назад у Зямля. Замест таго, каб падаць як 1 / r2, святло, якое мы эфектыўна бачым, падае як 1 / r4, што робіць любы далёкі свет неверагодна складаным.

Гэты сціснуты выгляд усяго неба, які бачыцца з Гаваяў Абсерваторыяй Pan-STARRS1, з'яўляецца вынікам паўмільёна экспазіцый, даўжыня якіх каля 45 секунд. Але апытанні, з якіх зыходзілі зыходныя дадзеныя Planet Nine, не такія нават у небе. Крэдыт малюнка: Дэні Фэрау, навуковы кансорцыум Pan-STARRS1 і Інстытут пазаземнай фізікі Макса Планка.

Вы можаце падумаць, што правядзенне ўсебаковага апытання будзе адказам, але такія апытанні, як Pan-STARRS, не заглыбляюцца дастаткова глыбока, каб убачыць такі свет. Пакуль што ўсё, на што мы павінны разлічваць, гэта ўскоснае сведчанне таго, што Батыгін і Браун выказаліся. Яны заявілі, што дагэтуль дзесяць такіх аб'ектаў, якія адпавядаюць іх прагнозам. Гэта ўражвае!

Але для пошуку гэтых аб'ектаў яны не выкарыстоўвалі дадзеныя з усебаковага апытання; гэтыя апытанні не ідуць дастаткова глыбока. Транспідптунскія аб'екты і іх уласцівыя арбіты, за якія адказвала б гіпатэтычная Планета Дзевяць, павінны размяшчацца ў пэўнай вобласці неба. І таму, калі вы хочаце знайсці гэтыя аб'екты, ёсць некаторыя месцы, якія вы павінны паглядзець, каб убачыць іх.

Уражанне мастака пра планету Nine як ледзянага гіганта, зацьмення цэнтральнага Млечнага Шляху, у далечыні зорчатае Сонца. Арбіта Нептуна паказана як невялікі эліпс вакол Сонца. Крэдыт малюнка: карыстальнікі Wikimedia Commons Tomruen, nagualdesign.

Гэта цудоўна, але ўся матывацыя, на якую абапіраецца тэорыя Батыгіна і Браўна, заключаецца не ў тым, што "гэтыя аб'екты існуюць", а ў тым, што "гэтыя аб'екты існуюць і іх кластаванне вельмі малаверагодна. Але верагоднасць таго, што вы бачыце, залежыць у значнай ступені ад таго, дзе вы назіралі, і з якой адчувальнасцю вы зрабілі гэтыя назіранні. Калі вы выявілі кластарныя аб'екты, таму што вы правялі больш часу, назіраючы за месцамі, дзе вы маглі б бачыць кластэрызацыю, гэта не значыць, што ёсць незвычайнае. На самай справе, больш верагодна, што няма нічога незвычайнага; больш верагодна, што вы сталі ахвярай з'явы, званай прадузятасцю выяўлення.

Пошук ультра слабых, звышхалодных ці павольна рухаюцца аб'ектаў магчыма пры дапамозе існуючай тэхналогіі, але цалкам залежыць ад таго, каб шукаць месцы, дзе гэтыя аб'екты існуюць дастаткова доўга. Тут місія WISE знаходзіць рэдкую звыш халодную карлікавую зорку, намаляваную чырвоным колерам. Малюнак: DSS / NASA / JPL-Caltech.

Тыя дзесяць аб'ектаў, якія Батыгін і Браўн атаясамлівалі, паходзілі з розных апытанняў з рознымі глыбінямі, і што немалаважна, эфект адхіленняў выяўлення ніколі не быў ацэнены колькасна і не быў адэкватны. Каб уявіць гэта, уявіце, што ў вас знаходзіцца тэлескоп, размешчаны каля экватара на Зямлі, і вы праводзіце кожную ноч, пазіраючы на ​​начное неба, спрабуючы прагледзець як мага глыбей яго. Калі б у цябе 365 дзён з года было яснае, цёмнае неба з добрым зрокам, ты змог бы атрымаць усе часткі неба ў роўнай ступені. Але вы не. Замест гэтага:

  • Некаторыя часткі года больш схільныя непагадзі,
  • У некаторых частках года часцей за ўсё ўзнікае бурлівае паветра і дрэнныя ўмовы атмасфернага бачання,
  • Некаторыя ўчасткі неба, як галактычная плоскасць, занадта забруджаныя, каб надзейна знайсці ТНО,

і гэтак далей. Справа ў тым, што калі вы пераважна назіраеце за двума пэўнымі раёнамі неба, дзе вы чакаеце, што аб'екты будуць класціраваны, вы збіраецеся знайсці кластарныя аб'екты там. І гэта можа быць проста тое, што вы іх знаходзіце, таму што там вы шукаеце.

На 3D-арбіты аб'ектаў пояса Койпера паўплывала планета Дзевяць. Як сказаў Майк Браўн,

Вядома, каманда Батыгіна і Браўна дагэтуль выявіла 10 такіх аб'ектаў, і яны сапраўды паказваюць, што гэта кластэрызацыя. Але ці кажа гэта пра сведчанні для "Планета Дзевяць"? Існуе просты спосаб праверыць, ці эфект рэальны: зрабіце спецыяльнае апытанне, якое не мае такой прадузятасці, ці, па меншай меры, колькасна ацэньвае гэту тэндэнцыю. У нашай Сонечнай сістэме ідзе вялікае даследаванне па пошуку светаў за межамі Нептуна: OSSOS, апытанне паходжання знешняй сонечнай сістэмы. Падчас сваёй працягласці ён знайшоў больш за 800 аб'ектаў, разглядаючы восем розных выразна пэўных участкаў неба за чатыры гады. (Спатрэбіцца так шмат часу, каб знайсці прыкметны рух і вымераць арбітальныя параметры, калі справа даходзіць да светаў, так далёкіх ад нашага Сонца!) І з гэтых сотняў аб'ектаў, восем з іх валодаюць доўгатэрміновымі ўласцівасцямі, якія б сведчылі пра тое, альбо супраць Планета Дзевяць.

З доўгатэрміновых транснептунскіх аб'ектаў, выяўленых у даследаванні OSSOS, адзін з іх (паказаны сінім колерам) мае параметры, якія адпавядалі б тэорыі Батыгіна і Браўна пра планету дзевяць. Малюнак: Майк Браўн / http://www.findplanetnine.com/.

Вынікі з'яўляюцца канчатковымі ... і праклятымі. Да гэтага даследавання, незалежна ад гэтага, мадэляванне праводзілася без і без масіўнай дзявятай планеты за межамі Нептуна, што сведчыла пра тое, якія вынікі спрыяюць існаванню дзевятай планеты, а якія будуць супраць яе. Для васьмі такіх аб'ектаў, якія былі знойдзены, вось, што паказалі вынікі апытання:

  • Восем адкрыццяў OSSOS маюць арбіты, арыентаваныя ў шырокім дыяпазоне кутоў.
  • Назіраныя арбіты статыстычна адпавядаюць выпадковым.
  • Выявы OSSOS не ўсе адпавядаюць шаблону ў папярэднім узоры.
  • Адзін з іх сядзіць пад прамым вуглом да прапанаваных дзвюх кластараў.
  • Арбіты не густа кластарныя.
Тэарэтычна, Планета Дзевяць, верагодна, будзе падобная на экзапланету 55 Cancri e, што прыблізна ў два разы больш за радыус Зямлі, але ў восем разоў перавышае масу Зямлі. Аднак гэта новае даследаванне цалкам не супраць існавання такога свету ў нашай знешняй Сонечнай сістэме. Малюнак: NASA / JPL-Caltech / R. Балюча (ССК).

Самае галоўнае: тое, што яны знайшлі, цалкам адпавядала адсутнасці Планета Дзевяць, і што агульны выпадак існавання планеты Дзевяць быў значна аслаблены іх вывучэннем. У прыватнасці, кластэрызацыя ў арыентацыі кожнай арбіты ў прасторы (вызначаецца некалькімі пераменнымі, ω і Ω), што ранейшыя даследаванні, такія як Батыгін і Браўн і Трухіла і Шэпард, раней заўважаныя, проста не існуюць у гэтым новым аб'ектыўным даследаванні.

У зразку OSSOS мы не знаходзім доказаў для кластара ω, што стала штуршком для бягучай дадатковай гіпотэзы планеты.
Чатыры транснептунаўскіх аб'ектаў, знойдзены OSSOS, паказаны разам з арбітай Нептуна для параўнання. Аб'екты OSSOS не маюць тых жа карэляцый, што і папярэднія, вызначаныя камандай Planet Nine. Малюнак: C. Shankman et al., ArXiv: 1706.05348v2.

Дадзеныя гэтага новага даследавання цалкам ясна, што раней назіраная карэляцыя, якая стала штуршком для гіпотэзавання "Планета дзевяць", не захоўваецца ў новым узоры. Аўтары мяркуюць, што выяўленне зрушэння з'яўляецца прычынай таго, што папярэдняе даследаванне здавалася спрыяльным існаванню такога свету і што ўважлівае вызначэнне назіральных зрушэнняў - нядаўна выяўленых у даследаванні OSSOS - тлумачыць, чаму гэтыя папярэднія карэляцыі з'явіліся і чаму яны не з'яўляюцца ў новых дадзеных.

Мы мяркуем, што гэта кластэрызацыя з'яўляецца вынікам спалучэння назірання за прадузятасцю і статыстыкай невялікай колькасці, хаця мы не можам праверыць гэта без апублікаваных характарыстык апытанняў, якія выявілі гэтыя TNO.

Зразумела, гэтага даследавання недастаткова, каб выключыць «Планета дзевяць»; усё яшчэ можа быць там. Як контрапункт, Майк Браўн сцвярджае, што іншая стратэгія апытання можа быць канчатковай, і OSSOS проста не з'яўляецца добрым апытаннем для пазначэння так ці не на Planet Nine. Але памятайце, старая прымаўка абвяшчае: "там, дзе дым, там агонь". Калі вы раптам выявіце, што тое, што вы думалі, што гэта дым, - плод вашай фантазіі, гэта не значыць, што не было пажару, але гэта сапраўды робіць гіпотэзу, што калі-небудзь быў пажар значна менш пераканаўчым.

Этан дзякуе Мішэль Баністэр за незвычайна карысныя дыскусіі і Коры Шенкман за высвятленне каментарыяў, звязаных з новай працай OSSOS.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".