Планета X: светът в края на Слънчевата система, който учените така и не могат да видят

Доказателствата за мистериозна планета на ръба на Слънчевата система станаха по-малко убедителни този месец. Съществуването на този невидим свят се теоритизира заради неочакваното струпване на обекти, които обикалят около Слънцето отвъд Нептун, но нови симулации предполагат, че това групиране е привидно и на практика не съществува.

За планетарните учени това бе най-смелото твърдение за цяло поколение - невидима допълнителна планета, 10 пъти масата на Земята, на границата на Слънчевата система. Но твърдението изглежда все по-нестабилно, след като екип от астрономи показа, че орбитите на няколко планетоида не се определят от гравитацията на въпросната Планета X, както смятат нейните поддръжници, а просто изглеждат събрани на едно място заради начина на наблюдението им.

Привържениците на теорията все още не отстъпват, но поне един скептик е щастлив от новите данни. Изследването е извършило "по-равномерен анализ" от предишните на тези отдалечени скалисти тела, известни като транснептунови обекти (TNO), казва пред списание Science астрономът Саманта Лоулър от Университета в Реджина, която се е опитвала и не е успяла да симулира групираните орбити в компютърни модели с допълнителна планета.

Търсенето на загадъчната девета планета започва, както много интересни неща в астрономията, с Пърсивал Лоуел.

Пътеписецът и приказно богат бизнесмен от 19-ти век прочита книга за Марс и решава да стане астроном. През следващите 20 години от живота си той прави редица налудничеви претенции за открития.

Първо, той е убеден в съществуването на марсианци и мисли, че ги е намерил (не точно). Други астрономи също са документирали странните линии, обхождащи планетата, и Лоуел предполага, че това са канали, построени като последен опит на умираща цивилизация да пренася вода от полярните ледени шапки. Той използва богатството си, за да построи цяла обсерватория за по-добри наблюдения. Оказа се, че каналите са оптична илюзия, създадена от планините и кратерите на Марс, гледани през нискокачествени телескопи.

Лоуел също вярва, че планетата Венера има спици - те са записани в неговите бележки като паяжини, излилизащи от центъра на планетата (няма такива). Въпреки че неговите помощници се опитват да ги намерят, изглежда, че само Лоуел може да види тази неочаквана подробност. Сега се предполага, че това са сенки, хвърлени от ирисите в очите му, докато е гледал през телескопа си.

Но най-вече Лоуел е бил решен да намери деветата планета в Слънчевата система - хипотетичната "Планета Х", която по това време се смята, че е отговорна за необичайните орбити на най-отдалечените от Слънцето планети - ледените гиганти Уран и Нептун. Търсенето отнема последното десетилетие от живота му, но дори и Лоуел едва ли е предполагал, че то ще продължи и през 2021 г.

Новата планета

Лоуел умира през 1916 г., но оставя един милион долара за каузата за намиране на Планета X в завещанието си. И така, след кратка съдебна битка с вдовицата му Констанс Лоуъл неговата обсерватория продължава търсенето.

Само 14 години по-късно, на 18 февруари 1930 г., млад астроном от оберваторията открива Плутон и известно време се смята, че това е неуловимата планета. Скоро учените осъзнават, че Плутон не е достатъчно голям, за да промени орбитите на Нептун и Уран.

Плутон престава да бъде планета през 2006 г.

Окончателният удар върху теорията идва през 1989 г., когато космическият кораб "Вояджър 2" премина покрай Нептун и разкри, че планетата е частично по-лека, отколкото се предполага. Така учени от НАСА изчисляват, че орбитите на външните планети са имали смисъл през цялото време. Лоуел е бил започнал търсене на нещо, което никога не е било необходимо.

Само няколко години по-късно концепцията възкръсва заради нови наблюдения.

През 1992 г. двама астрономи, които "упорито сканират небесата в търсене на тъмни обекти отвъд Нептун", според Наса, откриват "пояса на Кайпер". Този пояс от замръзнали обекти, простиращ се точно извън орбитата на Нептун, е една от най-мащабните характеристики на Слънчевата система. Смята се, че съдържа стотици хиляди обекти с размери над 100 км, както и до трилион комети.

Скоро учените осъзнават, че Плутон едва ли ще бъде единственият голям обект във външните части на Слънчевата система - и започват да се питат дали всъщност изобщо е планета. След това откриват Седна (около 40% от размера на Плутон), Кваоар (около половината от размера на Плутон) и Ерида (почти същия размер като Плутон).

През 2006 г. Международният астрономически съюз гласува за понижаване на статута на Плутон до "планета джудже". Майк Браун, професор по планетарна астрономия в Калифорнийския технологичен институт (Caltech) и ръководител на екипа, идентифицирал Ерида, е известен и до днес като "човекът, който уби Плутон". Слънчевата система остава с осем планети.

Завръщането на новата планета

В същото време откриването на тези обекти дава нов живот на планета Х.

Оказва се, че Седна не се движи по начина, по който всички са очаквали. Тази планета джудже криволичи от между само 76 разстояния Земя-Слънце (1 AU - приблизително 11 млрд. км) от центъра на нашата Слънчева система до повече от 900 AU (135 млрд. км). Орбитата е толкова разтеглена, че обикалянето ѝ отнема 11 000 години - последният път, когато Седна е била на сегашното си положение, хората току-що са изобретили земеделието.

През 2016 г. същият Майк Браун, който уби Плутон, заедно с колегата си Константин Батигин - също професор по планетарна наука в Caltech - предлагат съществуването на масивна планета, между пет и десет пъти по-голяма от Земята.

Идеята им идва от наблюдението, че Седна не е единственият обект, който не е на място. Има още шест подобни обекта и всички те се изтеглят в същата посока. Има и други улики, като например факта, че всеки е наклонен по оста си в една и съща посока. Двамата учени изчисляват, че вероятността всичките шест обекта да бъдат изтеглени в точно една и съща посока, при един и същ наклон случайно е само 0.007%.

Смятахме, че това е доста интересно - как може да се случи? Беше доста забележително, защото такова струпване, ако бъде оставено за достатъчно дълъг период от време, ще се разпръсне само поради взаимодействието с гравитацията на планетите.

Константин Батигин,

астроном в Калифорнийския технологичен университет

Вместо това те предполагат, че Планета Девет е оставила своя отпечатък във външните краища на нашата Слънчева система, изкривявайки орбитите на обектите около нея с гравитационното си привличане. Няколко години по-късно и броят на обектите, които отговарят на ексцентричния орбитален модел и наклон, продължава да се увеличава до 19.

Въпреки че никой все още не е виждал хипотетичната планета, може да се направят много предположения за нея. Както при другите обекти отвъд пояса на Кайпер, орбитата на новата Планета Девет би била толкова изкривена, че се очаква най-отдалеченият й обхват да бъде два пъти по-далеч от най-близкия - около 600 AU (90 млрд. км) срещу 300 AU (45 млрд. км). Планетата трябва да е ледена, с твърдо ядро, като Уран или Нептун.

Нептун, заснет от "Войаджър 2" през 1989 г.

Има три основни идеи за появата й. Едната е, че се образувала на място, което Батигин отхвърля като относително малко вероятно, тъй като това ще изисква ранната Слънчева система да се е простирала чак до там.

Деветата планета може и да е обект, откраднат от друга звезда отдавна, когато Слънцето все още е било част от звездния куп, в който е родено. "Проблемът с подобна история е, че е също толкова вероятно да загубите планетата при следващата среща", обяснява Батигин пред Би Би Си.

При последния сценарий деветата планетата се е формирала много по-близо до Слънцето по времето, когато Слънчевата система е била в начален стадий и планетите тепърва са започвали да се оформят от околните газове и прах. След това планетата е изтласкана навън под влиянието на Юпитер или Сатурн, а впоследствие орбитата й е променена от преминаващи звезди.

Невидимата планета

Всичко това поражда очевиден въпрос - ако Планета Девет наистина е там, защо никой не я е видял?

"Нямах представа колко трудно ще бъде, докато не започнах да я търся заедно с Майк с помощта на телескопи", раказва Батигин. "Причината търсенето да е толкова трудно е, че повечето астрономически проучвания не търсят едно определено нещо."

Например астрономите обикновено търсят клас обекти, като определен вид планети. Дори и да са редки, ако изследвате достатъчно голяма част от космоса, вероятно ще намерите нещо. Но търсенето на конкретен обект като Планета Девет е съвсем различно упражнение. "Има само една малка част от небето, където може да се намира", казва Батигин, който обяснява, че друг фактор е малко по-прозаичното предизвикателство за резервиране на времеви слотове за използване на правилния вид телескоп.

"В момента единственият вариант е телескопът Subaru", казва Батигин. Машината е разположена на върха на спящия вулкан Маунакеа на Хаваите и е способна да улавя дори слабата светлина на далечни небесни обекти. Това е идеално, тъй като загадъчната планета би била толкова далеч, че е малко вероятно да отразява много светлина от Слънцето.

"Имаме само една машина, която можем да използваме, и получаваме може би три нощи на нея годишно", казва Батигин, който се надява на помощ от телескопа Vera Rubin. Този телескоп от следващо поколение, който в момента се изгражда в Чили, ще сканира небето систематично - снимайки целия наличен изглед - на всеки няколко нощи, за да изследва съдържанието му.

Телескопът Vera Rubin трябва да заработи през 2023 г.

Има и изключително странен сценарий, при който планетата никога няма да бъде намерена - защото не е планета, а черна дупка.

"Всички доказателства за наличието на обекта са гравитационни", казва Джеймс Ънуин, професор по физика в Университета на Илинойс, Чикаго, който първи предлага идеята, заедно с Джейкъб Шолц, постдокторант от Торинския университет. Въпреки че сме най-запознати с идеята, че планетите упражняват мощно гравитационно привличане, "има и други неща, които могат да го генерират, които са по-екзотични", казва Ънуин.

Така Планета Девет може да е малка топка свръхконцентрирана тъмна материя, или първична черна дупка. Тъй като черните дупки са сред най-плътните обекти във Вселената, е напълно възможно такъв обект да изкривява орбитите на отдалечени обекти във външната Слънчева система.

Черните дупки, с които сме най-запознати, обикновено включват "звездни" черни дупки, които имат маса, която е поне три пъти по-голяма от Слънцето, и "свръхмасивни" черни дупки, които са милиони или милиарди пъти масата на нашето Слънце. Докато първите се раждат от умиращи звезди, които се срутват върху себе си, вторите са по-загадъчни - може би започват като колосални звезди, които имплодират, след това постепенно натрупват все повече и повече маса, като поглъщат всичко в заобикалящата ги среда, включително други черни дупки.

Първата снимка на черна дупка, направен през 2019 г. от Event Horizon Telescope (EHT).

Първичните черни дупки са различни. Те никога не са били наблюдавани, но се смята, че произхождат от горещата смес от енергия и материя, която се е образувала през първата секунда след Големия взрив. В тази неравна среда някои части на Вселената може да са станали толкова плътни, че са били компресирани в малки участъци с масата на планетите.

Има нулева вероятност черната дупка да се е образувала от звезда, тъй като те запазват мощното си гравитационно привличане - тя просто е концентрирана. Дори и най-малките звездни дупки имат маси, три пъти по-големи от нашето Слънце, така че би било като да имаме поне три допълнителни Слънца, които дърпат планетите в нашата Слънчева система. Накратко, определено щяхме да забележим.

За разлика от големите си братя първичните черни дупки най-вероятно могат да бъдат много по-малки.

"Тъй като тези неща се раждат през ранните етапи на Вселената, гъстите региони, от които са се образували, биха могли да бъдат особено малки", казва Шолц. "В резултат на това масата, съдържаща се в тази черна дупка, която в крайна сметка се образува от нея, може да бъде много, много по-малка от звезда - те дори могат да бъдат само няколко килограма, като парче скала."

Намирането на подобен обект ще е истинско предизвикателство. Макар масата на тази черна дупка да бъде същата като тази на предложената Планета Девет - до 10 пъти по-голяма от земната - тя ще бъде кондензирана в обем, приблизително колкото портокал. А от гледна точка на Земята наличието на неоткрита черна дупка в Слънчевата система не е толкова различно от това да има скрита планета там.

Засега предложенията включват търсене на гама лъчите, които се излъчват от обекти, когато попадат в черни дупки, или пускане на стотици малки космически кораби, които да преминат достатъчно близо, за да бъдат издърпани към нея.

Ненужната планета

И докато Батигин и Браун издирват планета, а Ънуин и Шолц черна дупка, трета група учени се опитват да покажат, че поредното търсене ще е също толкова успешно, колкото това на Лоуел.

Саманта Лоулър и други астрономи са загрижени за пристрастията при подбора на първоначалните обекти. Като се имат предвид колко малки и тъмни са екстремните TNO, те са видими - ако изобщо са - само по време на най-близкия им подход към вътрешната Слънчева система и често само ако не се наблюдават на яркия фон на диска на Млечния път.

Критиците на Планета Девет твърдят, че очевидното групиране на откритите TNO може да се дължи само на това, че телескопите търсят само на такива места или са най-чувствителни към такива обекти. "Всяко проучване има пристрастия", казва Лоулър. "Някои са наясно с тях, други не."

Орбитата на Планета Девет (оражево), заедно с орбитите на шестте TNO

Екип, ръководен от Кевин Нейпиър от Университета на Мичиган, Ан Арбър, проверява дали пристрастията при подбора играят роля като изследва 14 подобно отдалечени TNO, открити от три различни проучвания: проучването на тъмната енергия (DES), което използва телескопа Blanco в Чили; проучването за произхода на външната Слънчева система на Canada-France-Hawaii Telescope в Хавай; и трето, което използва набор от телескопи. И трите показват добре характеризирани пристрастия при подбора. Нито един от 14-те TNO не е сред първоначалните шест, използвани от Браун и Батигин.

Няма нужда от друг модел, който да отговаря на данните.

Кевин Нейпиър,

асроном в Университета на Мичиган, Ан Арбър

Нейпиър казва, че екипът е взел предвид кога и къде са насочени телескопите и колко са чувствителни към тъмни обекти. С тези данни екипът изчислява "функция за подбор", която варира в небето. Екстремните TNO, открити от трите проучвания, се намират в или в близост до райони, където функцията за подбор е най-висока, съобщи екипът на 11 февруари в статия, публикувана в arXiv и приета от Planetary Science Journal.

В резултат, казва Нейпиър, екипът не може да отхвърли нулевата хипотеза, че екстремните TNO са равномерно разпределени около Слънчевата система, което би лишило Планета Девет от нейната основополагаща функция и доказателство за съществуване. Групирането "е следствие от това къде гледаме и кога гледаме", казва той пред Science.

Батигин не приема това заключение, но и Нейпиър признава, че ще трябва да се изчака включването на обсерваторията Vera Rubin през 2023 г. Нейното проучване ще има добре дефинирани пристрастия на селекцията и вероятно ще открие стотици нови екстремни TNO.

Какъвто и да е резултатът, налудничевата идея на Лоуел вече е довела до откриването на Плутон и идентифицирането на нов вид обекти в Слънчевата система (планети-джудже), и никой не може да предположи докъде ще стигне.

Всичко, което трябва да знаете за: