Scott Sheppard potrebno je oko 15 minuta hoda do posla u Odjeljenju za zemaljski magnetizam Carnegie Institution, istraživačkom zavodu u Washingtonu, DC, koje je prvobitno osnovano 1904. godine kako bi podržalo ekspedicije za mapiranje magnetskog polja Zemlje. Danas se u kampusu nalaze planetarni znanstvenici svih disciplina, uključujući Shepparda, koji proučava nebeska tijela ekstremnog vanjskog Sunčevog sustava. Kaže da svoje najbolje ideje dobiva dok hoda i da ga obično nerviraju raskrižja, koja zahtijevaju tek dovoljno pažnje da um ne luta na tako neobjašnjiv konstruktivan način. S obzirom da je Sheppard uvjeren da veliki, neotkriveni planet kruži oko Sunca izvan Plutona, može se samo zamisliti kamo razmišlja njegov lutajući tijekom jutarnjih šetnji.
Ideju da ogromni planet, nazvan Planet 9 ili Planeta X, postoji na tako velikoj udaljenosti da ga nismo uspjeli pronaći, astronomi širom svijeta skeniraju nebo i traže tragove. Sheppard, koji je otkrio neke od najudaljenijih objekata Sunčevog sustava, vjeruje da su orbitalne staze ovih manjih planeta najvjerojatnije oblikovane gravitacijskim utjecajem hipotetičke planete 9. I danas je njegov tim najavio otkriće još jednog izuzetno udaljeni manji planet - drugi najpoznatiji objekt Sunčevog sustava u prosječnoj udaljenosti - koji opet nosi prepoznatljiv znak svemirske stijene u grčevima neotkrivenog divovskog planeta.
"Jednom stoljeću pronađemo planet, zar ne? Dakle, vrijeme je da ga ponovo pronađemo ", kaže Sheppard.
Goblin
Novi objekt, službeno nazvan 2015 TG387, orbitira s posebnom klasom nebeskih tijela poznatim kao objekti unutarnjeg oblaka oblaka ili ekstremni trans-neptunski objekti (ETNO). Tijelo stijena i leda, koje je tim za otkrivanje zvao "Goblin", trenutno ima oko 80 astronomskih jedinica (AU) od sunca, odnosno otprilike dvostruko više od prosječne udaljenosti Plutona. Međutim, Goblin putuje po izrazito izduženoj orbiti koja ga vodi do krajnjeg najudaljenijeg dosega našeg Sunčevog sustava, iskačući čak 2300 AU tijekom svog 40 000 godina putovanja oko Sunca.
No, koliko je intrigantna afelija objekta ili njegova najudaljenija točka od sunca, Goblin je možda još zanimljiviji zbog svog perihelija ili najbliže točke. Malobrojni planet, koji se procjenjuje na oko 300 kilometara u promjeru (oko jedne sedme veličine Plutona), približava se tek 65 AU (šest milijardi milja). Budući da njegov najbliži pristup zapravo uopće nije blizak, Sheppard kaže da na Goblina teško utječe gravitacija ogromnih planeta poput Jupitera i Neptuna.
"Nikad se ne nalazi u blizini gdje se nalaze ogromne planete", kaže on. "Postoje samo tri takva objekta koji su vani."
Orbite novog ekstremnog patuljastog planeta 2015 TG387 i njegovih kolega Unutarnji Oort Cloud objekti 2012 VP113 i Sedna u usporedbi s ostatkom Sunčevog sustava. 2015. godine TG387 su otkrića prozvali "Goblin", jer njegova privremena oznaka sadrži TG, a predmet je prvi put viđen u blizini Noći vještica. 2015 TG387 ima veću polu-glavnu os od 2012 VP113 ili Sedna, što znači da putuje mnogo dalje od sunca u svojoj najudaljenijoj točki u svojoj orbiti, koja iznosi oko 2300 AU. (Roberto Molar Candanosa i Scott Sheppard, ljubaznošću Carnegie Institution for Science) Druga dva su Sedna i 2012 VP113, koji imaju periheliju od 76, odnosno 80 AU, iako nikada ne putuju toliko daleko kao Goblin. Kad se sagledaju zajedno, ova tri objekta počinju stvarati mučeničku sliku svog dalekog carstva. Oni se odvajaju od ostatka Sunčevog sustava, imuni su na njegov utjecaj, a ipak se svi pojavljuju na istom dijelu neba.
"Ako gledate Sednu i gledate VP113, a gledate nekoliko drugih ekstremnih objekata s ovim vrlo udaljenim orbitama, svi su vrlo slični", kaže Sheppard. "Svi su skupljeni na istom dijelu neba, svi dolaze na perihelion - njihov najbliži približavanju suncu - na istom mjestu, a vi biste očekivali da je to slučajno po cijelom nebu. … Zato mislimo da je vani veći planet, jer ulazi u ove orbite.
Ostali manji planeti orbitiraju na ekstremnim daljinama, poput 2014. FE72, koji je najudaljeniji poznati objekt po prosječnoj udaljenosti, ali oni imaju tendenciju da se približavaju golemim planetima. 2014. godine FE72 može se približiti Suncu nego Plutonu, primjerice, u njegovom najbližem. Uvjerljivo objašnjenje ovih objekata je da su se u jednom trenutku preblizu približili jednom od plinskih divova i odletjeli do ekstremnih daljina, gotovo u potpunosti izbačeni - ali kad se to dogodi, stjenoviti predmeti imaju tendenciju da se kruže natrag, blizu točke od odakle su bačeni.
Kada su u pitanju Goblin, Sedna i 2012 VP113, nešto drugo ih je zarobilo u usamljenoj orbiti, poravnati, ali osim našeg malog susjedstva planeta.
Sjena neotkrivene planete
Kolika je vjerojatnost postojanja neotkrivenog ogromnog planeta, koji polako kruži suncem na desetke tisuća godina na ekstremnim daljinama, ovisi o tome koga pitate. Sa svoje strane, Sheppard, koji je otkrio desetine manjih planeta, kometa i mjeseci, stavio bi izglede na planetu 9 da postoje oko 80 ili 85 posto - a on nije ni najoptimističniji.
"Moje samopouzdanje iznosi oko 99, 84 posto", kaže Konstantin Batygin, planetarni astrofizičar i docent s Kalifornijskog tehnološkog instituta. Batygin stvara teorijske modele vanjskog Sunčevog sustava u potrazi za nagovještajima planete 9, združujući brojeve na brojnim manjim planetima koji se razvrstavaju u različite skupine i utjecaje desetaka orbitalnih faktora. Njegov je rad za 2016. godinu s Caltechovim kolegom Michaelom Brownom iznio možda najsnažniji slučaj za Planet 9, zaključivši da postoji samo djelić od jedan posto vjerojatnosti da se grupiranje tih objekata dogodi nasumično.
"Ovo je tijelo ogroman novi dodatak", kaže Batygin o Goblinu. "To jako pojačava slučaj za planetu 9."
Usporedba 2015 TG387 na 65 AU s poznatim planetima Sunčevog sustava. Saturn se može vidjeti na 10 AU, a Zemlja je, naravno, na 1 AU, jer je mjerenje definirano kao udaljenost između Sunca i našeg matičnog planeta. (Roberto Molar Candanosa i Scott Sheppard, ljubaznošću Carnegie Institution for Science) Ostali nisu toliko samouvjereni. "Ne bih otišao na razinu od 85 posto. Postoje suprotni izvori dokaza ", kaže David Tholen, astronom sa Sveučilišta na Havajima koji je bio dio tima koji je otkrio Goblina. Ukazuje na svemirsku letjelicu Cassini, koja je okružila Saturnom više od 13 godina, mjereći dinamiku i snage vanjskog Sunčevog sustava. "To služi kao vrlo osjetljiv detektor drugih stvari vani, a analiza tih podataka sugerira da ne vidimo nikakve dokaze za [Planet 9]."
Ali čak i ako ne kupe hipotezu o planeti 9, većina astronoma se slaže da nešto neobjašnjivo oduzima predmete poput Goblina daleko od Sunčevog sustava. Neke teorije sugeriraju da je tijekom ranog stvaranja sunca, prije više od 4, 5 milijardi godina kada su se druge zvijezde formirale u blizini, ekstremna gravitacija bliskog zvjezdanog susreta mogla povući te predmete i ostaviti ih u „fosiliziranoj“ orbiti, Sheppard kaže. Alternativno, možda postoji dovoljno ovih manjih planeta da mogu utjecati na orbite jedne druge kroz mnogo milijuna godina kroz proces zvan samogravitacija, postepeno gurajući jedan drugoga sve dalje i dalje.
"[Ako postoji puno ovih manjih planeta poput Sedne i ovog novog objekta, oni naravno djeluju jedan prema drugom gravitacijskim silama", kaže Ann-Marie Madigan, docentica astrofizike na Sveučilištu Colorado u Boulderu, koja proučava modele samogravitacije na udaljenim objektima Sunčevog sustava. Ona kaže da su ti manji planeti "toliko udaljeni od unutarnjeg Sunčevog sustava, s ogromnim planetima i sličnim stvarima, ove sile (samogravitacije) mogu biti vrlo snažne. ... Ne treba vam dodatni planet vani. "
Madigan priznaje da samogravitacija ne može objasniti sve o orbitama udaljenih manjih planeta, poput usklađivanja duž njihove "dužine perihelije", slično glavnim osovinama eliptičnih orbita. A postoje i druge "vanjske sile" koje treba uzeti u obzir, kaže Sheppard, poput galaktičke plime - kolektivne gravitacijske sile svega na Mliječnom putu, uključujući supermasičnu crnu rupu u njenom središtu. Teorije koje predviđaju postojanje planete 9 uzimaju u obzir sve ove utjecaje, ali nepoznati proces mogao bi se igrati.
„Ovo je sjajno“, kaže Michele Bannister, planetarna astronomkinja s Queen's University Belfast u Velikoj Britaniji koja je od 2013. do 2017. godine ko-vodila Istraživanje o nastanku vanjskog solarnog sustava (OSSOS) od 2013. do 2017., koja je otkrila 840 udaljenih manjih planeta. „Imamo čitavu ovu teoriju koja pokušava objasniti ovu populaciju. To je znak dobrog zdravog aktivnog polja. "
Sužavanje pretraživanja
Sheppard uspoređuje grupiranje Goblina, Sedne i 2012. godine VP113 s odnosom Neptuna i Plutona. Iako Neptun presijeca orbitalni put Plutona, dva se planetarna tijela nikad ne približavaju jedno drugome jer su zaključana u gravitacijskom odnosu - poznatom kao rezonanca - zbog čega Pluton dva puta orbituje u svake tri orbite Neptuna. Ako niste znali gdje se nalazi Neptun, mogli biste precizno utvrditi ogromni planet pomno promatrajući Pluton. Iako tri izrazito udaljena mala planeta ne bi bila zaključana u tako stabilnoj vezi s planetom 9, mogao bi se dogoditi sličan gravitacijski odnos.
Međutim, ako su manji planeti u gravitacijskom plesu s Planetom 9, to može značiti da je veliki planet daleko, daleko - u blizini afere njegove orbite, otprilike 1000 AU od sunca. Imamo samo grubu predodžbu o veličini planete 9 - između dva i četiri puta veća od Zemlje, ako ona postoji - i nikakav način da odredimo koliko svjetla odbija, što ga čini nevjerojatno teškim za traženje. Jedini razlog zbog kojeg smo uspjeli pronaći manje udaljene objekte poput Goblina je taj što su oni blizu svog najbližeg pristupa, vidljivi samo trenutak zvjezdanog vremena prije nego što se vrate u sjenu.
Slike otkrića 2015 TG387 snimljene u 8-metarskom teleskopu Subaru smještenom na vrhu Mauna Kea na Havajima 13. listopada 2015. Slike su snimljene u razmaku od oko 3 sata. 2015 TG387 može se vidjeti kako se kreće između slika u blizini središta, dok su mnogo udaljenije zvijezde i galaksije nepomične. Slika pruža Scott Sheppard. (Sliku pružio Scott Sheppard) "Devedeset devet posto njihove orbite, ne bismo ih pronašli", kaže Sheppard. "Dakle, upravo nalazimo vrh ledenog brijega."
Lov na planeti 9 pati od ozbiljnog nedostatka podataka - za sada. Teško je izvući statističke zaključke s tako malom veličinom uzorka manjih planeta, posebno kad ih tisuće vjerojatno postoje. "Svaka od ovih otkrića podrazumijeva ogromnu, neviđenu populaciju", kaže Bannister. "I tako promatranje pristranosti doista može utjecati na zaključke koje izvlačite o postojanju te ogromne neviđene populacije, i koji oblik njezinih orbita poprima u prostoru, te što bi ih potencijalno mogli oblikovati ili mogli oblikovati."
Goblin je prvi put opažen japanskim 8-metarskim teleskopom Subaru na Mauna Kea na Havajima, ali je malobrojni planet toliko udaljen da su bile potrebne tri godine praćenja s teleskopima u Čileu i Arizoni prije nego što bi njegova orbita mogla biti izračunato, otkrivajući njegov pravi put i udaljenost. Otkriveno je nekoliko dodatnih manjih planeta i kad astronomi preciziraju svoje orbitalne parametre, imat će bolju predodžbu o tome gdje je masivni planet skriven - ako uopće postoji.
Teleskop Subaru na Mauna Kea, Havaji. (Wikimedia Commons / CC 2.0) "Činjenica da je planeta 9 na kraju dana ili tamo ili ne, a matematika koju sam ja napravila je ispravna ili pogrešna, zapravo je lijep atraktivan aspekt čitavog ovog problema", kaže Batygin. "Ovo nije jedan od ovih problema gdje možete nagađati o tome dok ne umrete. ... Mislim da je sljedećih 10 godina puno vremena. "
Kontinuirana istraživanja neba pomoću teleskopa poput Subarua i novih opservatorija poput Velikog sinoptičkog anketnog teleskopa (LSST) - koji će imati najveću digitalnu kameru na svijetu od 3, 2 gigapiksela, o veličini malog automobila - otkrit će još više objekata kako naše razumijevanje Sunčevog sustava raste. Dodatni astronomski radovi, poput drugog puštanja podataka iz svemirskog teleskopa Gaia, pomažu u pročišćavanju naših modela kretanja zvijezda kroz povijest galaksije, dodatno pooštravajući ograničenja na izuzetno udaljenim manjim planetima.
Ako i kad sve ovo djelo dovede do otkrića planete 9, Sheppard kaže, "to će biti trijumf znanosti".
