El Planeta Nueve es un hipotético noveno planeta en la región exterior del Sistema Solar . [2] [4] Sus efectos gravitacionales podrían explicar la peculiar agrupación de órbitas para un grupo de objetos transneptunianos extremos (ETNO), cuerpos más allá de Neptuno que orbitan el Sol a distancias que promedian más de 250 veces la de la Tierra, es decir, más de 250 unidades astronómicas (UA). Estos ETNO tienden a hacer sus aproximaciones más cercanas al Sol en un sector, y sus órbitas están inclinadas de manera similar. Estas alineaciones sugieren que un planeta no descubierto puede estar pastoreando las órbitas de los objetos más distantes conocidos del Sistema Solar . [4] [5] [6] No obstante, algunos astrónomos cuestionan esta conclusión y en su lugar afirman que la agrupación de las órbitas de los ETNO se debe a sesgos observacionales, resultantes de la dificultad de descubrir y rastrear estos objetos durante gran parte del año. [7]
Basándonos en consideraciones anteriores, este hipotético planeta del tamaño de una supertierra habría tenido una masa prevista de cinco a diez veces la de la Tierra y una órbita alargada de 400 a 800 UA . La estimación de la órbita se perfeccionó en 2021, lo que dio como resultado un semieje mayor algo más pequeño de 380+140
−80AU. [3] Esto se actualizó poco después a 460.+160
−100AU. [1] Batygin y Brown sugirieron que el Planeta Nueve puede ser el núcleo de un planeta gigante que fue expulsado de su órbita original por Júpiter durante la génesis del Sistema Solar. Otros propusieron que el planeta fue capturado por otra estrella, [8] alguna vez fue un planeta rebelde o que se formó en una órbita distante y fue arrastrado a una órbita excéntrica por una estrella que pasaba por allí. [4]
Aunque los estudios del cielo como Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) y Pan-STARRS no detectaron el Planeta Nueve, no han descartado la existencia de un objeto del diámetro de Neptuno en el Sistema Solar exterior. [9] [10] La capacidad de estos estudios del cielo anteriores para detectar el Planeta Nueve dependía de su ubicación y características. Se están realizando más estudios de las regiones restantes utilizando NEOWISE y el telescopio Subaru de 8 metros . [11] [12] A menos que se observe el Planeta Nueve, su existencia sigue siendo puramente conjetural. Se han propuesto varias hipótesis alternativas para explicar la agrupación observada de objetos transneptunianos (TNO).
Tras el descubrimiento de Neptuno en 1846, hubo considerables especulaciones sobre la posibilidad de que existiera otro planeta más allá de su órbita. La más conocida de estas teorías predijo la existencia de un planeta distante que estaba influyendo en las órbitas de Urano y Neptuno . Después de extensos cálculos, Percival Lowell predijo la posible órbita y ubicación del hipotético planeta transneptuniano y comenzó una extensa búsqueda del mismo en 1906. Llamó al objeto hipotético Planeta X , un nombre utilizado previamente por Gabriel Dallet. [13] [14] Clyde Tombaugh continuó la búsqueda de Lowell y en 1930 descubrió Plutón , pero pronto se determinó que era demasiado pequeño para calificar como el Planeta X de Lowell. [15] Después del sobrevuelo de Neptuno de la Voyager 2 en 1989, se determinó que la diferencia entre la órbita predicha y la observada de Urano se debía al uso de una masa de Neptuno previamente inexacta. [16]
Los intentos de detectar planetas más allá de Neptuno por medios indirectos, como la perturbación orbital, datan de antes del descubrimiento de Plutón. Entre los primeros estuvo George Forbes, quien postuló la existencia de dos planetas transneptunianos en 1880. Uno tendría una distancia media del Sol, o semieje mayor , de 100 UA , 100 veces la de la Tierra. El segundo tendría un semieje mayor de 300 UA. Su trabajo se considera similar a las teorías más recientes del Planeta Nueve en que los planetas serían responsables de una agrupación de las órbitas de varios objetos, en este caso la agrupación de distancias de afelio de cometas periódicos cerca de aproximadamente 100-300 UA. Esto es similar a cómo las distancias de afelio de los cometas de la familia de Júpiter se agrupan cerca de su órbita. [17] [18]
El descubrimiento de Sedna , un planeta enano con una órbita muy peculiar en 2004, dio lugar a especulaciones de que se había topado con un cuerpo masivo distinto de uno de los planetas conocidos. La órbita de Sedna está desprendida , con una distancia de perihelio de 76 UA que es demasiado grande para deberse a interacciones gravitacionales con Neptuno. Varios autores propusieron que Sedna entró en esta órbita después de encontrarse con un cuerpo masivo como un planeta desconocido en una órbita distante, un miembro del cúmulo abierto que se formó con el Sol u otra estrella que pasó más tarde cerca del Sistema Solar. [19] [20] El anuncio en marzo de 2014 del descubrimiento de un segundo sednoide con una distancia de perihelio de 80 UA, 2012 VP 113 , en una órbita similar dio lugar a nuevas especulaciones de que una supertierra desconocida permanecía en el distante Sistema Solar. [21] [22]
En una conferencia en 2012, Rodney Gomes propuso que un planeta no detectado era responsable de las órbitas de algunos ETNO con órbitas separadas y los grandes Centauros de eje semimayor , pequeños cuerpos del Sistema Solar que cruzan las órbitas de los planetas gigantes. [23] [24] El planeta propuesto con masa de Neptuno estaría en una órbita distante ( a ≈ 1 500 UA), excéntrica ( e ≈ 0,4) y muy inclinada ( i ≈ 40°) . Al igual que el Planeta Nueve, causaría que el perihelio de los objetos con ejes semimayores mayores de 300 UA oscilara, entregando algunos a órbitas que cruzan planetas y otros a órbitas separadas como la de Sedna. En 2015 se publicó un artículo de Gomes, Soares y Brasser, que detallaba sus argumentos. [25]
En 2014, los astrónomos Chad Trujillo y Scott S. Sheppard notaron las similitudes entre las órbitas de Sedna y 2012 VP 113 y otros ETNO. Propusieron que un planeta desconocido en una órbita circular entre 200 y 300 UA estaba perturbando sus órbitas. [5] Más tarde ese año, Raúl y Carlos de la Fuente Marcos argumentaron que eran necesarios dos planetas masivos en resonancia orbital para producir las similitudes de tantas órbitas, 13 conocidas en ese momento. [26] Utilizando una muestra más grande de 39 ETNO, estimaron que el planeta más cercano tenía un semieje mayor en el rango de 300 a 400 UA, una excentricidad relativamente baja y una inclinación de casi 14°. [27]
A principios de 2016, Batygin y Brown del Instituto Tecnológico de California describieron cómo las órbitas similares de seis ETNO podrían explicarse por el Planeta Nueve y propusieron una posible órbita para el planeta. [4] Esta hipótesis también podría explicar los ETNO con órbitas perpendiculares a los planetas interiores [4] y otros con inclinaciones extremas, [29] y se había ofrecido como una explicación de la inclinación del eje del Sol . [30]
Inicialmente se planteó la hipótesis de que el Planeta Nueve seguía una órbita elíptica alrededor del Sol con una excentricidad de0,2–0,5 , y se estimó que su semieje mayor era400–800 UA , [B] aproximadamente 13–26 veces la distancia entre Neptuno y el Sol. El planeta tardaría entre 10 000 y 20 000 años en completar una órbita completa alrededor del Sol, y se proyectó que su inclinación con respecto a la eclíptica , el plano de la órbita de la Tierra, sería15° a 25° . [2] [31] [C] El afelio, o punto más alejado del Sol, estaría en la dirección general de la constelación de Tauro , [32] mientras que el perihelio, el punto más cercano al Sol, estaría en la dirección general de las áreas meridionales de Serpens (Caput), Ophiuchus y Libra . [33] [34] Brown cree que si el Planeta Nueve existe, una sonda podría alcanzarlo en tan solo 20 años utilizando una trayectoria de honda motorizada alrededor del Sol. [35]
Se estima que el planeta tiene entre 5 y 10 veces la masa y entre 2 y 4 veces el radio de la Tierra. [2] Brown cree que si el Planeta Nueve existe, su masa es suficiente para limpiar su órbita de cuerpos grandes en 4.500 millones de años, la edad del Sistema Solar, y que su gravedad domina el borde exterior del Sistema Solar, lo que es suficiente para convertirlo en un planeta según las definiciones actuales . [36] El astrónomo Jean-Luc Margot también ha declarado que el Planeta Nueve satisface sus criterios y se calificaría como planeta si se detecta. [37] [38]
Se han examinado varios orígenes posibles para el Planeta Nueve, incluyendo su expulsión de la vecindad de los planetas gigantes conocidos, su captura desde otra estrella y su formación in situ . En su artículo inicial, Batygin y Brown propusieron que el Planeta Nueve se formó más cerca del Sol y fue expulsado a una órbita excéntrica distante después de un encuentro cercano con Júpiter o Saturno durante la época nebular. [4] Luego, la gravedad de una estrella cercana o el arrastre de los restos gaseosos de la nebulosa solar [39] redujeron la excentricidad de su órbita. Este proceso elevó su perihelio, dejándolo en una órbita muy amplia pero estable más allá de la influencia de los otros planetas. [40] [41]
Las probabilidades de que esto ocurra se han estimado en un pequeño porcentaje. [42] Si no hubiera sido arrojado a los confines más lejanos del Sistema Solar, el Planeta Nueve podría haber acumulado más masa del disco protoplanetario y haberse desarrollado hasta convertirse en el núcleo de un gigante gaseoso o de hielo . [36] [43] En cambio, su crecimiento se detuvo temprano, dejándolo con una masa menor que Urano o Neptuno. [44]
La fricción dinámica de un enorme cinturón de planetesimales también podría haber permitido la captura del Planeta Nueve en una órbita estable. Modelos recientes proponen que un disco de planetesimales de 60-130 M E podría haberse formado a medida que el gas se despejaba de las partes externas del disco protoplanetario. [45] A medida que el Planeta Nueve pasaba a través de este disco, su gravedad alteraría las trayectorias de los objetos individuales de una manera que reduciría la velocidad del Planeta Nueve en relación con él. Esto reduciría la excentricidad del Planeta Nueve y estabilizaría su órbita. Si este disco tuviera un borde interior distante, 100-200 UA, un planeta que se encontrara con Neptuno tendría un 20% de posibilidades de ser capturado en una órbita similar a la propuesta para el Planeta Nueve, con la agrupación observada más probable si el borde interior está a 200 UA. A diferencia de la nebulosa de gas, es probable que el disco planetesimal haya tenido una vida larga, lo que potencialmente permitió una captura posterior. [46]
Un encuentro con otra estrella también podría alterar la órbita de un planeta distante, cambiándola de una órbita circular a una excéntrica. La formación in situ de un planeta a esta distancia requeriría un disco muy masivo y extenso, [4] o la deriva hacia afuera de sólidos en un disco que se disipa formando un anillo estrecho a partir del cual el planeta se fue acrecentando a lo largo de mil millones de años. [47] Si un planeta se formó a una distancia tan grande mientras el Sol estaba en su cúmulo original, la probabilidad de que permaneciera ligado al Sol en una órbita altamente excéntrica es de aproximadamente el 10%. [48] Sin embargo, mientras el Sol permaneció en el cúmulo abierto donde se formó, cualquier disco extendido habría estado sujeto a disrupción gravitacional por el paso de estrellas y por pérdida de masa debido a la fotoevaporación. [2]
El Planeta Nueve podría haber sido capturado desde fuera del Sistema Solar durante un encuentro cercano entre el Sol y otra estrella. Si un planeta estaba en una órbita distante alrededor de esta estrella, las interacciones de tres cuerpos durante el encuentro podrían alterar la trayectoria del planeta, dejándolo en una órbita estable alrededor del Sol. Un planeta originado en un sistema sin planetas con masas como Júpiter podría permanecer en una órbita excéntrica distante durante más tiempo, lo que aumenta sus posibilidades de captura. [8] El rango más amplio de órbitas posibles reduciría las probabilidades de su captura en una órbita de inclinación relativamente baja al 1-2%. [48] Amir Siraj y Avi Loeb descubrieron que las probabilidades de que el Sol capture al Planeta Nueve aumentan en 20 veces si el Sol alguna vez tuvo un compañero binario distante de igual masa. [49] [50] Este proceso también podría ocurrir con planetas rebeldes, pero la probabilidad de su captura es mucho menor, con solo el 0,05-0,10% de ser capturado en órbitas similares a la propuesta para el Planeta Nueve. [51]
La influencia gravitatoria del Planeta Nueve explicaría cuatro peculiaridades del Sistema Solar: [52]
El Planeta Nueve fue propuesto inicialmente para explicar la agrupación de órbitas, a través de un mecanismo que también explicaría los altos perihelios de objetos como Sedna. La evolución de algunos de estos objetos en órbitas perpendiculares fue inesperada, pero se encontró que coincidía con los objetos observados previamente. Más tarde se descubrió que las órbitas de algunos objetos con órbitas perpendiculares evolucionaban hacia semiejes mayores más pequeños cuando se incluyeron los otros planetas en las simulaciones. Aunque se han propuesto otros mecanismos para muchas de estas peculiaridades, la influencia gravitatoria del Planeta Nueve es la única que explica las cuatro. Sin embargo, la gravedad del Planeta Nueve también aumentaría las inclinaciones de otros objetos que cruzan su órbita, lo que podría dejar a los objetos del disco disperso , [53] cuerpos que orbitan más allá de Neptuno con semiejes mayores mayores de 50 UA y cometas de período corto con una distribución de inclinación más amplia que la observada. [54] Anteriormente se había planteado la hipótesis de que el Planeta Nueve era responsable de la inclinación de 6° del eje del Sol con respecto a las órbitas de los planetas, [55] pero actualizaciones recientes de su órbita y masa previstas limitan este cambio a ~1°. [2]
La agrupación de las órbitas de los TNO con grandes semiejes mayores fue descrita por primera vez por Trujillo y Sheppard, quienes notaron similitudes entre las órbitas de Sedna y 2012 VP 113. Sin la presencia del Planeta Nueve, estas órbitas deberían estar distribuidas aleatoriamente, sin preferencia por ninguna dirección. Tras un análisis más profundo, Trujillo y Sheppard observaron que los argumentos de perihelio de 12 TNO con perihelios mayores de30 UA y semiejes mayores mayores que150 UA se agruparon cerca de 0°, lo que significa que se elevan a través de la eclíptica cuando están más cerca del Sol. Trujillo y Sheppard propusieron que esta alineación fue causada por un planeta masivo desconocido más allá de Neptuno a través del mecanismo de Kozai . [5] Para objetos con semiejes mayores similares, el mecanismo de Kozai confinaría sus argumentos de perihelio cerca de 0° o 180°. Este confinamiento permite que los objetos con órbitas excéntricas e inclinadas eviten aproximaciones cercanas al planeta porque cruzarían el plano de la órbita del planeta en sus puntos más cercanos y más lejanos del Sol, y cruzarían la órbita del planeta cuando están muy por encima o por debajo de su órbita. [26] [56] La hipótesis de Trujillo y Sheppard sobre cómo se alinearían los objetos por el mecanismo de Kozai ha sido suplantada por análisis y evidencia adicionales. [4]
Batygin y Brown, buscando refutar el mecanismo propuesto por Trujillo y Sheppard, también examinaron las órbitas de los TNO con grandes semiejes mayores. [4] Después de eliminar los objetos en el análisis original de Trujillo y Sheppard que eran inestables debido a aproximaciones cercanas a Neptuno o estaban afectados por las resonancias de movimiento medio de Neptuno , Batygin y Brown determinaron que los argumentos de perihelio para los seis objetos restantes (Sedna, 2012 VP 113 , 474640 Alicanto , 2010 GB 174 , 2000 CR 105 y 2010 VZ 98 ) estaban agrupados alrededor318° ± 8° . Este hallazgo no concordaba con la forma en que el mecanismo de Kozai tendería a alinear las órbitas con argumentos de perihelio a 0° o 180°. [4] [D]
Batygin y Brown también descubrieron que las órbitas de los seis ETNO con semieje mayor mayor de 250 UA y perihelios más allá de 30 UA (Sedna, 2012 VP 113 , Alicanto, 2010 GB 174 , 2007 TG 422 y 2013 RF 98 ) estaban alineadas en el espacio con sus perihelios en aproximadamente la misma dirección, lo que resultó en una agrupación de sus longitudes de perihelio , la ubicación donde hacen sus aproximaciones más cercanas al Sol. Las órbitas de los seis objetos también estaban inclinadas con respecto a la de la eclíptica y eran aproximadamente coplanares , lo que produjo una agrupación de sus longitudes de nodos ascendentes , las direcciones donde cada uno se eleva a través de la eclíptica. Determinaron que solo había un 0,007% de probabilidad de que esta combinación de alineaciones se debiera al azar. [4] [57] [58] Estos seis objetos habían sido descubiertos mediante seis estudios diferentes con seis telescopios, lo que hacía menos probable que la agrupación pudiera deberse a un sesgo de observación, como apuntar un telescopio a una parte particular del cielo. La agrupación observada debería desaparecer en unos pocos cientos de millones de años debido a que las ubicaciones de los perihelios y los nodos ascendentes cambian o precesan a diferentes velocidades debido a sus variados semiejes mayores y excentricidades. [E] Esto indica que la agrupación no podría deberse a un evento en el pasado distante, [4] por ejemplo una estrella que pasa, [59] y es más probable que se mantenga por el campo gravitacional de un objeto que orbita alrededor del Sol. [4]
Dos de los seis objetos ( 2013 RF 98 y Alicanto) también tienen órbitas y espectros muy similares. [60] [61] Esto ha llevado a la sugerencia de que eran un objeto binario interrumpido cerca del afelio durante un encuentro con un objeto distante. La interrupción de un binario requeriría un encuentro relativamente cercano, lo que se vuelve menos probable a grandes distancias del Sol. [62]
En un artículo posterior, Trujillo y Sheppard observaron una correlación entre la longitud del perihelio y el argumento del perihelio de los TNO con semiejes mayores mayores de 150 UA. Aquellos con una longitud de perihelio de 0 a 120° tienen argumentos de perihelio entre 280 y 360°, y aquellos con una longitud de perihelio entre 180° y 340° tienen argumentos de perihelio entre 0° y 40°. La significancia estadística de esta correlación fue del 99,99%. Sugirieron que la correlación se debe a que las órbitas de estos objetos evitan aproximaciones cercanas a un planeta masivo al pasar por encima o por debajo de su órbita. [63]
Un artículo de 2017 de Carlos y Raúl de la Fuente Marcos señaló que la distribución de las distancias a los nodos ascendentes de los ETNO, y las de los centauros y cometas con grandes semiejes mayores, puede ser bimodal . Sugieren que se debe a que los ETNO evitan aproximaciones cercanas a un planeta con un semieje mayor de 300-400 UA. [64] [65] Con más datos (40 objetos), la distribución de las distancias nodales mutuas de los ETNO muestra una asimetría estadísticamente significativa entre las distancias nodales ascendentes y descendentes mutuas más cortas que puede no deberse a un sesgo observacional sino probablemente al resultado de perturbaciones externas. [66] [67]
La agrupación de las órbitas de los ETNO y la elevación de sus perihelios se reproducen en simulaciones que incluyen al Planeta Nueve. En simulaciones realizadas por Batygin y Brown, enjambres de objetos de disco dispersos con semiejes mayores de hasta 550 UA que comenzaron con orientaciones aleatorias fueron esculpidos en grupos aproximadamente colineales y coplanares de órbitas confinadas espacialmente por un planeta distante masivo en una órbita altamente excéntrica. Esto dejó la mayoría de los perihelios de los objetos apuntando en direcciones similares y las órbitas de los objetos con inclinaciones similares. Muchos de estos objetos entraron en órbitas de alto perihelio como Sedna e, inesperadamente, algunos entraron en órbitas perpendiculares que Batygin y Brown notaron más tarde que ya se habían observado. [4]
En su análisis original, Batygin y Brown descubrieron que la distribución de las órbitas de los primeros seis ETNO se reproducía mejor en simulaciones utilizando un planeta de 10 M E [F] en la siguiente órbita: [G]
Estos parámetros para el Planeta Nueve producen diferentes efectos simulados en los TNO. Los objetos con semiejes mayores mayores de 250 UA están fuertemente antialineados con el Planeta Nueve, con perihelios opuestos al perihelio del Planeta Nueve. Los objetos con semiejes mayores entre 150 y 250 UA están débilmente alineados con el Planeta Nueve, con perihelios en la misma dirección que el perihelio del Planeta Nueve. Se encuentra poco efecto en objetos con semiejes mayores menores de 150 UA. [9] Las simulaciones también revelaron que los objetos con semiejes mayores mayores de 250 UA están fuertemente antialineados con el Planeta Nueve, con perihelios opuestos al perihelio del Planeta Nueve.Los objetos de 250 UA podrían tener órbitas alineadas y estables si tuvieran excentricidades menores. Estos objetos aún no han sido observados. [4]
También se examinaron otras posibles órbitas para el Planeta Nueve, con semiejes mayores entre400 UA y1500 UA , excentricidades de hasta 0,8 y un amplio rango de inclinaciones. Estas órbitas arrojan resultados variados. Batygin y Brown descubrieron que era más probable que las órbitas de los ETNO tuvieran inclinaciones similares si el Planeta Nueve tenía una inclinación mayor, pero la antialineación también disminuía. [9] Las simulaciones de Becker et al. mostraron que sus órbitas eran más estables si el Planeta Nueve tenía una excentricidad menor, pero que la antialineación era más probable con excentricidades mayores. [69] Lawler et al . descubrieron que la población capturada en resonancias orbitales con el Planeta Nueve era menor si tenía una órbita circular, y que menos objetos alcanzaban órbitas de alta inclinación. [70] Las investigaciones de Cáceres et al. mostraron que las órbitas de los ETNO estaban mejor alineadas si el Planeta Nueve tenía una órbita de perihelio menor, pero su perihelio necesitaría ser mayor a 90 UA. [71] Investigaciones posteriores de Batygin et al . Se descubrió que las órbitas con mayor excentricidad reducían las inclinaciones promedio de las órbitas de los ETNO. [2] Si bien existen muchas combinaciones posibles de parámetros orbitales y masas para el Planeta Nueve, ninguna de las simulaciones alternativas fue mejor para predecir la alineación observada de los ETNO originales. El descubrimiento de objetos adicionales del Sistema Solar distante permitiría a los astrónomos hacer predicciones más precisas sobre la órbita del planeta hipotético. Estas también pueden brindar mayor respaldo o refutación a la hipótesis del Planeta Nueve. [72] [73]
Las simulaciones que incluyeron la migración de planetas gigantes dieron como resultado una alineación más débil de las órbitas de los ETNO. [54] La dirección de la alineación también cambió, de más alineada a antialineada con el aumento del semieje mayor, y de antialineada a alineada con el aumento de la distancia del perihelio. Esto último daría como resultado que las órbitas de los sednoides estuvieran orientadas en sentido opuesto a la mayoría de los otros ETNO. [53]
El Planeta Nueve modifica las órbitas de los ETNO mediante una combinación de efectos. En escalas de tiempo muy largas, el Planeta Nueve ejerce un par sobre las órbitas de los ETNO que varía con la alineación de sus órbitas con las del Planeta Nueve. Los intercambios de momento angular resultantes hacen que los perihelios se eleven, colocándolos en órbitas similares a las de Sedna, y luego caigan, devolviéndolos a sus órbitas originales después de varios cientos de millones de años. El movimiento de sus direcciones de perihelio también se invierte cuando sus excentricidades son pequeñas, manteniendo los objetos antialineados, vea las curvas azules en el diagrama, o alineados, curvas rojas. En escalas de tiempo más cortas, las resonancias de movimiento medio con el Planeta Nueve brindan protección de fase, que estabiliza sus órbitas alterando ligeramente los semiejes mayores de los objetos, manteniendo sus órbitas sincronizadas con las del Planeta Nueve y evitando aproximaciones cercanas. La gravedad de Neptuno y los otros planetas gigantes, y la inclinación de la órbita del Planeta Nueve, debilitan esta protección. Esto da como resultado una variación caótica de los semiejes mayores a medida que los objetos saltan entre resonancias, incluidas resonancias de alto orden como 27:17, en escalas de tiempo de millones de años. [75] Las resonancias de movimiento medio pueden no ser necesarias para la supervivencia de los ETNO si ellos y el Planeta Nueve están ambos en órbitas inclinadas. [76] Los polos orbitales de los objetos precesan alrededor, o rodean, el polo del plano de Laplace del Sistema Solar . En grandes semiejes mayores, el plano de Laplace se deforma hacia el plano de la órbita del Planeta Nueve. Esto hace que los polos orbitales de los ETNO en promedio estén inclinados hacia un lado y que sus longitudes de nodos ascendentes se agrupen. [75]
En 2024, Brown y Batygin completaron una simulación que mostró que la presencia del Planeta Nueve, con el tiempo, aumentaría las excentricidades de un subconjunto significativo de objetos con semiejes mayores por encima de 100 UA hasta que su perihelio se redujera por debajo de 30 UA, lo que significaría que sus órbitas cruzarían la de Neptuno. También realizaron un estudio de los objetos que cruzan Neptuno con inclinaciones inferiores a 40 grados y semiejes mayores entre 100 y 1000 UA y argumentaron que los resultados se alineaban con la presencia del Planeta Nueve, lo que produciría una proporción de objetos que cruzan Neptuno con un perihelio más allá de la órbita de Neptuno del 3%, en comparación con el 0,5% en ausencia del Planeta Nueve. [77]
El Planeta Nueve puede enviar ETNO a órbitas aproximadamente perpendiculares a la eclíptica. [78] [79] Se han observado varios objetos con inclinaciones altas, mayores de 50°, y ejes semimayores grandes, por encima de 250 UA. [80] Estas órbitas se producen cuando algunos ETNO de baja inclinación entran en una resonancia secular con el Planeta Nueve al alcanzar órbitas de baja excentricidad. La resonancia hace que sus excentricidades e inclinaciones aumenten, enviando a los ETNO a órbitas perpendiculares con perihelios bajos donde se los observa más fácilmente. Luego, los ETNO evolucionan a órbitas retrógradas con excentricidades más bajas, después de lo cual pasan por una segunda fase de órbitas perpendiculares de alta excentricidad, antes de regresar a órbitas de baja excentricidad e inclinación. La resonancia secular con el Planeta Nueve implica una combinación lineal de los argumentos de la órbita y las longitudes del perihelio: Δ ϖ – 2 ω . A diferencia del mecanismo de Kozai, esta resonancia hace que los objetos alcancen sus excentricidades máximas cuando están en órbitas casi perpendiculares. En las simulaciones realizadas por Batygin y Morbidelli, esta evolución fue relativamente común: el 38% de los objetos estables la experimentaron al menos una vez. [75] Los argumentos del perihelio de estos objetos se agrupan cerca o en direcciones opuestas a las del Planeta Nueve y sus longitudes de nodo ascendente se agrupan alrededor de 90° en cualquier dirección desde el Planeta Nueve cuando alcanzan perihelios bajos. [4] [76] Esto concuerda aproximadamente con las observaciones con las diferencias atribuidas a encuentros distantes con los planetas gigantes conocidos. [4]
Una población de TNO de alta inclinación con semiejes mayores menores de 100 UA puede ser generada por los efectos combinados del Planeta Nueve y los otros planetas gigantes. Los ETNO que entran en órbitas perpendiculares tienen perihelios lo suficientemente bajos como para que sus órbitas intersequen las de Neptuno o los otros planetas gigantes. Un encuentro con uno de estos planetas puede bajar el semieje mayor de un ETNO por debajo de las 100 UA, donde las órbitas del objeto ya no están controladas por el Planeta Nueve, dejándolo en una órbita como la de 2008 KV 42. La distribución orbital prevista de los objetos más longevos de estos no es uniforme. La mayoría tendría órbitas con perihelios que van desde 5 UA a 35 UA e inclinaciones por debajo de 110°; más allá de un espacio con pocos objetos habría otros con inclinaciones cercanas a los 150° y perihelios cerca de las 10 UA. [29] Anteriormente se había propuesto que estos objetos se originaron en la nube de Oort , [81] una nube teórica de planetesimales helados que rodean al Sol a distancias de 2.000 a 200.000 UA. [82] Sin embargo, en simulaciones sin el Planeta Nueve se produce un número insuficiente de objetos a partir de la nube de Oort en relación con las observaciones. [53] Algunos de los TNO de alta inclinación pueden convertirse en troyanos de Júpiter retrógrados . [83]
El Planeta Nueve alteraría las regiones de origen y la distribución de la inclinación de los cometas. En las simulaciones de la migración de los planetas gigantes descritas por el modelo de Nice, se capturan menos objetos en la nube de Oort cuando se incluye el Planeta Nueve. Otros objetos serían capturados en una nube de objetos controlada dinámicamente por el Planeta Nueve. Esta nube del Planeta Nueve, formada por los ETNO y los objetos perpendiculares, se extendería desde semiejes mayores de 200-3000 UA y contendría aproximadamente 0,3-0,4 M E . [54] [70] Cuando los perihelios de los objetos en la nube del Planeta Nueve caen lo suficientemente bajo como para que se encuentren con los otros planetas, algunos se dispersarían en órbitas que ingresan al Sistema Solar interior donde podrían observarse como cometas. Si el Planeta Nueve existe, estos constituirían aproximadamente un tercio de los cometas de tipo Halley . Las interacciones con el Planeta Nueve también aumentarían las inclinaciones de los objetos del disco dispersos que cruzan su órbita. Esto podría resultar en más con inclinaciones moderadas de 15-30° de las que se observan. [53] Las inclinaciones de los cometas de la familia Júpiter derivadas de esa población también tendrían una distribución de inclinación más amplia que la observada. [54] [84] Estimaciones recientes de una masa y excentricidad más pequeñas para el Planeta Nueve reducirían su efecto sobre estas inclinaciones. [2]
En febrero de 2019, el total de ETNO que se ajustaban a la hipótesis original de tener un semieje mayor de más de 250 UA había aumentado a catorce objetos. Los parámetros orbitales para el Planeta Nueve favorecidos por Batygin y Brown después de un análisis utilizando estos objetos fueron: [2]
En agosto de 2021, Batygin y Brown volvieron a analizar los datos relacionados con las observaciones de ETNO, teniendo en cuenta los sesgos de observación, y descubrieron que las observaciones eran más probables en algunas direcciones que en otras. Afirmaron que la agrupación orbital observada "sigue siendo significativa con un nivel de confianza del 99,6 %". [3] Combinando los sesgos de observación con simulaciones numéricas, predijeron las características del Planeta Nueve: [3]
Batygin fue cauto al interpretar los resultados de la simulación desarrollada para su artículo de investigación y el de Brown, diciendo: "Hasta que el Planeta Nueve sea captado por una cámara no cuenta como real. Todo lo que tenemos ahora es un eco". [85] En 2016, Brown estimó las probabilidades de la existencia del Planeta Nueve en alrededor del 90%. [36] Greg Laughlin , uno de los pocos investigadores que sabía de antemano sobre este artículo, da una estimación del 68,3%. [6] Otros científicos escépticos exigen más datos en términos de KBO adicionales para analizar o evidencia final a través de confirmación fotográfica. [86] [73] [87] Brown, aunque admite el punto de vista de los escépticos, todavía piensa que hay suficientes datos para montar una búsqueda de un nuevo planeta. [88]
La hipótesis del Planeta Nueve cuenta con el apoyo de varios astrónomos y académicos. En enero de 2016, Jim Green , director de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA , dijo que "la evidencia es más sólida ahora que antes". [89] Pero Green también advirtió sobre la posibilidad de otras explicaciones para el movimiento observado de ETNO distantes y, citando a Carl Sagan , dijo que "las afirmaciones extraordinarias requieren evidencia extraordinaria". [36] El profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts Tom Levenson concluyó que, por ahora, el Planeta Nueve parece la única explicación satisfactoria para todo lo que se sabe ahora sobre las regiones exteriores del Sistema Solar. [85] El astrónomo Alessandro Morbidelli , que revisó el artículo de investigación para The Astronomical Journal , estuvo de acuerdo y dijo: "No veo ninguna explicación alternativa a la ofrecida por Batygin y Brown". [6] [36]
La astrónoma Renu Malhotra sigue siendo agnóstica respecto del Planeta Nueve, pero señaló que ella y sus colegas han descubierto que las órbitas de los ETNO parecen estar inclinadas de una manera que es difícil de explicar de otra manera. "La cantidad de deformación que vemos es una locura", dijo. "Para mí, es la evidencia más intrigante de la existencia del Planeta Nueve con la que me he topado hasta ahora". [90]
Otros expertos tienen distintos grados de escepticismo. El astrofísico estadounidense Ethan Siegel , que anteriormente especuló que los planetas pueden haber sido expulsados del Sistema Solar durante una inestabilidad dinámica temprana, es escéptico sobre la existencia de un planeta no descubierto en el Sistema Solar. [79] [91] En un artículo de 2018 que analiza una encuesta que no encontró evidencia de agrupamiento de las órbitas de los ETNO, sugiere que el agrupamiento observado anteriormente podría haber sido el resultado de un sesgo de observación y afirma que la mayoría de los científicos piensan que el Planeta Nueve no existe. [92] El científico planetario Hal Levison cree que la probabilidad de que un objeto expulsado termine en la nube de Oort interior es de aproximadamente el 2%, y especula que muchos objetos deben haber sido arrojados más allá de la nube de Oort si uno ha entrado en una órbita estable. [93]
En 2020 surgió un mayor escepticismo sobre la hipótesis del Planeta Nueve, basándose en los resultados del Outer Solar System Origins Survey y el Dark Energy Survey , con el OSSOS documentando más de 800 objetos transneptunianos y el DES descubriendo 316 nuevos. [94] Ambos estudios se ajustaron al sesgo observacional y concluyeron que de los objetos observados no había evidencia de agrupamiento. [95] Los autores van más allá para explicar que prácticamente todas las órbitas de los objetos pueden explicarse por fenómenos físicos en lugar de un noveno planeta como propusieron Brown y Batygin. [96] Una autora de uno de los estudios, Samantha Lawler, dijo que la hipótesis del Planeta Nueve propuesta por Brown y Batygin "no se sostiene ante observaciones detalladas" señalando el tamaño de muestra mucho mayor de 800 objetos en comparación con los 14 mucho más pequeños y que los estudios concluyentes basados en dichos objetos eran "prematuros". Ella fue más allá y explicó que el fenómeno de estas órbitas extremas podría deberse a la ocultación gravitacional de Neptuno cuando migró hacia afuera anteriormente en la historia del Sistema Solar. [97]
Los resultados del Outer Solar System Survey (OSSOS) sugieren que el agrupamiento observado es el resultado de una combinación de sesgo observacional y estadísticas de números pequeños. OSSOS, un estudio bien caracterizado del Sistema Solar exterior con sesgos conocidos, observó ocho objetos con semieje mayor a > 150 UA con órbitas orientadas en un amplio rango de direcciones. Después de tener en cuenta los sesgos observacionales del estudio, no se vio evidencia de los argumentos de agrupamiento del perihelio ( ω ) identificados por Trujillo y Sheppard, [J] y la orientación de las órbitas de los objetos con el semieje mayor más grande fue estadísticamente consistente con ser aleatoria. [98] [99] Pedro Bernardinelli y sus colegas también encontraron que los elementos orbitales de los ETNO encontrados por el Dark Energy Survey no mostraron evidencia de agrupamiento. Sin embargo, también notaron que la cobertura del cielo y el número de objetos encontrados fueron insuficientes para demostrar que no había un Planeta Nueve. [100] [101] Se encontró un resultado similar cuando se combinaron estas dos encuestas con una encuesta de Trujillo y Sheppard. [102] Estos resultados diferían de un análisis de sesgos de descubrimiento en los ETNO observados previamente por Mike Brown. Encontró que después de tener en cuenta los sesgos de observación, la agrupación de longitudes de perihelio de 10 ETNO conocidos se observaría solo el 1,2% del tiempo si su distribución real fuera uniforme. Cuando se combinó con las probabilidades de la agrupación observada de los argumentos del perihelio, la probabilidad fue del 0,025%. [103] Un análisis posterior de los sesgos de descubrimiento de catorce ETNO utilizado por Brown y Batygin determinó que la probabilidad de la agrupación observada de las longitudes de perihelio y las ubicaciones de los polos orbitales era del 0,2%. [104]
Las simulaciones de 15 objetos conocidos que evolucionaron bajo la influencia del Planeta Nueve también revelaron diferencias con las observaciones. Cory Shankman y sus colegas incluyeron al Planeta Nueve en una simulación de muchos clones (objetos con órbitas similares) de 15 objetos con un semieje mayor a > 150 UA y un perihelio ω > 30 UA. [K] Si bien observaron una alineación de las órbitas opuesta a la del Planeta Nueve para los objetos con un semieje mayor mayor de 250 UA, no se vio una agrupación de los argumentos del perihelio. Sus simulaciones también mostraron que el perihelio de los ETNO subía y bajaba suavemente, dejando a muchos con distancias de perihelio entre 50 y 70 UA donde no se había observado ninguno, y predijeron que habría muchos otros objetos no observados. [105] Entre ellos se encontraba una gran reserva de objetos de alta inclinación que se habrían pasado por alto debido a que la mayoría de las observaciones se realizaron en inclinaciones pequeñas, [70] y una gran población de objetos con perihelios tan distantes que serían demasiado débiles para observarlos. Muchos de los objetos también fueron expulsados del Sistema Solar después de encontrarse con los otros planetas gigantes. Las grandes poblaciones no observadas y la pérdida de muchos objetos llevaron a Shankman et al . a estimar que la masa de la población original era de decenas de masas terrestres, lo que requiere que se haya expulsado una masa mucho mayor durante el Sistema Solar primitivo. [L] Shankman et al . concluyeron que la existencia del Planeta Nueve es poco probable y que la alineación observada actualmente de los ETNO existentes es un fenómeno temporal que desaparecerá a medida que se detecten más objetos. [90] [105]
Ann-Marie Madigan y Michael McCourt postulan que una inestabilidad de inclinación en un cinturón masivo distante hipotéticamente denominado cinturón Zderic-Madigan o ZM es responsable de la alineación de los argumentos del perihelio de los ETNO. [106] Una inestabilidad de inclinación podría ocurrir en un disco de partículas con órbitas de alta excentricidad ( e > 0,6) alrededor de un cuerpo central, como el Sol. La autogravedad de este disco causaría su organización espontánea, aumentando las inclinaciones de los objetos y alineando los argumentos del perihelio, formándolo en un cono por encima o por debajo del plano original. [107] Este proceso requeriría un tiempo prolongado y una masa significativa del disco, del orden de mil millones de años para un disco de 1-10 masas terrestres. [106] Ann-Marie Madigan sostiene que algunos objetos transneptunianos ya descubiertos como Sedna y 2012 VP113 pueden ser miembros de este disco. [108] Si este es el caso, probablemente habría miles de objetos similares en la región. [108] Mike Brown considera que el Planeta Nueve es una explicación más probable, señalando que los estudios actuales no han revelado un disco disperso lo suficientemente grande como para producir una "inestabilidad de inclinación". [109] [110] En las simulaciones del modelo de Nice del Sistema Solar que incluían la autogravedad del disco planetesimal no se produjo una inestabilidad de inclinación. En cambio, la simulación produjo una rápida precesión de las órbitas de los objetos y la mayoría de los objetos fueron expulsados en una escala de tiempo demasiado corta para que se produjera una inestabilidad de inclinación. [111]
En 2020, Madigan y sus colegas demostraron que la inestabilidad de la inclinación requeriría 20 masas terrestres en un disco de objetos con semiejes mayores de unos pocos cientos de UA. [112] Una inestabilidad de la inclinación en este disco también podría reproducir la brecha observada en las distancias de perihelio de los TNO extremos, [113] y la alineación absidal observada después de la inestabilidad de la inclinación dado el tiempo suficiente. [114] [115] A partir de 2022 [actualizar], las simulaciones muestran que el proyecto Vera C. Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST) debería poder proporcionar evidencia sólida a favor o en contra del cinturón ZM cuando comience su serie de recopilación de datos en 2024. [108]
Antranik Sefilian y Jihad Touma proponen que un disco masivo de TNO moderadamente excéntricos es responsable de la agrupación de las longitudes de perihelio de los ETNO. Este disco contendría 10 masas terrestres de TNO con órbitas alineadas y excentricidades que aumentarían con sus semiejes mayores, que van desde cero a 0,165. Los efectos gravitacionales del disco compensarían la precesión hacia adelante impulsada por los planetas gigantes, de modo que se mantuvieran las orientaciones orbitales de sus objetos individuales. Las órbitas de los objetos con altas excentricidades, como los ETNO observados, serían estables y tendrían orientaciones aproximadamente fijas, o longitudes de perihelio, si sus órbitas estuvieran antialineadas con este disco. [116] Aunque Brown piensa que el disco propuesto podría explicar la agrupación observada de los ETNO, le parece improbable que el disco pudiera sobrevivir a lo largo de la edad del Sistema Solar. [117] Batygin cree que no hay suficiente masa en el cinturón de Kuiper para explicar la formación del disco, y pregunta "¿por qué el disco protoplanetario terminaría cerca de 30 UA y se reiniciaría más allá de 100 UA?" [118]
La hipótesis del Planeta Nueve incluye un conjunto de predicciones sobre la masa y la órbita del planeta. Una hipótesis alternativa predice un planeta con diferentes parámetros orbitales. Renu Malhotra, Kathryn Volk y Xianyu Wang han propuesto que los cuatro objetos separados con los períodos orbitales más largos, aquellos con perihelios más allá de40 UA y semiejes mayores mayores que250 UA , están en resonancias de movimiento medio n :1 o n :2 con un planeta hipotético. Otros dos objetos con semiejes mayores mayores que150 UA también están potencialmente en resonancia con este planeta. Su planeta propuesto podría estar en una órbita de baja excentricidad e inclinación, con excentricidad e < 0,18 e inclinación i ≈ 11°. La excentricidad está limitada en este caso por el requisito de que se eviten los acercamientos cercanos de 2010 GB 174 al planeta. Si los ETNO están en órbitas periódicas del tercer tipo, [M] con su estabilidad mejorada por la libración de sus argumentos de perihelio, el planeta podría estar en una órbita de mayor inclinación, con i ≈ 48°. A diferencia de Batygin y Brown, Malhotra, Volk y Wang no especifican que la mayoría de los objetos distantes separados tendrían órbitas antialineadas con el planeta masivo. [119] [121]
Trujillo y Sheppard argumentaron en 2014 que un planeta masivo en una órbita circular con una distancia promedio entre200 UA y300 UA fue responsable de la agrupación de los argumentos del perihelio de doce TNO con grandes semiejes mayores. Trujillo y Sheppard identificaron una agrupación cerca de cero grados de los argumentos del perihelio de las órbitas de doce TNO con perihelios mayores que30 UA y semiejes mayores mayores que150 UA . [4] [5] Después de que las simulaciones numéricas demostraran que los argumentos del perihelio deberían circular a velocidades variables, dejándolos aleatorios después de miles de millones de años, sugirieron que un planeta masivo en una órbita circular a unos pocos cientos de unidades astronómicas era responsable de esta agrupación. [5] [122] Este planeta masivo haría que los argumentos del perihelio de los TNO se libraran alrededor de 0° o 180° a través del mecanismo de Kozai , de modo que sus órbitas cruzaran el plano de la órbita del planeta cerca del perihelio y el afelio, los puntos más cercanos y más lejanos del planeta. [5] [26] En simulaciones numéricas que incluían un cuerpo de 2 a 15 masas terrestres en una órbita circular de baja inclinación entre200 UA y300 UA los argumentos de perihelio de Sedna y 2012 VP 113 libraron alrededor de 0° durante miles de millones de años (aunque los objetos de perihelio inferior no lo hicieron) y experimentaron períodos de libración con un objeto de masa de Neptuno en una órbita de alta inclinación a 1.500 UA. [5] Se requeriría otro proceso, como una estrella que pasa, para explicar la ausencia de objetos con argumentos de perihelio cerca de 180°. [4] [N]
Estas simulaciones mostraron la idea básica de cómo un único planeta grande puede conducir a los TNO más pequeños a órbitas similares. Eran simulaciones básicas de prueba de concepto que no obtuvieron una órbita única para el planeta, ya que afirman que existen muchas configuraciones orbitales posibles que podría tener el planeta. [122] Por lo tanto, no formularon completamente un modelo que incorporara con éxito toda la agrupación de los ETNO con una órbita para el planeta. [4] Pero fueron los primeros en notar que había una agrupación en las órbitas de los TNO y que la razón más probable era un planeta lejano masivo desconocido. Su trabajo es muy similar a cómo Alexis Bouvard notó que el movimiento de Urano era peculiar y sugirió que probablemente se debía a fuerzas gravitacionales de un octavo planeta desconocido, lo que llevó al descubrimiento de Neptuno. [125]
Raúl y Carlos de la Fuente Marcos propusieron un modelo similar pero con dos planetas distantes en resonancia. [26] [126] Un análisis de Carlos y Raúl de la Fuente Marcos con Sverre J. Aarseth confirmó que la alineación observada de los argumentos del perihelio no podía deberse a un sesgo observacional. Especularon que, en cambio, era causada por un objeto con una masa entre la de Marte y Saturno que orbitaba en algún momento.200 UA del Sol. Al igual que Trujillo y Sheppard, teorizaron que los TNO se mantienen agrupados por un mecanismo de Kozai y compararon su comportamiento con el del cometa 96P/Machholz bajo la influencia de Júpiter . [127] También lucharon por explicar la alineación orbital utilizando un modelo con un solo planeta desconocido y, por lo tanto, sugirieron que este planeta está en resonancia con un mundo más masivo aproximadamente.250 UA del Sol. [122] [128] En su artículo, Brown y Batygin señalaron que la alineación de los argumentos del perihelio cerca de 0° o 180° a través del mecanismo de Kozai requiere una relación de los semiejes mayores casi igual a uno, lo que indica que se requerirían múltiples planetas con órbitas ajustadas al conjunto de datos, lo que hace que esta explicación sea demasiado difícil de manejar. [4]
En 2019, Jakub Scholtz y James Unwin propusieron que un agujero negro primordial era responsable de la agrupación de las órbitas de los ETNO. Su análisis de los datos de lente gravitacional OGLE reveló una población de objetos de masa planetaria en la dirección del bulbo galáctico más numerosa que la población local de estrellas. Proponen que, en lugar de ser planetas que flotan libremente, estos objetos son agujeros negros primordiales. Dado que su estimación del tamaño de esta población es mayor que la población estimada de planetas que flotan libremente a partir de modelos de formación planetaria, argumentan que la captura de un hipotético agujero negro primordial sería más probable que la captura de un planeta que flota libremente. Esto también podría explicar por qué un objeto responsable de perturbar las órbitas de los ETNO, si existe, aún no se ha visto. [129] [130] En el artículo se propuso un método de detección, afirmando que el agujero negro es demasiado frío para ser detectado sobre el CMB , pero la interacción con la materia oscura circundante produciría rayos gamma detectables por el FERMILAT . Konstantin Batygin comentó sobre esto, diciendo que si bien es posible que el Planeta Nueve sea un agujero negro primordial, actualmente no hay suficiente evidencia para hacer que esta idea sea más plausible que cualquier otra alternativa. [131] Edward Witten propuso una flota de sondas aceleradas por presión de radiación que podrían descubrir la ubicación de un agujero negro primordial del Planeta Nueve, sin embargo Thiem Hoang y Avi Loeb demostraron que cualquier señal estaría dominada por el ruido del medio interestelar . [132] [133] Amir Siraj y Avi Loeb propusieron un método para el Observatorio Vera C. Rubin para detectar llamaradas de cualquier agujero negro de baja masa en el Sistema Solar exterior, incluido un posible agujero negro primordial del Planeta Nueve. [134] [135]
En 2023, se demostró que una teoría de la gravedad conocida como dinámica newtoniana modificada (MOND), que puede explicar la rotación galáctica sin invocar la materia oscura , puede proporcionar una explicación alternativa utilizando aproximaciones seculares. Predice que los ejes principales de las órbitas del KBO estarán alineados con la dirección hacia el centro galáctico y que las órbitas se agruparán en el espacio de fases, de acuerdo con las observaciones. [136]
Debido a su extrema distancia del Sol, el Planeta Nueve reflejaría poca luz solar, evadiendo potencialmente los avistamientos de telescopios. [36] Se espera que tenga una magnitud aparente más débil que 22, lo que lo hace al menos 600 veces más débil que Plutón . [9] [O] Si el Planeta Nueve existe y está cerca del perihelio, los astrónomos podrían identificarlo basándose en imágenes existentes. En el afelio, se requerirían los telescopios más grandes, pero si el planeta se encuentra actualmente en el medio, muchos observatorios podrían detectar el Planeta Nueve. [140] Estadísticamente, es más probable que el planeta esté cerca de su afelio a una distancia mayor a 600 UA. [141] Esto se debe a que los objetos se mueven más lentamente cuando están cerca de su afelio, de acuerdo con la segunda ley de Kepler . Un estudio de 2019 estimó que el Planeta Nueve, si existe, puede ser más pequeño y estar más cerca de lo que se pensaba originalmente. Esto haría que el hipotético planeta sea más brillante y más fácil de detectar, con una magnitud aparente de 21-22. [2] [142] La observación y el análisis de la dinámica orbital de los objetos del Cinturón de Kuiper limitan los posibles parámetros orbitales de un Planeta Nueve, [3] y al ritmo actual de nuevas observaciones, el profesor de la Universidad de Michigan Fred Adams cree que se habrán reunido suficientes datos para localizar con precisión el Planeta Nueve o descartar su existencia para 2035. [143] [144]
La búsqueda de bases de datos de objetos estelares por parte de Batygin y Brown ya ha excluido gran parte del cielo a lo largo de la órbita prevista del Planeta Nueve. Las regiones restantes incluyen la dirección de su afelio, donde sería demasiado débil para ser detectado por estos estudios, y cerca del plano de la Vía Láctea , donde sería difícil distinguirlo de las numerosas estrellas. [33] Esta búsqueda incluyó los datos de archivo del Catalina Sky Survey hasta la magnitud 21-22, Pan-STARRS hasta la magnitud 21,5 y los datos infrarrojos del satélite Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). [28] [9] [33] En 2021, también buscaron los primeros tres años de datos de Zwicky Transient Facility (ZTF) sin identificar al Planeta Nueve. [1] La búsqueda de los datos de ZTF por sí sola ha descartado el 56% del espacio de parámetros para las posibles posiciones del Planeta Nueve. Como resultado de descartar principalmente objetos con pequeños semiejes mayores, la órbita esperada del Planeta Nueve se alejó un poco más. [1]
Otros investigadores han estado realizando búsquedas de datos existentes. David Gerdes, quien ayudó a desarrollar la cámara utilizada en el Dark Energy Survey , afirma que el software diseñado para identificar objetos distantes del Sistema Solar como 2014 UZ 224 podría encontrar el Planeta Nueve si se fotografiara como parte de ese estudio, que cubrió una cuarta parte del cielo del sur. [145] [146] Michael Medford y Danny Goldstein, estudiantes de posgrado de la Universidad de California, Berkeley , también están examinando datos archivados utilizando una técnica que combina imágenes tomadas en diferentes momentos. Usando una supercomputadora, compensarán las imágenes para tener en cuenta el movimiento calculado del Planeta Nueve, lo que permitirá combinar muchas imágenes débiles de un objeto débil en movimiento para producir una imagen más brillante. [84] También se ha realizado una búsqueda que combina múltiples imágenes recopiladas por los datos de WISE y NEOWISE sin detectar el Planeta Nueve. Esta búsqueda cubrió regiones del cielo alejadas del plano galáctico en la longitud de onda "W1" (la longitud de onda de 3,4 μm utilizada por WISE) y se estima que puede detectar un objeto con una masa de 10 Tierras hasta 800–900 UA. [11] [147]
Malena Rice y Gregory Laughlin aplicaron un algoritmo de búsqueda de apilamiento por desplazamiento dirigido para analizar datos de los sectores 18 y 19 de TESS en busca del Planeta Nueve y otros objetos candidatos del Sistema Solar exterior. [148] Su búsqueda no generó evidencia seria de la presencia de un planeta distante, pero produjo 17 nuevos candidatos a cuerpos del Sistema Solar exterior ubicados a distancias geocéntricas en el rango de 80 a 200 UA, que necesitan observaciones de seguimiento con recursos de telescopios terrestres para su confirmación. Los primeros resultados de un estudio con WHT destinado a recuperar estos candidatos distantes a TNO no lograron confirmar dos de ellos. [149] [150]
Para 2022, una comparación entre los datos de IRAS y AKARI no arrojó ninguna detección del Planeta Nueve. Se observó que los datos de infrarrojo lejano en la mayor parte del cielo están muy contaminados por la emisión de las nebulosas galácticas, lo que hace que la detección de la emisión térmica del Planeta Nueve sea problemática cerca del plano o bulbo galáctico. [151]
Debido a que se predice que el planeta será visible en el hemisferio norte , se espera que la búsqueda principal se lleve a cabo utilizando el Telescopio Subaru, que tiene una apertura lo suficientemente grande para ver objetos débiles y un amplio campo de visión para acortar la búsqueda. [22] Dos equipos de astrónomos, Batygin y Brown, así como Trujillo y Sheppard, están llevando a cabo esta búsqueda juntos, y ambos equipos esperan que la búsqueda tome hasta cinco años. [12] [152] Brown y Batygin inicialmente redujeron la búsqueda del Planeta Nueve a aproximadamente 2000 grados cuadrados de cielo cerca de Orión , una franja de espacio que Batygin cree que podría cubrirse en aproximadamente 20 noches con el Telescopio Subaru. [153] Los refinamientos posteriores de Batygin y Brown han reducido el espacio de búsqueda a 600-800 grados cuadrados de cielo. [154] En diciembre de 2018, pasaron cuatro medias noches y tres noches completas observando con el Telescopio Subaru. [155] Debido a la elusividad del hipotético planeta, se ha propuesto que se utilicen diferentes métodos de detección cuando se busque un planeta con una masa superior a la de una supertierra, que van desde el uso de diferentes telescopios hasta el uso de múltiples naves espaciales. A fines de abril y principios de mayo de 2020, Scott Lawrence y Zeeve Rogoszinski propusieron este último método para encontrarlo, ya que el uso de múltiples naves espaciales tendría ventajas que los telescopios terrestres no tienen. [156]
Aunque un planeta distante como el Planeta Nueve reflejaría poca luz, debido a su gran masa aún estaría irradiando el calor de su formación a medida que se enfría. A su temperatura estimada de 47 K (−226,2 °C; −375,1 °F), el pico de sus emisiones estaría en longitudes de onda infrarrojas . [157] Esta firma de radiación podría ser detectada por telescopios submilimétricos basados en la Tierra , como ALMA , [158] y se podría realizar una búsqueda mediante experimentos de fondo cósmico de microondas que operen en longitudes de onda mm . [159] [160] [161] [P] Una búsqueda de parte del cielo utilizando datos archivados del Telescopio Cosmológico de Atacama no ha detectado al Planeta Nueve. [163] Jim Green de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA es optimista de que podría ser observado por el Telescopio Espacial James Webb , el sucesor del Telescopio Espacial Hubble . [89]
El proyecto Zooniverse "Catalina Outer Solar System Survey", que funcionó desde agosto de 2020 hasta abril de 2023, utilizó datos archivados del Catalina Sky Survey para buscar TNO. [166] [167] [168] [169]
Observaciones precisas de la órbita de Saturno realizadas con datos de Cassini sugieren que el Planeta Nueve no podría estar en ciertas secciones de su órbita propuesta porque su gravedad causaría un efecto notable en la posición de Saturno. Estos datos no prueban ni refutan la existencia del Planeta Nueve. [170]
Un análisis inicial de Fienga, Laskar, Manche y Gastineau usando datos de Cassini para buscar residuos orbitales de Saturno, pequeñas diferencias con su órbita predicha debido al Sol y los planetas conocidos, fue inconsistente con la ubicación del Planeta Nueve con una anomalía verdadera , la ubicación a lo largo de su órbita relativa al perihelio, de −130° a −110° o de −65° a 85°. El análisis, usando los parámetros orbitales de Batygin y Brown para el Planeta Nueve, sugiere que la falta de perturbaciones en la órbita de Saturno se explica mejor si el Planeta Nueve está ubicado en una anomalía verdadera de117,8°+11°
-10°En esta ubicación, el Planeta Nueve estaría aproximadamenteA 630 UA del Sol, [170] con ascensión recta cercana a 2 h y declinación cercana a −20°, en Cetus . [171] Por el contrario, si el supuesto planeta está cerca del afelio, se ubicaría cerca de la ascensión recta entre 3,0 h y 5,5 h y la declinación entre −1° y 6°. [172]
Un análisis posterior de los datos de Cassini realizado por los astrofísicos Matthew Holman y Matthew Payne restringió las posibles ubicaciones del Planeta Nueve. Holman y Payne desarrollaron un modelo más eficiente que les permitió explorar una gama más amplia de parámetros que el análisis anterior. Los parámetros identificados utilizando esta técnica para analizar los datos de Cassini se cruzaron con las restricciones dinámicas de Batygin y Brown sobre la órbita del Planeta Nueve. Holman y Payne concluyeron que lo más probable es que el Planeta Nueve esté ubicado dentro de los 20° de RA = 40°, Dec = −15°, en un área del cielo cerca de la constelación de Cetus. [146] [173]
William Folkner, un científico planetario del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), ha declarado que la sonda Cassini no estaba experimentando desviaciones inexplicables en su órbita alrededor de Saturno. Un planeta no descubierto afectaría a la órbita de Saturno, no a la de Cassini . Esto podría producir una señal en las mediciones de Cassini , pero el JPL no ha visto señales inexplicables en los datos de Cassini . [174]
Un análisis de la órbita de Plutón realizado en 2016 por Holman y Payne encontró perturbaciones mucho mayores que las predichas por la órbita propuesta por Batygin y Brown para el Planeta Nueve. Holman y Payne sugirieron tres posibles explicaciones: errores sistemáticos en las mediciones de la órbita de Plutón; una masa no modelada en el Sistema Solar, como un planeta pequeño en el rango de 60 a 100 veces la masa de Plutón.100 UA (lo que potencialmente explicaría el acantilado de Kuiper ); o un planeta más masivo o más cercano al Sol en lugar del planeta predicho por Batygin y Brown. [90] [175]
Un análisis de las órbitas de los cometas con órbitas casi parabólicas identifica cinco nuevos cometas con órbitas hiperbólicas que se aproximan a la órbita nominal del Planeta Nueve descrita en el artículo inicial de Batygin y Brown. Si estas órbitas son hiperbólicas debido a encuentros cercanos con el Planeta Nueve, el análisis estima que el Planeta Nueve se encuentra actualmente cerca del afelio con una ascensión recta de 83–90° y una declinación de 8–10°. [176] Scott Sheppard, que es escéptico con respecto a este análisis, señala que muchas fuerzas diferentes influyen en las órbitas de los cometas. [90]
Malena Rice y Gregory Laughlin han propuesto que se construya una red de telescopios para detectar ocultaciones por troyanos de Júpiter . La cronología de estas ocultaciones proporcionaría una astrometría precisa de estos objetos, lo que permitiría monitorear sus órbitas para detectar variaciones debidas a la marea del Planeta Nueve. [177]
En mayo de 2022, se sugirió que el peculiar meteorito CNEOS 2014-01-08 podría haber entrado en una órbita que cruzaría la Tierra después de pasar cerca del Planeta Nueve. Si esa hipótesis es cierta, el rastreo de la trayectoria de CNEOS 2014-01-08 significa que el Planeta Nueve podría estar ubicado actualmente en la constelación de Aries , con una ascensión recta de 50 ± 4,1° y una declinación de 11,8 ± 1,8°. [178]
Un análisis de Sarah Millholland y Gregory Laughlin identificó un patrón de conmensurabilidades (cocientes entre períodos orbitales de pares de objetos que coinciden con que ambos están en resonancia con otro objeto) de los ETNO. Identificaron cinco objetos que estarían cerca de las resonancias con el Planeta Nueve si tuviera un semieje mayor de 654 UA: Sedna (3:2), 474640 Alicanto (3:1), 2012 VP 113 (4:1), 2000 CR 105 (5:1) y 2001 FP 185 (5:1). Identifican a este planeta como Planeta Nueve pero proponen una órbita diferente con una excentricidad e ≈ 0,5, inclinación i ≈ 30°, argumento de perihelio ω ≈ 150° y longitud del nodo ascendente Ω ≈ 50° (este último difiere del valor de Brown y Batygin de 90°). [17] [Q]
Carlos y Raúl de la Fuente Marcos también observan conmensurabilidades entre los ETNO conocidos similares a las del cinturón de Kuiper, donde ocurren conmensurabilidades accidentales debido a objetos en resonancia con Neptuno. Encuentran que algunos de estos objetos estarían en resonancias 5:3 y 3:1 con un planeta que tuviera un semieje mayor de ≈700 UA. [180]
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También se ha propuesto que tres objetos con semiejes mayores más pequeños cerca de 172 UA ( 2013 UH 15 , 2016 QV89 y (594337) 2016 QU 89 ) están en resonancia con el Planeta Nueve. Estos objetos estarían en resonancia y antialineados con el Planeta Nueve si tuviera un semieje mayor de 315 UA, por debajo del rango propuesto por Batygin y Brown. Alternativamente, podrían estar en resonancia con el Planeta Nueve, pero tener orientaciones orbitales que circulan en lugar de estar confinadas por el Planeta Nueve si tuviera un semieje mayor de 505 UA. [182]
Un análisis posterior realizado por Elizabeth Bailey, Michael Brown y Konstantin Batygin descubrió que si el Planeta Nueve se encuentra en una órbita excéntrica e inclinada, la captura de muchos de los ETNO en resonancias de orden superior y su transferencia caótica entre resonancias impiden la identificación del semieje mayor del Planeta Nueve utilizando las observaciones actuales. También determinaron que las probabilidades de que los primeros seis objetos observados estén en relaciones de período N/1 o N/2 con el Planeta Nueve son menores del 5% si tiene una órbita excéntrica. [183]
A finales de 2020 se determinó que HD 106906 b , un candidato a exoplaneta, tenía una órbita excéntrica que lo llevaba fuera del disco de escombros de sus estrellas anfitrionas binarias. Su órbita parece ser similar a las predicciones realizadas para el semieje mayor del Planeta Nueve y puede servir como un indicador del Planeta Nueve que ayude a explicar cómo evolucionan dichas órbitas planetarias, [181] aunque este exoplaneta es diez veces más masivo que Júpiter.
El Planeta Nueve no tiene un nombre oficial y no recibirá uno a menos que su existencia se confirme mediante imágenes. Solo se han descubierto dos planetas, Urano y Neptuno, en el Sistema Solar durante la historia registrada. [184] Sin embargo, se han descubierto y nombrado muchos planetas menores , incluidos planetas enanos como Plutón, asteroides y cometas. En consecuencia, existe un proceso bien establecido para nombrar objetos del Sistema Solar recién descubiertos. Si se observa el Planeta Nueve, la Unión Astronómica Internacional certificará un nombre, y generalmente se dará prioridad a un nombre propuesto por sus descubridores. [185] Es probable que sea un nombre elegido de la mitología romana o griega . [186]
En su artículo original, Batygin y Brown simplemente se refirieron al objeto como "perturbador", [4] y solo en comunicados de prensa posteriores usaron "Planeta Nueve". [187] También han usado los nombres " Jehoshaphat " y "George" (una referencia al nombre propuesto por William Herschel para Urano ) para el Planeta Nueve. Brown ha declarado: "En realidad lo llamamos Phattie [R] cuando solo estamos hablando entre nosotros". [6] En 2018, Batygin también sugirió informalmente, basándose en una petición en Change.org , nombrar el planeta en honor al cantante David Bowie , y nombrar cualquier luna potencial del planeta en honor a personajes del catálogo de canciones de Bowie, como Ziggy Stardust o Starman . [188]
Se han hecho bromas que conectan "Planet Nine" con la película de terror de ciencia ficción de 1959 de Ed Wood , Plan 9 from Outer Space . [167] En relación con la hipótesis de Planet Nine, el título de la película recientemente encontró su camino en el discurso académico. En 2016, se publicó un artículo titulado Planet Nine from Outer Space sobre el hipotético planeta en la región exterior del Sistema Solar en Scientific American . [189] Varias charlas de conferencias desde entonces han utilizado el mismo juego de palabras , [190] [191] al igual que una conferencia de Mike Brown dada en 2019. [192]
Perséfone , la esposa del dios Plutón, había sido un nombre popular comúnmente usado en la ciencia ficción para un planeta más allá de Neptuno (ver Planetas ficticios del sistema solar ). Sin embargo, es poco probable que el Planeta Nueve o cualquier otro planeta conjeturado más allá de Neptuno reciba el nombre de Perséfone una vez que se confirme su existencia, ya que ya es el nombre del asteroide 399 Perséfone . [193] En 2017, el físico Lorenzo Iorio sugirió nombrar al planeta hipotético como ″Telisto″, de la antigua palabra griega τήλιστος para "más lejano" o "más remoto". [194]
En 2018, el científico planetario Alan Stern se opuso al nombre Planeta Nueve , diciendo: "Es un esfuerzo por borrar el legado de Clyde Tombaugh y es francamente insultante", sugiriendo el nombre Planeta X hasta su descubrimiento. [195] Firmó una declaración con otros 34 científicos diciendo: "Creemos además que el uso de este término [Planeta Nueve] debería suspenderse a favor de términos cultural y taxonómicamente neutrales para tales planetas, como Planeta X, Planeta Siguiente o Planeta Gigante Cinco". [196] Según Brown, " ' Planeta X ' no es una referencia genérica a algún planeta desconocido, sino una predicción específica de Lowell que condujo al descubrimiento (accidental) de Plutón. Nuestra predicción no está relacionada con esta predicción". [195]
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Fue esa búsqueda de más objetos como Sedna ... lo que nos llevó a darnos cuenta ... de que algo los está arrastrando en una dirección. Y eso es lo que finalmente nos llevó al agujero de que debe haber un gran planeta ahí afuera'. —Mike Brown
Se necesita más investigación para determinar si Sedna y los otros objetos del disco disperso fueron enviados en sus tortuosos viajes alrededor del Sol por una estrella que pasó hace mucho tiempo o por un planeta invisible que existe en el sistema solar en este momento. Encontrar y observar las órbitas de otros objetos distantes similares a Sedna agregará más puntos de datos a los modelos informáticos de los astrónomos.
Es como ver una perturbación en la superficie del agua pero no saber qué la causó. Tal vez fue un pez que salta, una ballena o una foca. Aunque en realidad no lo vieras, podrías hacer una suposición informada sobre el tamaño del objeto y su ubicación por la naturaleza de las ondulaciones en el agua.
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Trazamos los datos reales sobre el modelo", recuerda Batyagin, y cayeron "exactamente donde se suponía que debían estar". Esa fue, dijo, la epifanía. "Fue un momento dramático. Lo que pensé que podría refutarlo resultó ser la evidencia más sólida del Planeta Nueve
" .
Los investigadores dicen que hay una probabilidad de 1 en 15.000 de que los movimientos de estos objetos sean coincidentes y no indiquen una presencia planetaria en absoluto. ... "Cuando generalmente consideramos algo como cerrado y hermético, generalmente tiene probabilidades de fallar mucho menores que las que tienen ellos", dice Sara Seager, científica planetaria del MIT. Para que un estudio sea un éxito rotundo, las probabilidades de falla son generalmente de 1 en 1.744.278. ... Pero los investigadores suelen publicar antes de conseguir las mayores probabilidades de éxito, para evitar que un equipo competidor les gane, dice Seager. La mayoría de los expertos externos coinciden en que los modelos de los investigadores son sólidos. Y Neptuno se detectó originalmente de una manera similar: investigando anomalías observadas en el movimiento de Urano. Además, la idea de un planeta grande a tal distancia del Sol en realidad no es tan improbable, según Bruce Macintosh, un científico planetario de la Universidad de Stanford.
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Es un trabajo emocionante y muy convincente", dice Meg Schwamb, científica planetaria de la Academia Sinica en Taipei, Taiwán. Pero solo seis cuerpos lideran el camino hacia el supuesto planeta. "Si eso es suficiente es todavía una pregunta
" .
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En este momento, cualquier buen científico se mostrará escéptico, porque es una afirmación bastante importante. Y sin la evidencia final de que es real, siempre existe la posibilidad de que no lo sea. Por lo tanto, todos deberían ser escépticos. Pero creo que es hora de iniciar esta búsqueda. Quiero decir, nos gusta pensar en ello como si hubiéramos proporcionado el mapa del tesoro de dónde está este noveno planeta, y hemos dado el pistoletazo de salida, y ahora es una carrera para apuntar realmente el telescopio al lugar correcto en el cielo y hacer ese descubrimiento del planeta nueve. ' —Mike Brown
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Necesitamos más masa en el sistema solar exterior", dijo (Madigan). "Así que puede provenir de tener más planetas menores, y su propia gravedad hará esto por sí mismos de forma natural, o podría ser en forma de un solo planeta masivo: un Planeta Nueve. Así que es un momento realmente emocionante, y vamos a descubrir uno u otro.
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Nos gusta ser consistentes', dijo
Rosaly Lopes
, científica investigadora senior del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y miembro del Grupo de Trabajo de Nomenclatura de Sistemas Planetarios de la IAU. ... Para un planeta en nuestro sistema solar, ser consistente significa apegarse al tema de darles nombres de la mitología griega y romana.
Medios relacionados con Planet Nine en Wikimedia Commons
