Planetas trans-netunianos hipotéticos orbitando o Sol

O planeta HD 106906 b foi encontrado a 650 UA da sua estrela em casa, uma estrela não tão diferente do Sol. Fomalhaut b também é um planeta jovem que está orbitando muito longe de sua estrela.

Esses dois planetas foram descobertos principalmente porque são jovens o suficiente para ainda serem quentes o suficiente para serem vistos no infravermelho. Penso que os planetas antigos em órbitas muito altas teriam temperaturas abaixo de 10K e, portanto, seriam pretos e invisíveis.

Algumas pessoas concordam com a hipótese de que, em nosso Sistema Solar, em algum lugar além de Netuno, alguns planetas não-anões podem estar orbitando o Sol. A existência de HD 106906 be Fomalhaut b sugere que isso é possível. Quais são as chances de encontrarmos pelo menos um desses planetas em nosso Sistema Solar? Se eles existem, como podemos encontrá-los?

A recente descoberta possível do Planeta Nove por Batygin & Brown (2016) causou um alvoroço na comunidade astronômica, no Astronomy Stack Exchange e no resto do mundo. Isso ocorre, é claro, em parte porque qualquer menção a essa descoberta causará alvoroço, mas também em parte devido à probabilidade alegada de que os movimentos dos objetos trans-netunianos (TNOs) sejam puramente por acaso: 0,007% ou 1 em 14.000, o que corresponde a uma probabilidade de ~ 3,8 .$\sigma$

Dito isto, a probabilidade real de que este planeta exista é um pouco menor - 90%, de acordo com Brown , e 68,3%, de acordo com Greg Laughlin , astronomia da UC-Santa Cruz que sabia dos resultados antes da publicação do artigo. A diferença entre essas probabilidades e as probabilidades mencionadas no artigo se deve ao fato de que talvez haja outros fatores contribuintes que poderiam ter causado os movimentos dos TNOs - e também que esses números informais são mais parecidos com estimativas do que estimativas.

As respostas para Por que o "9º Planeta" ainda não foi detectado? já deram uma variedade de métodos que não funcionarão no caso do Planeta Nove e por que eles não funcionaram. Além da possibilidade óbvia de que o Planeta Nove simplesmente não existe, aqui estão alguns deles:

• Pode ser confundido com uma estrela de fundo, misturando-se com a Via Láctea. ^[1]
• É muito longe, e dim - talvez um 22 ^nd objeto magnitude. ^{[1] , [2]}
• A maioria dos métodos de detecção de exoplanetas não funciona, incluindo ^[3]
  • Velocidade radial.
  • Transito.
  • Microlente gravitacional
  • Imagem direta.
• Pesquisas anteriores não parecem suficientemente detalhadas, mas em outras áreas do céu, ou cobrem comprimentos de onda nos quais este planeta não aparece. ^[4] Esse é outro problema com o uso do WISE, detalhado na resposta da MBR aqui . Outros problemas são que o planeta provavelmente não é massivo o suficiente para o WISE vê-lo e está extremamente distante. Também pode estar frio e ter um baixo albedo, dificultando a detecção direta.

Trago tudo isso porque, surpreendentemente, o caso do Planeta Nove é muito relevante para a detecção desses outros planetas que você mencionou na sua pergunta.

HD 106906 b

Existem várias semelhanças aqui entre este planeta e o Planeta Nove.

• O HD 106906 b tem uma órbita com um eixo semi-principal de pelo menos 650 AU. Por comparação, acredita-se que o Planeta Nove tenha um eixo semi-principal de cerca de 700 UA, de acordo com as estimativas do artigo. Dito isto, outras propriedades orbitais são desconhecidas para HD 106906 be podem ser diferentes.
• HD 106906 b tem uma massa de cerca de 11 massas terrestres; O Planeta Nove tem uma massa de cerca de 10 massas terrestres.

Uma diferença é que o HD 106906 b pode ter se formado onde está no momento. A dispersão, como experimentou o Planeta Nove, parece improvável. Isso significa que os dois poderiam ter composições diferentes - embora eu ache que ambos possam ser gigantes do gelo ou seus restos, dado onde eles se formaram.

Em suma, o HD 106906 b pode ser muito semelhante ao Planeta Nove e, embora não saibamos muito sobre nenhuma dessas propriedades, parece seguro dizer que métodos e problemas de detecção seriam semelhantes.

Fomalhaut b

Fomalhaut b é um pouco diferente. Seu eixo semi-principal é ~ 177 UA - muito menor que esses outros dois planetas - e pode estar em qualquer lugar entre 10 massas terrestres e várias centenas de massas terrestres.

Curiosamente, o Fomalhaut b também foi detectado indiretamente, assim como o Planeta Nove. Foi encontrada uma lacuna no disco de poeira de Fomalhaut, que só poderia ter sido causado por um planeta massivo. Mais tarde, foi fotografada diretamente.

A detecção direta pode ser possível se o Fomalhaut b estiver no Sistema Solar, especialmente devido ao seu tamanho e massa maiores. Além disso, teria um enorme impacto nos TNOs. No entanto, seria um gigante de gás, não um gigante de gelo, por isso seria difícil explicar como se mudou até agora.

Discuti esses planetas para fazer um pequeno desvio e falar sobre o que pode (e pode não estar) além de Netuno. Serei mais explícito aqui.

O que poderia estar além de Netuno

• Um gigante do gelo, como o Planeta Nove, ou os restos de um. Isso teria sido formado mais perto, perto de Júpiter e Saturno, que existia em um período de ressonância com Saturno. Outras ressonâncias gigantes do planeta também teriam existido. Então uma instabilidade quebrou as ressonâncias, levando o gigante do gelo para dentro em direção a Saturno e depois a Júpiter, onde foi arremessado para fora. Isso mudou as órbitas dos outros quatro gigantes do gás. Eu falei sobre isso é outra resposta minha , que eu pareço estar continuamente referenciando.

  Dito isto, a resposta inicial estava incorreta, que observei desde então, e foi revisada. As estimativas de Batygin descobriram que o Planeta Nove teria sido ejetado muitos, muitos, milhões de anos antes que as ressonâncias fossem supostamente quebradas (de acordo com evidências do bombardeio pesado tardio ). No entanto, isso não significa que não poderia ter havido um sexto gigante. As simulações de Nesvorný & Morbidelli (2012) que exploraram a evolução de um Sistema Solar com quatro, cinco e seis planetas gigantes encontraram bons resultados com cinco e seis planetas gigantes.

• Uma super-Terra ou mini-Netuno . ¹ Estes são planetas que são, no máximo, 10 massas terrestres. Super-Terras seriam planetas terrestres com atmosferas espessas; mini-Netuno seriam planetas a gás. Observe que esses nomes não dizem mais nada sobre suas composições - por exemplo, super-Terras não são necessariamente habitáveis.
• Algo mais. A região ainda não foi bem explorada e pode haver outros objetos imprevistos. Esse tipo de objeto provavelmente estaria frio, pois o WISE (consulte a próxima seção) pode ter detectado o contrário.

O que não pode estar além de Netuno

• Um gigante de gás. ² O Explorer de infravermelho de campo amplo não encontrou objetos de massa de Saturno até 10.000 UA e objetos de massa de Júpiter até 26.000 AU .

  

  Isto está, é claro, além de muitos outros planetas que não podem existir . De qualquer forma, é provável que já tenhamos detectado o Fomalhaut b agora, se ele estivesse no Sistema Solar.

Assim, assumindo que não é algo além de Netuno, como podemos multar-lo? Bem, agora que sua existência foi hipotetizada e sabemos onde deveria estar, os astrônomos podem virar telescópios em direção a esse local e usar imagens diretas.

Houve alguma emoção porque o Telescópio Subaru será usado . Outros telescópios ópticos (e possivelmente infravermelhos e outros comprimentos de onda) provavelmente serão usados ​​também. Respostas para Qual comprimento de onda para melhor detectar o "nono planeta"? (especialmente a resposta de Rob Jeffries) indicam que comprimentos de onda ópticos e infravermelhos / infravermelhos próximos serão a melhor escolha. A partir de hoje (24/01/2016), podemos apenas especular sobre quais outros instrumentos serão usados ​​e quais são suas chances de encontrar este planeta - se ele existir.

Quem sabe? Talvez algo inesperado apareça.

^{1 Agora, abordamos as diferentes coisas que o Planeta Nove poderia ser. Minha resposta para Que tipo de objeto de massa planetária seria o Planeta Nove? cobre isso, mas existem respostas melhores para o nono planeta - o que mais poderia ser? que o meu.
2 Cuidado com a diferença entre um gigante de gelo e um gigante de gás .}

Se esse planeta existe, o WISE deve observá-lo. O WISE é um satélite infravermelho que fotografou o céu inteiro. Em particular:

• foi capaz de detectar qualquer coisa com uma temperatura acima de 70-100 K, enquanto os exoplanetas mais legais conhecidos estão na faixa de 100 K (veja o histograma abaixo, extraído do catálogo de exoplanetas );
• foi capaz de detectar objetos maiores que 1 km até 3 UA do Sol, ou objetos de 2 a 3 massas de Júpiter a uma distância de 7 a 10 anos-luz (até aproximadamente 440.000 a 630.000 UA, veja aqui e aqui );

então eu diria que sua existência é bastante descartada agora.