Scott Sheppard benötigt etwa 15 Minuten zur Arbeit in der Abteilung für Erdmagnetismus der Carnegie Institution, einer Forschungseinrichtung in Washington, DC, die ursprünglich 1904 gegründet wurde, um Expeditionen zur Kartierung des Erdmagnetfelds zu unterstützen. Heute beherbergt der Campus Planetenwissenschaftler aller Disziplinen, darunter auch Sheppard, der die Himmelskörper des extremen äußeren Sonnensystems untersucht. Er sagt, dass er seine besten Ideen beim Gehen bekommt und dass er häufig von Kreuzungen genervt wird, die gerade genug Aufmerksamkeit erfordern, um zu verhindern, dass der Geist auf diese unerklärlich konstruktive Weise wandert. Wenn man bedenkt, dass Sheppard davon überzeugt ist, dass ein großer, unentdeckter Planet die Sonne weit hinter Pluto umkreist, kann man sich nur vorstellen, wohin seine Gedanken bei seinen morgendlichen Spaziergängen wandern.
Die Idee, dass ein massereicher Planet namens Planet 9 oder Planet X in solch großer Entfernung existiert, dass wir ihn nicht finden konnten, hat Astronomen auf der ganzen Welt, die den Himmel nach Hinweisen absuchen. Sheppard, der einige der am weitesten entfernten Objekte im Sonnensystem entdeckt hat, glaubt, dass die Umlaufbahnen dieser kleinen Planeten höchstwahrscheinlich vom Gravitationseinfluss eines hypothetischen Planeten 9 geprägt sind. Und heute gab sein Team die Entdeckung eines weiteren bekannt extrem weit entfernter Nebenplanet - das zweitweiteste bekannte Objekt im Sonnensystem, gemessen an der durchschnittlichen Entfernung -, der wieder das Erkennungszeichen eines Weltraumsteins im Griff eines unentdeckten Riesenplaneten trägt.
„Einmal im Jahrhundert finden wir einen Planeten, oder? Also ist es Zeit, eins wiederzufinden “, sagt Sheppard.
Der Kobold
Das neue Objekt mit dem offiziellen Namen 2015 TG387 umkreist eine spezielle Klasse von Himmelskörpern, die als Inner Oort Cloud-Objekte oder extreme transneptunische Objekte (ETNOs) bezeichnet werden. Der Fels- und Eiskörper, den das Entdeckungsteam als "Goblin" bezeichnet, befindet sich derzeit etwa 80 astronomische Einheiten (AU) von der Sonne entfernt oder etwa doppelt so weit wie Plutos durchschnittliche Entfernung. Der Goblin bewegt sich jedoch auf einer langgestreckten Umlaufbahn, die ihn bis zu den äußersten Rändern unseres Sonnensystems führt und auf seiner 40.000 Jahre dauernden Reise um die Sonne bis zu 2.300 AE zurücklegt.
Aber so faszinierend das Aphel des Objekts ist oder sein am weitesten von der Sonne entfernter Punkt, der Goblin ist vielleicht noch interessanter für sein Perihel oder seinen nächsten Punkt. Der kleine Planet, dessen Durchmesser auf ungefähr 300 Kilometer geschätzt wird (ungefähr ein Siebtel der Größe von Pluto), kommt nur 65 AU (sechs Milliarden Meilen) nahe. Sheppard sagt, dass der Goblin kaum von der Schwerkraft der massereichen Planeten wie Jupiter und Neptun betroffen ist, da seine nähste Annäherung überhaupt nicht eng ist.
"Es kommt nie in die Nähe der Riesenplaneten", sagt er. "Es gibt nur drei dieser Objekte, die weit draußen bleiben."
Die Umlaufbahnen des neuen extremen Zwergplaneten 2015 TG387 und seiner Mitbewohner Inner Oort Cloud objekten 2012 VP113 und Sedna im Vergleich zum Rest des Sonnensystems. 2015 wurde TG387 von den Entdeckern "The Goblin" genannt, da seine vorläufige Bezeichnung TG enthält und das Objekt erstmals in der Nähe von Halloween gesehen wurde. 2015 TG387 hat eine größere Semi-Major-Achse als 2012 VP113 oder Sedna, was bedeutet, dass er sich an seinem entferntesten Punkt in seiner Umlaufbahn, der bei 2300 AE liegt, viel weiter von der Sonne entfernt befindet. (Roberto Molar Candanosa und Scott Sheppard, mit freundlicher Genehmigung der Carnegie Institution for Science) Die anderen beiden sind Sedna und 2012 VP113, die eine Perihelie von 76 bzw. 80 AE haben, obwohl sie niemals so weit wie der Goblin hinausreisen. Wenn diese drei Objekte zusammen betrachtet werden, beginnen sie, ein faszinierendes Bild ihres fernen Reiches zu erzeugen. Sie sind vom Rest des Sonnensystems entkoppelt, unempfindlich gegen dessen Einfluss, und dennoch erscheinen sie alle im selben Teil des Himmels.
"Wenn Sie Sedna und VP113 betrachten und einige der anderen extremen Objekte mit diesen sehr entfernten Umlaufbahnen betrachten, sind sie sich alle sehr ähnlich", sagt Sheppard. „Sie befinden sich alle auf demselben Teil des Himmels, sie kommen alle zum Perihel - ihrer engsten Annäherung an die Sonne - am selben Ort, und man würde erwarten, dass dies zufällig über den Himmel verteilt ist. … Deshalb glauben wir, dass es da draußen einen größeren Planeten gibt, weil er diese Objekte in diese Art von Umlaufbahnen treibt. “
Andere Kleinplaneten bewegen sich in extremen Entfernungen, wie z. B. 2014 FE72, dem gemessen an der durchschnittlichen Entfernung am weitesten bekannten Objekt, neigen jedoch dazu, näher an die Riesenplaneten heranzuschwingen. 2014 FE72 kann zum Beispiel näher an der Sonne sein als Pluto bei seiner nächsten Annäherung. Eine überzeugende Erklärung für diese Objekte ist, dass sie irgendwann zu nahe an einen der Gasriesen herangewandert sind und zu extremen Entfernungen hinausgeschleudert wurden, die fast vollständig ausgeworfen wurden - aber wenn dies geschieht, kreisen die felsigen Objekte tendenziell in die Nähe des Punktes zurück woher wurden sie geschleudert.
Was die Goblin, Sedna und 2012 VP113 betrifft, hat sie etwas anderes in einer einsamen Umlaufbahn gefangen, ausgerichtet, aber abgesehen von unserer kleinen Nachbarschaft von Planeten.
Der Schatten eines unentdeckten Planeten
Wie wahrscheinlich die Existenz eines unentdeckten massiven Planeten ist, der alle Zehntausende von Jahren in extremen Entfernungen langsam die Sonne umkreist, hängt davon ab, wen Sie fragen. Sheppard seinerseits, der Dutzende kleinerer Planeten, Kometen und Monde entdeckt hat, würde die Wahrscheinlichkeit, dass Planet 9 existiert, auf etwa 80 oder 85 Prozent schätzen - und er ist nicht einmal der optimistischste.
"Mein Selbstvertrauen liegt bei 99, 84 Prozent", sagt Konstantin Batygin, Planetarischer Astrophysiker und Assistenzprofessor am California Institute of Technology. Batygin erstellt theoretische Modelle des äußeren Sonnensystems, um nach Hinweisen auf Planet 9 zu suchen. Dabei werden die Zahlen auf zahlreichen Nebenplaneten, die sich zu verschiedenen Gruppen zusammenschließen, und die Einflüsse von Dutzenden von Umlaufbahnfaktoren analysiert. In seiner Arbeit mit dem Caltech-Kollegen Michael Brown aus dem Jahr 2016 stellte er den vielleicht stärksten Fall für Planet 9 dar und kam zu dem Schluss, dass die Gruppierungen dieser Objekte mit einer Wahrscheinlichkeit von nur einem Bruchteil der Wahrscheinlichkeit zufällig auftraten.
"Dieser Körper ist ein riesiger Neuzugang", sagt Batygin über den Goblin. "Es stärkt die Argumente für Planet 9 sehr."
Ein Vergleich von 2015 TG387 bei 65 AU mit den bekannten Planeten des Sonnensystems. Saturn ist bei 10 AE zu sehen und die Erde natürlich bei 1 AE, da der Messwert als Abstand zwischen der Sonne und unserem Heimatplaneten definiert ist. (Roberto Molar Candanosa und Scott Sheppard, mit freundlicher Genehmigung der Carnegie Institution for Science) Andere sind nicht so zuversichtlich. „Ich würde nicht zu 85 Prozent gehen. Es gibt widersprüchliche Beweise “, sagt David Tholen, ein Astronom an der Universität von Hawaii, der Teil des Teams war, das den Goblin entdeckte. Er zeigt auf die Cassini-Sonde, die seit mehr als 13 Jahren den Saturn umkreist und die Dynamik und die Kräfte des äußeren Sonnensystems misst. "Das ist ein sehr empfindlicher Detektor für andere Dinge, und die Analyse dieser Daten legt nahe, dass wir keine Beweise für [Planet 9] sehen."
Aber selbst wenn sie die Planet 9-Hypothese nicht kaufen, stimmen die meisten Astronomen darin überein, dass etwas Unerklärtes Objekte wie den Goblin aus dem Sonnensystem herausreißt. Einige Theorien besagen, dass während der frühen Sonnenentstehung vor mehr als 4, 5 Milliarden Jahren, als sich in der Nähe andere Sterne bildeten, die extreme Schwerkraft einer nahen Sternentdeckung diese Objekte hätte wegziehen und sie in einer „versteinerten“ Umlaufbahn zurücklassen können, Sheppard sagt. Alternativ gibt es vielleicht genug von diesen kleinen Planeten, um die Umlaufbahnen des anderen über viele Millionen Jahre hinweg durch einen Prozess zu beeinflussen, der Selbstgravitation genannt wird und sich allmählich weiter und weiter anstößt.
"Wenn es viele dieser Kleinplaneten wie Sedna und dieses neue Objekt gibt, üben sie natürlich Gravitationskräfte aufeinander aus", sagt Ann-Marie Madigan, Assistenzprofessorin für Astrophysik an der Universität von Colorado in Boulder studiert Modelle der Selbstgravitation an entfernten Objekten des Sonnensystems. Sie sagt, dass diese kleinen Planeten „so weit vom inneren Sonnensystem entfernt sind, dass bei den riesigen Planeten und ähnlichen Dingen diese [Selbstgravitations-] Kräfte tatsächlich extrem mächtig sein können. ... Du brauchst keinen zusätzlichen Planeten da draußen. "
Madigan räumt ein, dass die Selbstgravitation nicht alles über die Umlaufbahnen der fernen Nebenplaneten erklären kann, etwa die Ausrichtung entlang ihrer „Länge der Perihelien“, ähnlich den Hauptachsen der elliptischen Umlaufbahnen. Und laut Sheppard gibt es noch andere „äußere Kräfte“, wie die galaktische Flut - die kollektive Gravitationskraft von allem in der Milchstraße, einschließlich des supermassiven Schwarzen Lochs in seiner Mitte. Theorien, die die Existenz von Planet 9 vorhersagen, berücksichtigen all diese Einflüsse, aber es könnte auch ein unbekannter Prozess im Spiel sein.
"Das ist großartig", sagt Michele Bannister, ein planetarischer Astronom an der Queen's University in Belfast, Großbritannien, der von 2013 bis 2017 an der Outer Solar System Origins Survey (OSSOS) mitgearbeitet hat und 840 entfernte Kleinplaneten entdeckte. „Wir haben diese ganze Vielfalt von Theorien, die versuchen, diese Population zu erklären. Dies ist das Zeichen für ein gutes gesundes aktives Feld. “
Suche eingrenzen
Sheppard vergleicht die Ansammlung von Goblin, Sedna und 2012 VP113 mit einer Beziehung zwischen Neptun und Pluto. Obwohl Neptun die Umlaufbahn von Pluto kreuzt, kommen sich die beiden Planetenkörper nie nahe, weil sie in eine Gravitationsbeziehung - Resonanz genannt - verwickelt sind, die bewirkt, dass Pluto zweimal pro drei Umlaufbahnen von Neptun umkreist. Wenn Sie nicht wüssten, wo sich Neptun befindet, können Sie den Riesenplaneten durch genaue Beobachtung von Pluto lokalisieren. Obwohl die drei extrem weit entfernten Nebenplaneten nicht in eine so stabile Beziehung zu Planet 9 eingebunden wären, könnte eine ähnliche Gravitationsbeziehung auftreten.
Wenn sich die kleinen Planeten jedoch mit Planet 9 in einem Gravitationstanz befinden, könnte dies bedeuten, dass der große Planet weit, weit entfernt ist - in der Nähe des Aphelions seiner Umlaufbahn, ungefähr 1.000 AE von der Sonne entfernt. Wir haben nur eine ungefähre Vorstellung von der Größe von Planet 9 - zwischen dem Zwei- und Vierfachen der Größe der Erde, falls vorhanden - und keine Möglichkeit zu bestimmen, wie viel Licht reflektiert wird, was die Suche unglaublich schwierig macht. Der einzige Grund, warum wir in der Lage waren, kleinere entfernte Objekte wie den Goblin zu finden, ist, dass sie sich in der Nähe ihrer nächsten Annäherung befinden und nur für einen Augenblick der Sternzeit sichtbar sind, bevor sie sich wieder in den Schatten werfen.
Die Entdeckungsbilder von 2015 TG387 wurden am 13. Oktober 2015 am 8-Meter-Teleskop Subaru auf Mauna Kea in Hawaii aufgenommen. Die Bilder wurden im Abstand von etwa 3 Stunden aufgenommen. 2015 TG387 kann zwischen Bildern in der Nähe des Zentrums bewegt werden, während die viel weiter entfernten Sterne und Galaxien stationär sind. Bild wird von Scott Sheppard zur Verfügung gestellt. (Bild bereitgestellt von Scott Sheppard) "Neunundneunzig Prozent ihrer Umlaufbahn würden wir nicht finden", sagt Sheppard. "Also finden wir nur die Spitze des Eisbergs."
Die Jagd nach Planet 9 leidet vorerst unter einem gravierenden Datenmangel. Es ist schwierig, statistische Schlussfolgerungen mit einer derart geringen Stichprobengröße von Kleinplaneten zu ziehen, insbesondere wenn wahrscheinlich Tausende existieren. "Jede dieser Erkennungen impliziert eine riesige, unsichtbare Population", sagt Bannister. "Und so können Beobachtungsverzerrungen die Schlussfolgerungen, die Sie über die Existenz dieser riesigen unsichtbaren Population ziehen, und welche Formen ihre Umlaufbahnen im Weltraum annehmen und von welchen potenziellen Formen sie geformt werden oder hätten geformt werden können, wirklich beeinflussen."
Der Goblin wurde zum ersten Mal im Jahr 2015 vom japanischen 8-Meter-Subaru-Teleskop auf Mauna Kea in Hawaii gesichtet, aber der Nebenplanet ist so weit entfernt, dass drei Jahre Nachbeobachtungen mit Teleskopen in Chile und Arizona erforderlich waren, bevor seine Umlaufbahn erreicht werden konnte berechnet und enthüllt seinen wahren Weg und Entfernung. Es wurden mehrere weitere Kleinplaneten entdeckt, und wenn Astronomen ihre Umlaufbahnparameter verfeinern, wissen sie besser, wo der massive Planet verborgen ist - wenn überhaupt irgendwo.
Das Subaru-Teleskop auf Mauna Kea, Hawaii. (Wikimedia Commons / CC 2.0) "Die Tatsache, dass Planet 9 am Ende des Tages entweder da ist oder nicht, und die Mathematik, die ich gemacht habe, ist entweder richtig oder falsch, ist tatsächlich ein sehr attraktiver Aspekt dieses ganzen Problems", sagt Batygin. „Dies ist keines dieser Probleme, über die man spekulieren kann, bis man stirbt. … Ich denke, die nächsten 10 Jahre sind viel Zeit. “
Weitere Himmelsbeobachtungen mit Teleskopen wie Subaru und neuen Observatorien wie dem Large Synoptic Survey Telescope (LSST), das mit 3, 2 Gigapixeln über die Größe eines Kleinwagens die größte Digitalkamera der Welt verfügt, werden noch mehr Objekte entdecken wenn unser Verständnis des Sonnensystems wächst. Zusätzliche astronomische Arbeiten, wie die zweite Veröffentlichung von Daten aus dem Gaia-Weltraumteleskop, helfen dabei, unsere Modelle der Bewegungen der Sterne in der gesamten Geschichte der Galaxie zu verfeinern und die Beschränkungen für die extrem weit entfernten Nebenplaneten weiter zu verschärfen.
Wenn all diese Arbeiten zur Entdeckung von Planet 9 führen, sagt Sheppard: "Es wird ein Triumph der Wissenschaft."
