Gisteren en vandaag valt in veel media te lezen dat er 'sterk bewijs' is voor een negende planeet in het zonnestelsel (de oude 9e planeet Pluto is sedert een aantal jaren gedegradeerd tot dwergplaneet). In dit artikeltje wat nadere informatie.
Na de ontdekking (in 2003) van de dwergplaneet Sedna en later van een paar soortgenoten zitten astronomen namelijk met een probleem:
Sedna
Sedna is een dwergplaneet met een geschatte diameter van 1500 km met een hoogst vreemde baan rond de Zon. De baan is zeer langgerekt, het perihelium (dichtste nadering tot de Zon) ligt op 76 AE. Een Astronomische Eenheid is 150 miljoen kilometer, de afstand van de Aarde tot de Zon, de Aarde staat dus op 1 AE. Het aphelium (verste verwijdering van de Zon) van Sedna ligt maar liefst op bijna 1000 AE.
Vergelijken we dit met de gemiddelde afstand van de verre dwergplaneet Pluto, 45 AE, dan is duidelijk dat Sedna een buitenbeentje is. Niet alleen haar enorme afstand tot de Zon, maar ook de vreemde hoek die haar langgerekte baan maakt t.o.v. de baan van de planeten doen vermoeden dat er iets bijzonders aan de hand is met Sedna.
Waar komt dit hemellichaam, met een baan zo ver verwijderd van alle bekende planeten, Pluto incluis, vandaan?
Tot de ontdekking van Sedna ging men er van uit dat de Kuipergordel de buitenste rand van ons zonnestelsel markeerde. Zie die gordel als een donutvormige wolk van kleine ijsdwergen waarvan Pluto met afstand de grootste inwoner is. Veel, heel veel verderop op 5000 tot wel 100.000 AE is er dan nog de hypothetische Oortwolk, een verzameling van misschien wel duizend miljard kometen die in een bolschil rond de Zon draaien. Maar tussen de Kuipergordel en de nog nooit waargenomen Oortwolk werden verder geen hemellichamen verwacht.
Sednoïden
Sedna bleek niet het enige buitenbeentje, er werden andere extreem verre dwergplaneten ontdekt, zoals 2012 VP113 met een diameter van ongeveer 500 km, die zelfs niet dichter bij de Zon komt dan ongeveer 80AE. En ook andere 'trans Neptuniaanse' objecten met diameters van enige honderden kilometers bleken zich in de veronderstelde de leegte tussen de Kuipergordel en de Oortwolk op te houden.
- banen_sedna_vp113.gif (138.55 KiB) 1607 keer bekeken
Curieuze samenloop
Na studie van de omloopbanen van deze trans Neptuniaanse objecten bleken er behalve de enorme afstanden en omloopduur (maar liefst 10.000 jaar of nog langer) meer overeenkomsten; de banen van de bekende Sednoïden zijn allemaal in één kwadrant gegroepeerd en hun banen maken een ongeveer gelijke hoek met het vlak waarin de planeten on de Zon draaien:
- p9_kbo_orbits_labeled_1_.jpg (56.24 KiB) 1607 keer bekeken
Kansberekening
Kortom, de Sednoïden lijken een groep te vormen, en de vraag is waarom. Hoe groot is de kans dat 6 hemellichamen door toeval op vergelijkbare afstanden tot de Zon, in vergelijkbare langgerekte banen die zich allemaal binnen hetzelfde kwart bevinden en het vlak van de ecliptica onder eenzelfde hoek naderen?
Konstatin Batygin en Michael E. Brown van Caltech rekenden het uit: Ongeveer 0,007%.
De wetenschappers concludeerden dan ook dat er hoogstwaarschijnlijk een en dezelfde oorzaak aan deze samenloop van omstandigheden ten grondslag moest liggen, en gingen aan de slag met computersimulaties.
Planeet 9
De simulaties wijzen er volgens de wetenschappers op dat de zwaartekrachtsinvloed van de grote planeten dergelijke gegroepeerde banen zou moeten verstoren, en na verloop van voldoende tijd willekeurig uiteen zou laten lopen. Volgens de wetenschappers is het niet mogelijk dat een dergelijke gelijkloop erg lang kan bestaan, tenzij..
Tenzij er iets is dat de Sednoïden in deze curieuze banen vasthoudt, zoals een grote onbekende planeet met een vreemde en verre baan die met haar zwaartekracht de banen van de Sednoïden 'vastpint' (een bekend verschijnsel dat baanresonantie wordt genoemd).
De simulaties wezen uit dat een planeet met een massa van ongeveer 10 keer die van de Aarde, in staat zou zijn de Sednoïden in hun huidige baan vast te houden.
Niet alleen is dat een heel forse planeet, ze moet ook zeer ver weg staan. Het perihelium zou 230 AE zijn, het aphelium zou op 750 tot zelfs 1500 AE liggen, en de omloopduur zou een whopping 10 tot 20 duizend jaar zijn.
Toch stellen de opstellers van het paper dat een negende planeet van het formaat 'superaarde' de meest waarschijnlijke verklaring is voor het vreemde baangedrag van de Sednoïden.
Bewijs?
Is dit nu een bewijs voor het bestaan van planeet 9?
Nee, zeker niet. Wel het is een mogelijke verklaring die er goed onderbouwd uitziet.
Maar dat soort goed onderbouwde verklaringen hebben vaker de revue gepasseerd. Een jaar geleden nog brachten Lucie Jílková et al een paper uit met een eveneens tot de verbeelding sprekende verklaring voor de Sednoïden: Ze zouden ingevangen objecten van een andere ster zijn. De wetenschappers berekenden dat een ster met een massa van 1,8 maal die van de Zon die in het verleden op 350 AE langs suisde tot ongeveer 500 ijsdwergen van haar Kuipergordel in de greep van de zwaartekracht van de Zon zou kunnen hebben achterlaten, en zo zou de vreemde familie van de Sednoïden kunnen zijn ontstaan (zie de bijlage voor dat paper).
- zon.gif (230.83 KiB) 1607 keer bekeken
Klik op de afbeelding om de animatie te starten.
Er zitten naar mijn mening nog wel zwakke kanten aan de hypothese van Konstatin Batygin et al. De eerste is natuurlijk: Waar komt die reuzenplaneet dan vandaan? Zo ver van de Zon, ver achter de Kuipergordel zelfs, was er tijdens het ontstaan van het zonnestelsel lang niet genoeg materie aanwezig om zo'n grote planeet te vormen. De wetenschappers beseffen dat ook, en stellen dat het wellicht een planeet was die lang geleden van de binnenste delen van het zonnestelsel door een van de gasreuzen naar buiten is geslingerd.
Het zal ongetwijfeld voorgekomen zijn dat protoplaneten door de reuzenplaneten een zwaartekrachtszwieper hebben gekregen, maar zo'n close encounter leidt dan meestal tot een gevalletje 'exit zonnestelsel'. Zulke sterloze nomadenplaneten zouden er bij miljarden in onze Melkweg kunnen zijn. Maar ook als de zwieper niet zo krachtig was dat die 'superaarde' het zonnestelsel zou verlaten, dan is het nog heel lastig uit te leggen dat zijn perihelium zo ver van de Zon ligt. Een zeer langgerekte baan die de planeet weer dicht bij de Zon (bij het punt waar de baanverstoring begon) brengt zou dan veel waarschijnlijker zijn. De hoek die de geprojecteerde planeetbaan maakt met die van de overige planeten is ook vreemd, het moet wel een zeer zeldzame zwieper zijn.
Een andere zwakke plek in het betoog is dat deze hypothese, in tegenstelling tot die van de passerende ster, überhaupt geen verklaring biedt voor het bestaan van hemellichamen tussen de Oortwolk en de Kuipergordel.
0,007% waarschijnlijkheid dat de clustering van de Sednoïden op toeval berust lijkt overtuigend genoeg, het komt overeen met een zekerheid van 3,8σ. Maar in het verleden zijn er vele onderzoeken met een sigma van 3 of meer een stille dood gestorven. Er hoeft maar één fors object gevonden te worden dat in een zeer wijde baan om de Zon draait, maar niet tot de groep Sednoïden behoort, en de hypothese kan de weg volgen die zoveel voorgangers in de jacht naar planeet x hebben moeten gaan: De prullenbak in.
Dat gezegd hebbende, de wetenschappers in kwestie zijn zeker de eerste de besten niet. Brown is degene die Eris (een dwergplaneet als Pluto) en Sedna heeft ontdekt, en is er daardoor voor verantwoordelijk dat Pluto haar planeetstatus kwijt raakte. Hij schreef er zelfs een boek over: "How I Killed Pluto and Why It Had It Coming". Brown schat dapper de kans op het bestaan van planeet 9 in op maar liefst 90%. Gebrek aan zelfverzekerdheid kan hem niet verweten worden.
Maar vooralsnog is planeet 9 slechts een goed passend model om een probleem te ondervangen, en meer niet. Pas als de planeet daadwerkelijk door een telescoop wordt waargenomen is er reden tot grote opwinding.
En of dat - als de planeet al bestaat - snel zal gebeuren valt te betwijfelen. Er zijn immers op wat erg grove indicaties na geen baangegevens bekend, en het vinden van zo'n speldenprikje in de kosmische hooiberg kan dan lang, heel lang, duren.
De meeste grote telescopen hebben een extreem nauw gezichtsveld, en de kans dat nummer negen bij toeval in hun oculair opdoemt is zeer gering. De enige telescoop met betere papieren is de 8 meter Japanse Subaru telescoop, die een veel groter gezichtsveld heeft en dus een forser deel van de hemel in een keer kan fotograferen. Maar ook die telescoop zal over een dergelijke zoektocht naar verwachting meer dan 5 jaar gaan doen.
Het legioen kleinere telescopen is niet geschikt, die kunnen een stipje met een geschatte magnitude van 20-24 (het licht dat van Pluto afkomt is ruwweg 200 tot 8.000 keer sterker) waarschijnlijk niet vinden, en helaas heeft ook Gaia die nu de hele hemel aan het scannen is niet genoeg power om een dergelijk zwak object te ontdekken. Als de planeet al bestaat, is de kans dat hij zich in de buurt van het aphelium bevindt vrij groot en zal dan nauwelijks te vinden zijn. Niet alleen brengt de planeet door zijn sterk elliptische baan veruit de meeste tijd door op die grote afstanden, als hij zich dicht bij het perihelium had bevonden was hij al lang ontdekt door een van de omvangrijke survey projecten.
Wetenschappelijke papers:
