Vermoeden van 9e planeet in zonnestelsel

[Michel Uphoff]

Je hebt het bij het goede eind. De WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) telescoop van Nasa heeft een dergelijke all sky survey ondernomen. Daarmee werd uitgesloten dat er een planeet vergelijkbaar met Saturnus zou kunnen zijn binnen een afstand van 10.000 AE klik

 

Of een hypothetische planeet als deze door WISE ontdekt zou zijn, is lastig te zeggen, want dat is afhankelijk van veel aannames.
 
Indien deze planeet een gasreus zou zijn met een vergelijkbare dichtheid en albedo (weerkaatsend vermogen) als een gasreus, dan valt er wat te schatten. De planeet zou dan een oppervlak hebben dat ongeveer 20% van dat van Saturnus bedraagt, en dus ruwweg 5 keer zo lichtzwak zijn. Dan zou een dergelijk hemellichaam tot op ongeveer 4000 AE gevonden kunnen worden. De grootste afstand tot deze papieren planeet is 'slechts' 1500 AE.

 

Maar de oppervlaktetemperatuur speelt een belangrijke rol. Wise was niet in staat Kuipergordelobjecten waar te nemen omdat ze te koud waren, de ondergrens voor detectie lag rond de temperatuur van Neptunus (70 K). Het is dan gezien de afstand tot de Zon zeer goed mogelijk dat de oppervlaktetemperatuur van deze hypothetische planeet zo laag is, dat de infraroodsensoren van Wise hem - als hij er al was - niet konden zien.
 
Maar als deze planeet, net als bijvoorbeeld Jupiter en Saturnus, een afdoende inwendige energiebron zou hebben om de temperatuur boven 70K uit te tillen, dan zou Wise hem niet gemist hebben.
 
Kortom: Het is lastig er iets echt concreets over te zeggen.

[tempelier]

Bedankt voor de informatie.

[tempelier]

Ik verstout me tot nog een vraag.
 
Een kleine halve eeuw geleden is voor Planeet X wel eens een baanvlak gesuggereerd (ik dacht in een artikel in Scientific American) dat min of loodrecht op ons baanvlak zou staan.
 
Toen leek het me nogal onwaarschijnlijk, maar nu (na al die tijd) niet meer zo, daar men wel eens de mogelijkheid oppert dat zo'n planeet door de zon zou zijn ingevangen.
 
Alhoewel er ik nog steeds daar wat bedenkingen tegen heb, vraag ik me wel af dat misschien toch wel zou kunnen.

[Michel Uphoff]

Waarschijnlijk is het niet, maar ook niet onmogelijk. Een erg zeldzame baanverstoring of invangen van een planeet van buiten het zonnestelsel zouden in theorie een dergelijke omloopbaan kunnen bewerkstelligen.
 
Als zo'n planeet dan een forse afstand tot de gasreuzen heeft, wordt de omloopbaan daardoor mogelijk zo weinig gestoord dat ze zeer lang kan volharden in die vreemde baan.
 
Objecten in Oortwolk zijn waarschijnlijk een voorbeeld van dit soort banen. De afstand van de Oortwolk is dermate groot, dat de biljoenen kometen daarin als in een bolschil rond de Zon draaien.
 
Ook deze hypothetische planeet zou een baanvlak hebben dat onder een grote hoek (ruwweg 45 graden) staat t.o.v. de ecliptica.

[Michel Uphoff]

Eerder schreef ik:  
 

Het is dan gezien de afstand tot de Zon zeer goed mogelijk dat de oppervlaktetemperatuur van deze hypothetische planeet zo laag is, dat de infraroodsensoren van Wise hem - als hij er al was - niet konden zien.

 
Dus, als de temperatuur van deze hypothetische planeet erg laag is, hebben we infrarood sensoren nodig die objecten met een nog lagere temperatuur kunnen waarnemen. Dat soort instrumenten zijn er; ze zijn ontworpen voor metingen aan de kosmische achtergrondstraling.
 
Nicolas B. Cowan et al melden in The Astrophysical Journal Letters een methode die tot de waarneming van deze planeet zou kunnen leiden.
 
Uitgaande van de parameters die in het openingsartikel zijn genoemd: Massa ongeveer 10 keer die van de Aarde, afstand tot de Zon ongeveer 1000 keer zo ver als de Aarde, valt dan te schatten dat indien deze planeet geen interne energie opwekt, de temperatuur rond ongeveer 10 Kelvin moet liggen. Wordt er intern nog warmte geproduceerd door nucleair verval en/of chemische processen, zoals in veel planeten gebeurt, dan zou de temperatuur op kunnen lopen tot 50 Kelvin.
Een object met een temperatuur van 10 tot 50K zendt sub-millimeter straling uit, en dat is de golflengte waarom instrumenten als de Planck ruimtetelescoop, de South Pole Telescope en de Atacama Cosmology Telescope de kosmische achtergrondstraling bestuderen.
 
Planeet 9 zou door dit soort instrumenten gezien kunnen worden als een stipje met hogere temperatuur dan de kosmische achtergrond. Door met tussenpozen van enige maanden hetzelfde gebied van de hemel te onderzoeken, zou dat stipje een kleine slingerbeweging moeten maken als gevolg van de baan van de Aarde rond de Zon (parallax meting). Planck is inmiddels buiten werking gesteld, en zou ook niet in staat geweest zijn die kleine slingerbeweging te zien, maar de telescopen bij de zuidpool en die in de Atacama woestijn kunnen dit wel.
 
Probleem is dat de hypothetische planeet beslist niet het enige object met een lage temperatuur is dat zich langs het decor van de kosmische achtergrondstraling zal verplaatsen; er zijn duizenden brokken ruimtepuin die dit doen. Als planeet 9 erg koud blijkt te zijn en er dus naar nog lichtzwakkere objecten gekeken moet worden, loopt dat aantal ook sterk op. Maar al deze brokken ruimtepuin draaien in veel kleinere banen rond de Zon, en zullen zich dus door hun relatief kleine omloopbaan rond de Zon veel sneller langs die achtergrond verplaatsen en zich zo onderscheiden van de hypothetische planeet.
 
Het is mogelijk zoeken naar een speld in een hooiberg, maar volgens Cowan en zijn team is het dus mogelijk om met bestaande technologie een zoekactie naar planeet 9 op te zetten.
 
Paper van Cowan et al:

COSMOLOGISTS IN SEARCH OF PLANET NINE.pdf

(208.14 KiB) 179 keer gedownload

[Michel Uphoff]

De hypothetische planeet 9 blijft de gemoederen bezighouden. In The Astrophysical Journal zijn drie nieuwe papers verschenen, de preprints daarvan zijn als bijlagen toegevoegd.

 

Samengevat worden in deze drie papers drie verschillende mogelijke verklaringen voor de aanwezigheid van zo'n grote planeet ver buiten de baan van Pluto op hun waarschijnlijkheid onderzocht. Indien planeet 9 zou bestaan is het gegeven dat deze grote planeet zich zo vreselijk ver van de Zon bevindt het meest lastig te verklaren. Dat de planeet niet daar waar zij zich nu zou bevinden kan zijn ontstaan is evident; er was op die enorme afstand bij lange na niet voldoende materie aanwezig voor de vorming van zo'n grote planeet.

 

Dat laat drie mogelijkheden over:

 

1: De planeet is dichter bij de Zon ontstaan, en door wisselwerkingen met andere gasreuzen (voornamelijk Jupiter en Saturnus) naar de buitenregionen geslingerd. Meestal zal zo'n zwaartekrachtzwieper er toe leiden dat het object uit het zonnestelsel wordt geslingerd, maar indien rekening wordt gehouden met een voldoende grote en dichte  stof- en gasschijf rond de Zon zou de materie daarin de planeet mogelijk genoeg af kunnen remmen en in die verre baan tot rust hebben kunnen laten komen. De wetenschappers berekenen dat dit scenario niet onmogelijk is.

Deze hypothese biedt geen verklaring voor de aanwezigheid van de Sednoïden in de buurt van de baan van planeet 9 en vereist zeer bijzondere omstandigheden, het perihelium (dichtste afstand tot de Zon) van planeet 9 ligt immers zeer ver buiten de baan van Pluto, terwijl dat zich in de meeste gevallen na zo'n reeks verstoringen redelijk dicht bij de oorspronkelijke baan zou blijven bevinden, zoals in het openingsartikeltje al werd aangegeven.

 

2: De planeet is dichter bij de Zon ontstaan, maar door een passerende ster naar zijn huidige baan getrokken. De kans daarop is berekend en is kleiner dan 5%. In 95% van de simulaties werd de planeet door zo'n passage uit het zonnestelsel geslingerd. Deze vrij lage waarschijnlijkheid vereist echter ook nog een onwaarschijnlijke voor-aanname: De planeet moet zich van meet af aan al op grote afstand van de Zon bevonden hebben, zodat hij als enige (of een van de weinige) voldoende in de baan verstoord werd, terwijl de ons nu bekende planeten vrijwel ongehinderd door die passage hun baantjes rond de Zon konden blijven trekken.

 

3: De planeet is ingevangen, 'gestolen' van een andere passerende ster. Dat is een theoretische mogelijkheid; in het openingsartikeltje is een simulatie van een dergelijke diefstal geplaatst. Maar ook hier zitten zwakke kanten aan, want ook hier geldt dat de passerende ster de rest van de oorspronkelijke planeten van het zonnestelsel weinig beïnvloed moet hebben, en dat vereist dat de ingevangen planeet zich op grote afstand van de moederster bevonden moet hebben, wat dan onmiddellijk vragen oproept m.b.t. het ontstaan van die planeet. Invangen van een paar handen vol ijsdwergen van een andere ster (een van de verklaringen voor de Sednoïden) is zeker niet onmogelijk, er draaiden mogelijk vele duizenden van deze objecten rond de andere ster en dan is een kleine kans voldoende om een paar van die koekoeksjongen in te vangen. Maar bij een handvol grote planeten rond de oorspronkelijke ster wordt de kans op geslaagd invangen wel erg klein.

 

Tienduizenden computersimulaties verder kan geconcludeerd worden dat alle drie de mogelijke scenario's behoorlijk onwaarschijnlijk zijn.

 

Meer lezen: klik

 

Wetenschappelijke papers:

Interaction Cross Sections and Survival Rates for Proposed Solar System Member Planet Nine.pdf

(450.57 KiB) 185 keer gedownload

A Scattered Giant in the Outer Solar System.pdf

(338.37 KiB) 118 keer gedownload

Making Planet Nine.pdf

(732.59 KiB) 157 keer gedownload