Гипотетические транс-нептуновские планеты, вращающиеся вокруг Солнца

Планета HD 106906 b была найдена в 650 а.е. от ее домашней звезды, звезды, не очень отличающейся от Солнца. Fomalhaut b также молодая планета, которая вращается очень далеко от своей звезды.

Эти две планеты были открыты главным образом потому, что они достаточно молоды, чтобы быть достаточно горячими, чтобы их можно было увидеть в инфракрасном диапазоне. Я думаю, что старые планеты на очень высоких орбитах будут иметь температуру ниже 10 К, и поэтому будут черными и невидимыми.

Некоторые люди согласны с гипотезой, что в нашей Солнечной системе где-то за пределами Нептуна некоторые не карликовые планеты могут вращаться вокруг Солнца. Существование HD 106906 b и Fomalhaut b предполагает, что это возможно. Каковы шансы, что мы сможем найти хотя бы одну из этих планет в нашей Солнечной системе? Если они существуют, как мы можем их найти?

Недавнее открытие возможно из Planet Nine от Батыгина & Brown (2016) вызвало настоящий переполох, в сообществе астрономии, Астрономической Stack Exchange, и остальным миром. Это, конечно, отчасти потому, что любое упоминание о таком открытии вызовет переполох, но это также отчасти из-за заявленной вероятности того, что движения Транс-Нептунских Объектов (ТНО) будут чисто случайными: 0,007% или 1 на 14 000, что соответствует вероятности ~ 3,8 $\sigma$ .

Тем не менее, реальная вероятность того, что эта планета существует, немного ниже - 90%, по словам Брауна , и 68,3%, по словам Грега Лафлина , астрономии в Калифорнийском университете в Санта-Крус, который знал о результатах до публикации статьи. Разница между этими коэффициентами и коэффициентами, упомянутыми в документе, объясняется тем фактом, что, возможно, существуют другие способствующие факторы, которые могли вызвать перемещения ТНО, а также то, что эти неформальные числа являются скорее догадками, чем оценками.

Ответы на вопросы: почему «9-я планета» еще не обнаружена? уже дали множество методов, которые не будут работать в случае Планеты 9, и почему они не сработали. Помимо очевидной возможности того, что Планета Девять просто не существует, вот некоторые из них:

• Это может быть перепутано с фоновой звездой, смешивающейся с Млечным Путем. ^[1]
• Это далеко, и тускло - возможно, объект 22- ^й величины. ^{[1] , [2]}
• Большинство методов обнаружения экзопланет не будут работать, включая ^[3]
  • Радиальная скорость.
  • Транзит.
  • Гравитационное микролинзирование
  • Прямая визуализация.
• Предыдущие съемки либо не выглядят достаточно углубленными, углубленными, но и в других областях неба, либо охватывают длины волн, на которых эта планета не обнаруживается. ^[4] Это еще одна проблема с использованием WISE, подробно в ответе МБР здесь . Другие проблемы заключаются в том, что планета, вероятно, недостаточно массивна, чтобы WISE могла ее увидеть, и находится очень далеко. Также может быть холодно и иметь низкий альбедо, что затрудняет прямое обнаружение.

Я поднимаю все это, потому что, к удивлению, случай с Девятой Планетой очень важен для обнаружения этих других планет, которые вы упомянули в своем вопросе.

HD 106906 б

Здесь есть несколько сходств между этой планетой и Планетой Девять.

• HD 106906 b имеет орбиту с большой полуосью не менее 650 а.е. Для сравнения, согласно оценкам, приведенным в статье, «Планета Девять» имеет большую полуось около 700 а.е. Тем не менее, другие орбитальные свойства неизвестны для HD 106906 b и могут отличаться.
• HD 106906 b имеет массу около 11 масс Земли; Планета Девять имеет массу около 10 масс Земли.

Одно из отличий состоит в том, что HD 106906 b мог сформироваться там, где он находится в данный момент. Рассеяние, как испытал Планета Девять, кажется маловероятным. Это означает, что эти два могут иметь разные составы - хотя я думаю, что оба могут быть ледяными гигантами или их остатками, учитывая, где они образовались.

Короче говоря, HD 106906 b может быть очень похож на Planet Nine, и хотя мы мало что знаем об этом свойстве, можно с уверенностью сказать, что методы и проблемы обнаружения будут схожими.

Фомальгаут б

Fomalhaut b немного отличается. Его большая полуось составляет ~ 177 а.е. - намного меньше, чем у этих двух других планет - и может составлять от 10 масс Земли до нескольких сотен масс Земли.

Интересно, что Fomalhaut b также был обнаружен косвенно, как и Планета Девять. В пылевом диске Фомальгаут был обнаружен разрыв, который мог быть вызван только массивной планетой. Позже это было прямо изображено.

Прямое обнаружение могло бы быть возможно, если бы Fomalhaut b находился в Солнечной системе, особенно учитывая его большие размеры и массу. Кроме того, это окажет огромное влияние на ТНО. Тем не менее, это будет газовый гигант, а не ледяной гигант, поэтому было бы трудно объяснить, как он продвинулся до сих пор.

Я обсудил эти планеты, чтобы сделать небольшой обход и поговорить о том, что может (а может и не быть) находиться за пределами Нептуна. Я буду более явным здесь.

Что может быть за пределами Нептуна

• Ледяной гигант, как Планета Девять, или остатки одного. Это было бы сформировано ближе, около Юпитера и Сатурна, которые существовали в период резонанса с Сатурном. Другие гигантские резонансы планеты также существовали бы. Затем нестабильность нарушила резонансы, приведя ледяной гигант внутрь к Сатурну, а затем к Юпитеру, где он был отброшен наружу. Это изменило орбиты других четырех газовых гигантов. Я говорил об этом, это еще один мой ответ , на который я, кажется, постоянно ссылаюсь.

  Тем не менее, первоначальный ответ был неправильным, который я с тех пор отметил, и был пересмотрен. По оценкам Батыгина, Планета Девять была бы изгнана за многие, многие, миллионы лет, прежде чем якобы были нарушены резонансы (в соответствии с данными Поздней тяжелой бомбардировки ). Однако это не значит, что не могло быть шестого гиганта. Симуляции Nesvorný & Morbidelli (2012), которые исследовали эволюцию Солнечной системы с четырьмя, пятью и шестью гигантскими планетами, нашли некоторые хорошие результаты с пятью и шестью гигантскими планетами.

• Супер-Земля или мини-Нептун . ¹ Это планеты, которые составляют не более 10 масс Земли. Супер-Земли были бы земными планетами с плотной атмосферой; Мини-Нептун будет газовой планетой. Обратите внимание, что эти имена больше ничего не говорят об их композициях - например, суперземли не обязательно обитаемы.
• Что-то другое. Этот регион еще не был хорошо изучен, и могут быть некоторые другие непредвиденные объекты. Этот тип объекта, вероятно, будет холодным, поскольку WISE (см. Следующий раздел) мог бы обнаружить его иначе.

Что не может быть за пределами Нептуна

• Газовый гигант. ² Широкого поле Infrared Survey Explorer , обнаружил не Сатурн массы не возражает до 10000 а.е., а не Юпитер массы не возражает до 26000 АС .

  

  Это, конечно, помимо многих других планет, которые не могут существовать . Во всяком случае, это, скорее всего, мы бы сейчас обнаружили Fomalhaut b, если бы он был в Солнечной системе.

Таким образом, если предположить , что это нечто большее , чем Нептун, как мы можем оштрафовать его? Что ж, теперь, когда его существование было предположено, и мы знаем, где оно должно быть, астрономы могут направить телескопы в это место и использовать прямую визуализацию.

Было некоторое волнение, потому что телескоп Subaru будет использоваться . Скорее всего, будут использоваться и другие оптические (и, возможно, инфракрасные и другие длины волны) телескопы. Ответы на какую длину волны лучше всего обнаружить «9-ую планету»? (особенно ответ Роба Джеффриса) указывают, что оптические и инфракрасные / ближние инфракрасные волны будут лучшим выбором. На сегодняшний день (24.01.2016 г.) мы можем только строить догадки о том, какие другие инструменты будут использоваться, и каковы их шансы найти эту планету - если она существует.

Кто знает? Может быть, что-то еще неожиданное появится.

^{1 Теперь мы погружаемся в разные вещи, которыми может быть Планета Девять. Мой ответ на вопрос: какого типа объект планетарной массы будет Планета Девять? охватывает это, но есть лучшие ответы на Девятой планете - что еще это может быть? это мое.
2 Будьте осторожны в разнице между ледяным гигантом и газовым гигантом .}

Если такая планета существует, WISE должен ее соблюдать. WISE - это инфракрасный спутник, который снимал все небо. Особенно:

• он мог обнаружить что-либо с температурой выше 70-100 К, тогда как самые крутые из известных экзопланет находятся в диапазоне 100 К (см. гистограмму ниже, взятую из каталога Exoplanets );
• он мог обнаруживать объекты размером более 1 км до 3 а.е. от Солнца или объекты массой 2-3 Юпитера на расстоянии до 7-10 световых лет (примерно от 440 000 до 630 000 а.е., см. здесь и здесь). );

так что я бы сказал, что его существование сейчас совершенно исключено.