Artist’s illustration of Planet Nine, eine hypothetische Welt, von der einige Wissenschaftler glauben, dass sie unentdeckt im weit entfernten äußeren Sonnensystem lauert.(Image credit: R. Hurt (IPAC)/Caltech)
Weitere Beweise für einen hypothetischen zusätzlichen Planeten, der in den entferntesten Bereichen unseres Sonnensystems lauert, sind ans Licht gekommen – und die Hinweise stehen im Zusammenhang mit Eiskörpern, die die Umlaufbahn des Neptun kreuzen, während sie lange Schleifen um die Sonne ziehen.
Planet Nine, wie der vorausgesagte Planet genannt wird, wurde erstmals 2016 von Konstantin Batygin und Michael Brown vom Caltech-Institut postuliert, nachdem letzterer 2005 auch den Zwergplaneten Eris entdeckt hatte. Ihre ursprünglichen Beweise konzentrierten sich in erster Linie auf die Anhäufung von transneptunischen Objekten (TNOs), d. h. Objekten, die den Großteil ihrer Umlaufbahn weiter von der Sonne entfernt sind als Neptun. Das ist ziemlich weit. Genauer gesagt hatte sich das Duo auf TNOs mit hoher Inklination konzentriert, d. h. die Objekte umkreisten die Sonne in einem steilen Winkel zur Ekliptikebene.
Da sich der Inhalt des Sonnensystems aus einer Scheibe um die Sonne gebildet hat, würde man erwarten, dass die Bahnen aller Objekte, die die Sonne umkreisen, relativ nahe an der Ebene dieser Scheibe bleiben. Einige tun dies jedoch nicht – und das Team schließt daraus, dass die Schwerkraft von Planet Nine die Objekte aus der Ekliptik herausziehen und sie in stark geneigten Bahnen zusammenfassen könnte, die ähnliche „Apsiden“ (nächstgelegene und entfernteste Punkte in ihren Bahnen um die Sonne) haben und die mit einer ähnlichen Neigung von der Ekliptik weg orientiert sind.
Einige Astronomen blieben jedoch skeptisch und argumentierten, dass das, was Batygin und Brown als Anhäufung sahen, nur eine durch Beobachtungsfehler verursachte Illusion sei. Das Caltech-Duo bestreitet dies und hat nun eine Arbeit veröffentlicht, die sich insbesondere auf Beobachtungen von TNOs mit geringer Neigung konzentriert, die sich nicht häufen, aber dennoch Besonderheiten aufweisen.
Diese eisigen TNOs sind seltsam, weil sie die meiste Zeit ihres Lebens Hunderte Male weiter von der Sonne entfernt sind als die Erde, aber ihre Bahnen sind so langgestreckt, dass sie eintauchen und für kurze Zeit näher an der Sonne sind als Neptun, der nur 30 Mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde. „Mit dieser Arbeit haben wir uns Objekte mit langperiodischen Bahnen angeschaut, die aber auch stark mit Neptun wechselwirken, insbesondere solche, die die Neptunbahn kreuzen“, so Batygin gegenüber kosmischeweiten.de.
Dies schließt nicht jedes Objekt ein, das die Umlaufbahn des Neptun kreuzt, um das klarzustellen. Pluto ist ein gutes Gegenbeispiel. Wie Pluto haben die meisten TNOs keine so langgestreckten Bahnen wie die, die in den neuen Forschungsergebnissen des Teams enthalten sind. Vielmehr haben die meisten TNOs Flugbahnen, die sie über längere Zeiträume relativ nahe genug an Neptun halten, so dass sie von der Schwerkraft des Eisriesen kontrolliert werden können.
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Die untersuchten TNOs und alle anderen, die sich auf ähnlichen Bahnen befinden, verbringen nicht allzu viel Zeit auf ihren Umlaufbahnen; im Laufe von Millionen von Jahren werden sie von der Schwerkraft des azurblauen Eisriesen Neptun unweigerlich weggeschleudert und weit und breit verstreut, manchmal sogar ganz aus dem Sonnensystem hinaus. Das bedeutet, dass das, was auch immer die TNOs auf die den Neptun kreuzenden Bahnen schickt, dies kontinuierlich tut. Es muss einen kontinuierlichen Prozess geben, um den TNO-Vorrat aufzufüllen. Das bedeutet, dass es sich bei dem Übeltäter nicht um etwas handeln kann, das in der fernen Vergangenheit passiert ist, wie etwa ein Stern, der besonders nah vorbeigezogen ist. Es muss etwas sein, das immer noch existiert.
Es gibt zwei Szenarien, die TNOs regelmäßig auf lange, schleifenförmige Bahnen bringen könnten, die Neptuns Bahn kreuzen. Ein Szenario ist das der galaktischen Gezeiten, d. h. der Gravitationskraft der Milchstraßengalaxie um uns herum, die auf Objekte in der Oortschen Wolke wirkt, die weit jenseits von Neptun liegt. Diese Objekte spüren die Schwerkraft der Sonne aufgrund ihrer Entfernung von unserem Wirtsstern nur sehr schwach, aber die galaktische Gezeitenströmung kann sie näher an Neptun heranführen.
Die Existenz eines Planeten Neun mit etwa Neptun-Masse könnte erklären, warum die wenigen bekannten extremen transneptunischen Objekte im Weltraum geballt zu sein scheinen. Das Diagramm wurde mit dem WorldWide Telescope erstellt. (Bildnachweis: Caltech/R. Hurt (IPAC))
Das andere Szenario – vielleicht das interessantere – ist, dass die Schwerkraft von Planet Nine diese Objekte der Oortschen Wolke so stark stört, dass sie sich im Laufe der Zeit dem Neptun nähern.
Batygin und sein Team – Michael Brown, Alessandro Morbidelli vom Observatoire de la Côte d’Azur in Nizza, Frankreich, und David Nesvorny vom South-west Research Institute in Boulder, Colorado – führten zwei Simulationen mit Beobachtungsdaten echter, Neptun durchquerender TNOs mit geringer Neigung durch, um herauszufinden, welches Szenario genauer ist.
In einer Simulation beeinflusste ein Planet mit der fünffachen Masse der Erde die TNOs (die simulierten Eigenschaften, die sie für Planet Neun verwendeten, sind von den Merkmalen abgeleitet, die frühere Beweise wie die Häufung der TNOs mit hoher Neigung am besten erklärten), während in der anderen Simulation überhaupt kein Planet Neun vorkam und nur die galaktischen Gezeiten modelliert wurden. Welche Simulation wäre am besten geeignet, um TNOs an Neptun vorbeizuführen?
Die Simulationen ergaben, dass TNOs mit geringer Neigung nur dann regelmäßig in die Neptunbahn eindringen können, wenn Planet Neun tatsächlich da ist, um sie anzuschleudern. Die Wirbel der galaktischen Gezeiten allein wurden als zu schwach berechnet, um TNOs an Neptun vorbeizuschleudern. In der Simulation der galaktischen Gezeiten kommen die TNOs daher nur bis zu einer bestimmten Entfernung von der Sonne und nicht näher – im Planet-Nine-Szenario sind die TNOs jedoch über eine Reihe von Neptun kreuzenden Bahnen verteilt, was dem entspricht, was wir in der Realität sehen.
„Wir zeigen, dass man das Szenario, bei dem dies alles aufgrund der galaktischen Gezeiten geschieht, mit einem erstaunlichen Grad an statistischer Signifikanz ablehnen kann“, sagte Batygin. „Umgekehrt ist das Planet-Nine-Szenario perfekt mit den Daten vereinbar.“
Batygin vergleicht es mit einem Fußballspiel, bei dem Neptun der Torhüter ist. Die galaktischen Gezeiten können die TNOs in Richtung Tor schießen, aber nicht mit genug Schwung, um sie am Torhüter vorbeizubringen. Planet Nine hingegen ist wie ein planetarischer Harry Kane, der die TNOs regelmäßig mit Finesse an Neptun vorbeischießt.
„Was wir in den Daten sehen, sind eine Reihe von Fußbällen im Tor“, sagte Batygin.
Doch die Jagd nach dem Fußballstürmer geht weiter.
Rendering der Vera C. Rubin-Anlage auf einem Berggipfel (Bildnachweis: Rubin Observatory/NSF/AURA)
Ende dieses Jahrzehnts wird das Vera-Rubin-Observatorium in Chile eröffnet und mit seinem 8,4-Meter-Teleskopspiegel eine nächtliche Durchmusterung des gesamten Himmels durchführen. Es wird in der Lage sein, die bisher vorliegenden Beweise für Planet Neun zu überprüfen – die Häufung der Bahnen, die Ausrichtung ihrer Bahnebenen, ihre steilen Bahnneigungen und das Vorhandensein von retrograden (rückwärts kreisenden) Zentauren. Dabei handelt es sich um Eiskörper, die aus der Oortschen Wolke gekommen sind und derzeit zwischen den äußeren Planeten des Sonnensystems kreisen. Wenn es sich dabei um Täuschungen handelt, die durch Beobachtungsfehler verursacht werden, dann werden die Beobachtungen von Vera Rubin sie als solche entlarven. Umgekehrt könnten sie aber auch die Beweislage stärken und viele weitere TNOs finden, die die gleichen potenziellen Einflüsse wie Planet Neun aufweisen.
„Es wird alle diese Gravitationsbeweise mit einer unabhängigen neuen Untersuchung testen, die nicht den gleichen Verzerrungen unterliegt wie die vorherigen“, sagte Batygin.
Es ist sogar möglich, dass das Vera-Rubin-Observatorium den ganzen Weg geht und tatsächlich den großen Tamale findet.
„Aufgrund seiner Effizienz wird es vielleicht – nur vielleicht – den Planeten Neun finden“, sagte Batygin. „Das wäre ziemlich cool.“
Die neuen Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal Letters angenommen und sind derzeit als Vorabdruck verfügbar.
