Chodzi o chłodną geometrię orbit. Jeśli wiele odległych obiektów zewnętrznego Układu Słonecznego zaczyna ustawiać się w sposób, którego nie da się łatwo wytłumaczyć samą grawitacją znanych planet, to ktoś lub coś musiał im ten układ “podpowiedzieć”. Ciekawie obserwuje się takie detektywistyczne poczynania w astronomii, gdy nie łapie się winowajcy za rękę, tylko patrzy na krzywo ułożone wskazówki i pyta, kto mógł zostawić taki ślad.
Krzywa płaszczyzna Pasa Kuipera
Najważniejsza obserwacja nie dotyczy konkretnego, pojedynczego obiektu ani jednego dziwnego przypadku, tylko średniej płaszczyzny orbit w odległej części Pasa Kuipera. W idealnym świecie, bez dodatkowych masywnych ciał gdzieś na obrzeżach, ta średnia płaszczyzna powinna pokrywać się z tzw. niezmienną płaszczyzną Układu Słonecznego, wynikającą z sumy pędów orbitalnych znanych planet.
Tymczasem dla pewnych zakresów odległości od Słońca pojawia się coś w rodzaju wygięcia lub lokalnego skręcenia tej średniej płaszczyzny. Nie mówimy tu o efekcie typu “o, jeden obiekt ma dziwną orbitę”. To ma być cecha zbiorowa, zauważalna statystycznie, choć obarczona dużymi niepewnościami, bo mówimy o niewielkiej próbce naprawdę odległych ciał. Jeżeli taki skręt nie jest złudzeniem wynikającym z doboru danych, to aż się prosi o wyjaśnienie grawitacyjne. Najprostszy kandydat to dodatkowy obiekt o masie planetarnej na nachylonej orbicie, który przez miliony i miliardy lat wymusza określone ustawienie węzłów i nachyleń orbit mniejszych ciał.
Tu robi się ciekawie, bo łatwo wrzucić wszystko do jednego worka z napisem “Planeta Dziewiąta” i zamknąć temat. Problem w tym, że w literaturze krąży kilka niezależnych hipotez o możliwych masywnych ciałach na peryferiach Układu Słonecznego, a one próbują tłumaczyć różne zjawiska.
W wariancie Planet Y mówi się o obiekcie wyraźnie bliższym niż klasyczne wersje. Raczej planeta skalista lub lodowa o masie od zbliżonej do Merkurego aż do około ziemskiej, krążąca na dystansach rzędu setek jednostek astronomicznych, ale niekoniecznie tak daleko, jak najbardziej znane scenariusze. Taki obiekt miałby wpływać przede wszystkim na płaszczyznę i nachylenia odległych orbit, a nie na słynne zgrupowanie peryheliów ekstremalnych obiektów transneptunowych.
To rozróżnienie pozwala zrozumieć, dlaczego jedna hipotetyczna planeta nie musi załatwiać wszystkich anomalii naraz. Układ zewnętrzny może być bardziej skomplikowany, a część efektów może mieć inne źródło: selekcję obserwacyjną, dawną migrację planet olbrzymów, a nawet przeszłe spotkania z gwiazdami w gromadzie, w której rodziło się Słońce. Najuczciwsza wersja brzmi więc tak: to osobny wątek, oparty na innym typie sygnału i prowadzący do innego zakresu parametrów dla potencjalnego sprawcy.
Dlaczego to tak trudne do ustalenia?
Kłopot z Pasem Kuipera polega na tym, że to obszar słaby, daleki i niewygodny. Widzimy głównie te obiekty, które akurat są na tyle blisko w swojej wydłużonej orbicie, że w ogóle dają się zauważyć. Do tego dochodzi fakt, że przeglądy nieba nie obserwują wszystkich kierunków tak samo często i tak samo głęboko. To znaczy, że próbka znanych obiektów nie jest uczciwą losową próbą całej populacji. Dlatego ogromnie ważne jest, jak mierzy się średnią płaszczyznę i jak odcina się wpływ stronniczości obserwacyjnej.
W nowych analizach podkreśla się metody, które mają być możliwie niezależne od tego, gdzie teleskopy najczęściej patrzyły, i które sprawdzają, czy wynik nie bierze się z geometrii przeglądów, a nie z geometrii samego Układu Słonecznego. Nawet jeśli metoda jest dobra, zostaje brutalna statystyka: liczba bardzo odległych, dobrze opisanych orbit jest wciąż mała. To sprawia, że efekt może być umiarkowanie istotny statystycznie, a jednocześnie bardzo kuszący interpretacyjnie. W astronomii Układu Słonecznego to klasyka. Sygnał wygląda sensownie, ale dopóki nie urośnie próba, zawsze jest ryzyko, że to fluktuacja lub artefakt selekcji.
Najlepszy test dla takich hipotez jest prosty, trzeba odkryć znacznie więcej odległych obiektów i zobaczyć, czy skręt średniej płaszczyzny pozostaje, rośnie, znika czy zmienia kształt. Jeżeli to prawdziwy efekt dynamiczny, dodatkowe dane powinny go doprecyzować. Do tego potrzebne są przeglądy, które patrzą szeroko i głęboko, z dobrą kontrolą nad selekcją obserwacyjną. Taki skok w liczbie znanych obiektów ma przynieść nowa generacja systematycznych obserwacji, które będą wyłapywać słabe punkty światła w zewnętrznym Układzie Słonecznym hurtowo.
Może się też okazać, że zamiast znaleźć planetę, można po prostu udowodnić, że jej nie ma w danym zakresie mas i odległości. Dla naszej wiedzy to też jest wygrana, bo wtedy znika wygodny skrót myślowy i trzeba wrócić do innych mechanizmów: historii migracji Neptuna, roli rezonansów, albo do tego, jak zewnętrzny Układ Słoneczny był rzeźbiony w młodości.
Co mogło udawać planetę, nawet jeśli jej tam nie ma?
Zanim dopisze się w notesie kolejną hipotetyczną planetę, warto zrobić rzecz niepopularną, ale zdrową. Sprawdzić, czy podobny sygnał da się wyprodukować bez dodatkowej masy. Zewnętrzny Układ Słoneczny to miejsce, w którym na przestrzeni miliardów lat działały nie tylko grawitacje planet, ale też historia ich migracji, rezonanse i długotrwałe efekty zbiorowe. Czasem system potrafi ustawić populację orbit tak, że wygląda to jak działanie jednego, konkretnego sprawcy, choć tak naprawdę jest wynikiem wielu drobnych pchnięć.
Pierwszy podejrzany to selekcja obserwacyjna. Jeśli teleskopy częściej patrzą w określone obszary nieba, a odległe obiekty dają się wykryć głównie wtedy, gdy akurat są bliżej Słońca, można nieświadomie zbudować próbkę, która ma wspólny rys geometryczny. To trochę jak ocena gustów muzycznych na podstawie ludzi, którzy przyszli na jeden koncert. Wynik jest prawdziwy, ale dotyczy głównie tych, których już wcześniej coś w tę stronę ciągnęło.
Drugi kandydat to przeszłość Neptuna i pas rezonansów, które potrafią rzeźbić orbity jak tokarka. Migracja planet olbrzymów nie była łagodnym przesunięciem w ciszy. To proces, który mógł destabilizować jedne populacje, a inne uwięzić w rezonansach, zostawiając po sobie układ, który dziś czytamy jak zapis dawnej katastrofy logistycznej. Jeżeli średnia płaszczyzna orbit w dalekim Pasie Kuipera jest skręcona, może to być echo takich dawnych przetasowań, a nie efekt bieżącego pociągania przez ukrytą planetę.
Jest jeszcze opcja, która brzmi egzotycznie, ale wcale nie jest marginalna. Zewnętrzny Układ Słoneczny mógł zostać delikatnie kopnięty przez przelot gwiazdy w młodości Słońca, gdy rodziło się ono w gromadzie. Wystarczy jedno bliskie spotkanie w odpowiednim momencie, by dodać populacji odległych obiektów wspólną orientację lub nachylenie, które potem utrwala się w dynamice długookresowej. Taki ślad nie wymaga planety, tylko przeszłości, której nie da się już obejrzeć, ale da się ją odtworzyć po skutkach.
Najciekawsze jest to, że każdy z tych scenariuszy prowadzi do innego testu rzeczywistości. Jeśli sygnał wynika z selekcji, zniknie wraz z większą i bardziej równomierną próbą. Jeśli to echo migracji Neptuna, powinno zostawić podpis również w innych własnościach populacji, na przykład w rozkładzie mimośrodów i rezonansów. A jeśli to dawne spotkanie gwiazdy, można szukać zgodności z symulacjami ewolucji w gromadzie i z tym, jak powinien wyglądać rozkład odległych orbit w takim scenariuszu.
Źródła: IFLScience; Science Direct; Universe Today