Астрономы из Калифорнийского технологического института представили новые доказательства существования гипотетической Девятой планеты, скрывающейся в отдалённых уголках Солнечной системы. Эти подсказки связаны с поведением ледяных тел, называемых транснептуновыми объектами (ТНО), которые пересекают орбиту Нептуна, двигаясь по длинным, извилистым траекториям вокруг Солнца.

Гипотеза о Девятой планете была впервые выдвинута в 2016 году астрономами Константином Батыгиным и Майклом Брауном, открывателем карликовой планеты Эрида. Их первоначальные данные были сосредоточены на скоплении ТНО с большими наклонами орбит — объектов, вращающихся вокруг Солнца под крутыми углами к плоскости эклиптики, по которой движутся планеты.

Поскольку Солнечная система сформировалась из вращающегося диска вокруг Солнца, орбиты большинства объектов должны оставаться близкими к плоскости этого диска. Однако некоторые ТНО имеют сильно наклонённые орбиты, и учёные предположили, что гравитационное влияние массивной Девятой планеты может вытягивать их из плоскости эклиптики, группируя на схожих наклоненных орбитах с одинаково ориентированными апсидами (ближайшими и дальнейшими точками от Солнца).

Иллюстрация Девятой Планеты, которая, по мнению Майка Брауна и Константина Батыгина, скрывается в далёкой части Солнечной системы. Источник: R. Hurt (IPAC) / Caltech

Несмотря на скептицизм некоторых астрономов, утверждающих, что наблюдаемая кластеризация ТНО является иллюзией из-за погрешностей наблюдений, Батыгин и Браун опубликовали новую статью, анализирующую ТНО с низкими наклонами орбит, которые не группируются, но демонстрируют другое необычное поведение.

Эти ледяные ТНО проводят большую часть времени в сотни раз дальше от Солнца, чем Земля, но их вытянутые орбиты позволяют им временами приближаться ближе к Солнцу, чем Нептун, находящийся всего в 30 раз дальше от Солнца, чем наша планета. «В этой работе мы рассмотрели объекты с долгопериодическими орбитами, но которые также сильно взаимодействуют с Нептуном, особенно те, которые пересекают его орбиту», — пояснил Батыгин.

В отличие от Плутона и многих других ТНО, чьи орбиты находятся под контролем гравитации Нептуна, изученные объекты уходят на сотни астрономических единиц от гравитационного влияния ледяного гиганта, где гипотетическая Девятая планета могла бы воздействовать на них, если она существует. Поскольку эти ТНО приходят со всех направлений вблизи эклиптики, не образуя скоплений, аргумент о наблюдательных погрешностях здесь оказывается неприменим.

Однако пути таких ТНО недолговечны — гравитация Нептуна неизбежно выбросит их через миллионы лет, рассеивая, а иногда и вовсе вытесняя за пределы Солнечной системы. Это означает, что должен существовать некий постоянный процесс, пополняющий запасы ТНО на пересекающих орбитах Нептуна. Причиной не может быть разовое событие вроде пролёта рядом со звездой в далёком прошлом — это должен быть непрерывно действующий фактор в настоящее время.

Первый сценарий — галактический прилив, представляющий собой гравитационное воздействие Млечного Пути на объекты в Облаке Оорта. Эти тела слабо чувствуют притяжение Солнца из-за огромного расстояния, но галактический прилив может сбить их на пути, ведущие к Нептуну.

Второй сценарий предполагает, что гравитация гипотетической Девятой планеты возмущает орбиты объектов Облака Оорта, со временем приближая их к Нептуну.

Чтобы выяснить, какой из сценариев более вероятен, команда Батыгина провела компьютерное моделирование, опираясь на наблюдения реальных ТНО с низкими наклонами орбит, пересекающих орбиту Нептуна. В одной симуляции присутствовала планета с массой в 5 раз больше Земли (свойства гипотетической Девятой Планеты), а в другой — только галактический прилив без влияния планеты.

Существование Девятой планеты массой примерно с Нептун могло бы объяснить, почему несколько известных транснептуновых объектов кажутся сгруппированными в космосе.
Источник: R. Hurt (IPAC) / Caltech

Результаты показали, что только в сценарии с Девятой планетой ТНО регулярно проникают на орбиты, пересекающие Нептун, что соответствует реальным наблюдениям. Сами по себе галактические приливы оказались слишком слабыми, чтобы привести ТНО так близко к Нептуну.

«Мы показали, что можно отвергнуть сценарий с галактическими приливами с высокой статистической значимостью. И наоборот, сценарий с Девятой планетой полностью совместим с данными», — заявил Батыгин.

В ближайшие годы новая обсерватория имени Веры Рубин в Чили с 8,4-метровым зеркалом телескопа начнёт обзор, который сможет проверить имеющиеся свидетельства Девятой планеты: группировку и ориентацию орбит ТНО, их крутые наклоны и преобладание ретроградных «кентавров» — ледяных астероидов из Облака Оорта между орбитами внешних планет.

Если эти особенности окажутся артефактами наблюдательной погрешности, то обзор выявит это. Но результаты обзора могут значительно укрепить доказательства существования Девятой планеты.

«Все эти гравитационные улики будут проверены новым независимым исследованием, не подверженным той же предвзятости, что и прежние. Благодаря высокой чувствительности, возможно, мы найдем Девятую планету в ходе этого обзора», — резюмировал Батыгин.