Scott Sheppard impiega circa 15 minuti a piedi per lavorare al Dipartimento di magnetismo terrestre della Carnegie Institution, una struttura di ricerca a Washington, DC, originariamente fondata nel 1904 per sostenere le spedizioni per mappare il campo magnetico terrestre. Oggi, il campus ospita scienziati planetari di tutte le discipline, incluso Sheppard, che studia i corpi celesti dell'estremo sistema solare esterno. Dice che ottiene le sue migliori idee mentre cammina e che è comunemente infastidito dalle intersezioni, che richiedono solo sufficiente attenzione per impedire alla mente di vagare in quel modo inspiegabilmente costruttivo. Considerando che Sheppard è convinto che un grande pianeta non scoperto orbita attorno al sole ben oltre Plutone, si può solo immaginare dove la sua mente vaga durante le sue passeggiate mattutine.
L'idea che un enorme pianeta, chiamato Planet 9 o Planet X, esiste a una distanza così grande che non siamo stati in grado di trovarlo, ha astronomi di tutto il mondo che cercano indizi sui cieli. Sheppard, che ha scoperto alcuni degli oggetti più distanti nel sistema solare, crede che i percorsi orbitali di questi pianeti minori siano probabilmente modellati dall'influenza gravitazionale di un ipotetico Pianeta 9. E oggi il suo team ha annunciato la scoperta di un altro pianeta secondario estremamente distante - il secondo oggetto più lontano conosciuto nel sistema solare per distanza media - che porta di nuovo il segno distintivo di una roccia spaziale nelle prese di un pianeta gigante da scoprire.
“Una volta al secolo troviamo un pianeta, giusto? Quindi, è tempo di ritrovarne uno ”, afferma Sheppard.
The Goblin
Il nuovo oggetto, chiamato ufficialmente TG387 2015, orbita con una classe speciale di corpi celesti noti come oggetti Inner Oort Cloud, o oggetti transnettuniani estremi (ETNO). Il corpo di roccia e ghiaccio, soprannominato "il Goblin" dal team di scoperta, è attualmente a circa 80 unità astronomiche (AU) dal sole, o circa il doppio della distanza media di Plutone. Tuttavia, il Goblin viaggia su un'orbita molto allungata che lo porta fino alle estreme aree più esterne del nostro sistema solare, andando in loop fino a 2.300 UA durante il suo viaggio di 40.000 anni attorno al sole.
Ma per quanto affascinante sia l'afelio dell'oggetto, o il suo punto più distante dal sole, il Goblin è forse ancora più interessante per il suo perielio, o il suo punto più vicino. Il pianeta minore, stimato a circa 300 chilometri di diametro (circa un settimo delle dimensioni di Plutone), si avvicina solo a 65 UA (sei miliardi di miglia). Poiché il suo approccio più vicino non è affatto vicino, Sheppard afferma che il Goblin è difficilmente influenzato dalla gravità dei pianeti enormi come Giove e Nettuno.
"Non arriva mai vicino a dove si trovano i pianeti giganti", dice. "Ci sono solo tre di questi oggetti che restano lontani."
Le orbite del nuovo pianeta nano estremo 2015 TG387 e i suoi compagni Inner Oort Cloud oggetti 2012 VP113 e Sedna rispetto al resto del sistema solare. 2015 TG387 è stato soprannominato "The Goblin" dagli scopritori, poiché la sua designazione provvisoria contiene TG e l'oggetto è stato visto per la prima volta vicino ad Halloween. 2015 TG387 ha un asse semi-maggiore più grande rispetto a VP113 o Sedna del 2012, il che significa che viaggia molto più lontano dal sole nel punto più distante della sua orbita, che è di circa 2300 UA. (Roberto Molar Candanosa e Scott Sheppard, per gentile concessione del Carnegie Institution for Science) Gli altri due sono Sedna e VP113 del 2012, che hanno rispettivamente la perielia di 76 e 80 UA, sebbene non viaggino mai fino al Goblin. Se considerati insieme, questi tre oggetti iniziano a produrre un'immagine allettante del loro regno lontano. Sono disaccoppiati dal resto del sistema solare, immuni alla sua influenza, eppure appaiono tutti nella stessa parte del cielo.
"Se guardi Sedna e guardi VP113 e guardi alcuni degli altri oggetti estremi con queste orbite molto distanti, sono tutti molto simili", dice Sheppard. "Sono tutti raggruppati nella stessa parte del cielo, arrivano tutti al perielio - il loro approccio più vicino al sole - nello stesso posto, e ti aspetteresti che sia casuale in tutto il cielo. ... Ecco perché pensiamo che ci sia un pianeta più grande là fuori, perché sta guidando questi oggetti in questo tipo di orbite. "
Altri pianeti minori orbitano a distanze estreme, come FE72 del 2014, che è l'oggetto più lontano conosciuto per distanza media, ma tendono ad avvicinarsi ai pianeti giganti. Il FE72 del 2014 può avvicinarsi al sole rispetto a Plutone al suo approccio più vicino, per esempio. Una spiegazione convincente per questi oggetti è che a un certo punto vagarono troppo vicino a uno dei giganti gassosi e furono scagliati a distanze estreme, quasi espulsi del tutto, ma quando ciò accade, gli oggetti rocciosi tendono a tornare indietro vicino al punto da da dove furono gettati.
Quando si tratta di Goblin, Sedna e VP113 del 2012, qualcos'altro li ha intrappolati in un'orbita solitaria, allineata ma a parte il nostro piccolo quartiere di pianeti.
L'ombra di un pianeta da scoprire
La probabilità che esista un pianeta enorme da scoprire, girando lentamente intorno al sole ogni decine di migliaia di anni a distanze estreme, dipende da chi chiedi. Da parte sua, Sheppard, che ha scoperto dozzine di pianeti, comete e lune minori, collocherebbe le probabilità che il Pianeta 9 esista all'80 o all'85% circa, e non è nemmeno il più ottimista.
"La mia fiducia è di circa il 99, 84 percento", afferma Konstantin Batygin, un astrofisico planetario e assistente professore al California Institute of Technology. Batygin crea modelli teorici del sistema solare esterno per cercare suggerimenti del Pianeta 9, sgretolando i numeri su numerosi pianeti minori che si raggruppano in vari gruppi e le influenze di dozzine di fattori orbitali. Il suo articolo del 2016 con il collega della Caltech Michael Brown ha presentato forse il caso più forte per Planet 9, concludendo che c'era solo una frazione dell'uno percento di probabilità che i raggruppamenti di questi oggetti si verificassero casualmente.
"Questo corpo è un'enorme nuova aggiunta", afferma Batygin del Goblin. "Rafforza molto il caso di Planet 9."
Un confronto del TG387 2015 a 65 UA con i pianeti noti del Sistema Solare. Saturno può essere visto a 10 UA e la Terra è, ovviamente, a 1 UA, poiché la misurazione è definita come la distanza tra il Sole e il nostro pianeta natale. (Roberto Molar Candanosa e Scott Sheppard, per gentile concessione del Carnegie Institution for Science) Altri non sono così sicuri. “Non andrei al livello dell'85 percento. Esistono prove contrastanti ", afferma David Tholen, un astronomo dell'Università delle Hawaii che faceva parte del gruppo che ha scoperto il Goblin. Indica il veicolo spaziale Cassini, che orbitò intorno a Saturno per più di 13 anni, misurando la dinamica e le forze del sistema solare esterno. "Questo serve come rivelatore molto sensibile di altre cose là fuori e l'analisi di quei dati suggerisce che non vediamo alcuna prova per [Planet 9]."
Ma anche se non comprano l'ipotesi del Pianeta 9, la maggior parte degli astronomi concordano sul fatto che qualcosa di inspiegabile sta strappando oggetti come il Goblin dal sistema solare. Alcune teorie suggeriscono che durante la prima formazione del sole, oltre 4, 5 miliardi di anni fa, quando altre stelle si stavano formando nelle vicinanze, l'estrema gravità di un incontro stellare ravvicinato avrebbe potuto allontanare questi oggetti e lasciarli in un'orbita "fossilizzata", Sheppard dice. In alternativa, forse esistono abbastanza di questi pianeti minori che possono influenzare le reciproche orbite per molti milioni di anni attraverso un processo chiamato auto-gravitazione, spingendosi gradualmente a vicenda sempre più lontano.
"[Se ci sono] molti di questi pianeti minori come Sedna e questo nuovo oggetto, ovviamente esercitano forze gravitazionali l'uno sull'altro", afferma Ann-Marie Madigan, assistente professore di astrofisica all'Università del Colorado, Boulder, che studia modelli di auto-gravitazione su oggetti distanti del sistema solare. Dice che questi pianeti minori sono “così lontani dal sistema solare interno, con i pianeti giganti e cose del genere, queste forze [di auto-gravità] possono effettivamente essere estremamente potenti. ... Non hai bisogno di un pianeta in più là fuori. "
Madigan ammette che l'auto-gravità non può spiegare tutto sulle orbite dei pianeti minori distanti, come l'allineamento lungo la loro "longitudine di perielia", simile agli assi principali delle orbite ellittiche. E ci sono anche altre "forze esterne" da considerare, dice Sheppard, come la marea galattica - la forza gravitazionale collettiva di tutto ciò che è nella Via Lattea, compreso il buco nero supermassiccio al suo centro. Le teorie che prevedono l'esistenza di Planet 9 tengono conto di tutte queste influenze, ma potrebbe anche essere in gioco un processo sconosciuto.
"Questo è grandioso", afferma Michele Bannister, astronomo planetario della Queen's University di Belfast nel Regno Unito, che ha co-guidato l'Outer Solar System Origins Survey (OSSOS) dal 2013 al 2017, che ha rilevato 840 pianeti minori distanti. “Abbiamo tutta questa varietà di teorie che stanno cercando di spiegare questa popolazione. Questo è il segno di un buon campo attivo sano. "
Restringere la ricerca
Sheppard confronta il raggruppamento di Goblin, Sedna e VP113 del 2012 con una relazione tra Nettuno e Plutone. Sebbene Nettuno attraversi il percorso orbitale di Plutone, i due corpi planetari non si avvicinano mai l'uno all'altro perché sono bloccati in una relazione gravitazionale - nota come risonanza - che provoca l'orbita di Plutone due volte ogni tre orbite di Nettuno. Se non sapessi dove fosse Nettuno, potresti individuare il pianeta gigante osservando da vicino Plutone. Sebbene i tre pianeti minori estremamente distanti non sarebbero bloccati in una relazione così stabile con il Pianeta 9, potrebbe verificarsi una simile relazione gravitazionale.
Se i pianeti minori sono in una danza gravitazionale con Planet 9, tuttavia, ciò potrebbe significare che il grande pianeta è molto, molto lontano, vicino all'afelio della sua orbita a circa 1.000 UA dal sole. Abbiamo solo un'idea approssimativa delle dimensioni del Pianeta 9 - tra due e quattro volte quella della Terra, se esiste - e non c'è modo di determinare la sua quantità di luce che riflette, il che rende incredibilmente difficile la ricerca. L'unico motivo per cui siamo stati in grado di trovare oggetti più piccoli e distanti come il Goblin è perché sono vicini al loro approccio più vicino, visibili solo per un istante di tempo stellare prima che si allontanino nell'ombra.
Le immagini della scoperta del TG387 2015 scattate nel telescopio Subaru da 8 metri situato in cima a Mauna Kea alle Hawaii il 13 ottobre 2015. Le immagini sono state scattate a circa 3 ore di distanza. 2015 TG387 può essere visto muoversi tra le immagini vicino al centro mentre le stelle e le galassie molto più distanti sono stazionarie. L'immagine è fornita da Scott Sheppard. (Immagine fornita da Scott Sheppard) "Il novantanove percento della loro orbita, non li troveremmo", afferma Sheppard. "Quindi, troviamo solo la punta dell'iceberg."
La caccia a Planet 9 soffre di una grave mancanza di dati, per ora. È difficile trarre conclusioni statistiche con una dimensione del campione così piccola di pianeti minori, specialmente quando probabilmente ne esistono migliaia. "Ognuna di queste rilevazioni implica una vasta popolazione invisibile", afferma Bannister. "E così i pregiudizi osservativi possono davvero influenzare le conclusioni che traggete sull'esistenza di quella vasta popolazione invisibile, e su quali forme le sue orbite assumono nello spazio e da cosa potenzialmente sono state modellate o da cui potrebbero essere state modellate."
Il Goblin è stato individuato per la prima volta nel 2015 dal telescopio giapponese Subaru da 8 metri sul Mauna Kea alle Hawaii, ma il pianeta minore è così lontano che sono stati necessari tre anni di osservazioni di follow-up con i telescopi in Cile e Arizona prima che potesse essere la sua orbita calcolato, rivelando il suo vero percorso e distanza. Sono stati scoperti numerosi altri pianeti minori e quando gli astronomi perfezionano i loro parametri orbitali, avranno una migliore idea di dove sia nascosto il massiccio pianeta, se non altro.
Il telescopio Subaru su Mauna Kea, Hawaii. (Wikimedia Commons / CC 2.0) "Il fatto che Planet 9 sia, alla fine, o lì o no, e che la matematica che ho fatto sia giusta o sbagliata, è in realtà un aspetto meravigliosamente attraente di tutto questo problema", afferma Batygin. “Questo non è uno di questi problemi in cui puoi speculare fino a quando non muori. ... Penso che i prossimi 10 anni siano un sacco di tempo. "
I continui rilievi del cielo con telescopi come Subaru e nuovi osservatori come il Large Synoptic Survey Telescope (LSST), che avrà la più grande fotocamera digitale del mondo a 3, 2 gigapixel, delle dimensioni di una piccola auto, scopriranno ancora più oggetti man mano che la nostra comprensione del sistema solare cresce. Ulteriori lavori di astronomia, come il secondo rilascio di dati dal telescopio spaziale Gaia, aiutano a perfezionare i nostri modelli dei movimenti delle stelle nel corso della storia della galassia, rafforzando ulteriormente i vincoli sui pianeti minori estremamente distanti.
Se e quando tutto questo lavoro porterà alla scoperta di Planet 9, dice Sheppard, "sarà un trionfo della scienza".
