Ia memerlukan Scott Sheppard kira-kira 15 minit berjalan kaki untuk bekerja di Jabatan Magnetisme Terapan Institut Carnegie, sebuah kemudahan penyelidikan di Washington, DC, yang pada asalnya diasaskan pada 1904 untuk menyokong ekspedisi untuk memetakan medan magnet bumi. Hari ini, kampus mengamati saintis planet semua disiplin, termasuk Sheppard, yang mengkaji benda-benda angkasa dari sistem solar luar yang melampau. Dia mengatakan dia mendapat idea terbaik ketika berjalan dan dia biasanya terganggu oleh persimpangan, yang memerlukan perhatian yang cukup untuk menghalangi pemikiran dari mengembara dengan cara yang sangat konstruktif. Memandangkan Sheppard yakin bahawa sebuah planet besar yang belum ditemui mengorbit matahari yang jauh melampaui Pluto, seseorang hanya dapat membayangkan di mana pikirannya mengembara pada waktu pagi berjalan.
Idea bahawa planet besar, yang dipanggil Planet 9 atau Planet X, wujud pada jarak yang sangat besar yang kita tidak dapat menemuinya mempunyai ahli astronomi di seluruh dunia mengimbas langit untuk petunjuk. Sheppard, yang telah menemui beberapa objek paling jauh dalam sistem suria, percaya bahawa laluan orbit dari planet-planet kecil ini kemungkinan besar dibentuk oleh pengaruh graviti Planet Hypothetical 9. Dan hari ini, pasukannya mengumumkan penemuan yang lain planet kecil yang sangat jauh-objek kedua paling jauh yang diketahui dalam sistem suria dengan jarak purata-sekali lagi membawa tanda tersirat dari batuan ruang di sekeliling planet gergasi yang belum ditemui.
"Sekali sebulan kita dapati planet, bukan? Jadi, sudah tiba masanya untuk mencari lagi, "kata Sheppard.
The Goblin
Objek baru, secara rasmi dipanggil 2015 TG387, mengorbit dengan kelas khusus benda angkasa yang dikenali sebagai objek Oer Oort Inner, atau objek trans-Neptunian ekstrem (ETNO). Badan batu dan es, yang dijuluki "Goblin" oleh pasukan penemuan, kini terdapat sekitar 80 unit astronomi (AU) dari matahari, atau sekitar dua kali sejauh jarak rata-rata Pluto. Walau bagaimanapun, Goblin bergerak di orbit yang sangat panjang yang membawa kepada jangkauan terluar sistem suria kita yang melampaui sejauh 2, 300 AU semasa perjalanan 40, 000 tahun mengelilingi matahari.
Tetapi sebagai yang menarik sebagai aphelion objek, atau titik paling jauh dari matahari, Goblin mungkin lebih menarik untuk perihelionnya, atau titik terdekatnya. Planet kecil, yang dianggarkan kira-kira 300 kilometer diameter (kira-kira satu-ketujuh saiz Pluto), hanya mendapat hampir 65 AU (enam bilion batu). Oleh kerana pendekatan yang paling dekatnya tidak begitu dekat, Sheppard mengatakan Goblin tidak terjejas dengan graviti planet-planet besar seperti Musytari dan Neptunus.
"Ia tidak masuk ke mana-mana berhampiran dengan planet gergasi, " katanya. "Hanya ada tiga objek yang ada di sana."
Orbit planet kerdil ekstrem baru 2015 TG387 dan rakan-rakannya dalam Objek Awan Oort Cloud 2012 VP113 dan Sedna berbanding dengan seluruh sistem suria. 2015 TG387 dijuluki "The Goblin" oleh para penemu, kerana jawatan sementaranya mengandungi TG dan objek itu mula-mula dilihat berhampiran Halloween. 2015 TG387 mempunyai paksi separuh utama lebih besar daripada sama ada 2012 VP113 atau Sedna, yang bermaksud ia bergerak lebih jauh dari matahari pada titik paling jauh di orbitnya, iaitu sekitar 2300 AU. (Roberto Molar Candanosa dan Scott Sheppard, ihsan Carnegie Institution for Science) Dua lagi adalah Sedna dan 2012 VP113, yang mempunyai perihelia masing-masing sebanyak 76 dan 80 AU, walaupun mereka tidak pernah pergi sejauh Goblin. Ketika dipertimbangkan bersama, ketiga objek ini mula menghasilkan gambaran yang menggembirakan dari dunia jauh mereka. Mereka dipisahkan dari seluruh sistem suria, kebal terhadap pengaruhnya, namun semuanya kelihatan di bahagian yang sama langit.
"Jika anda melihat Sedna, dan anda melihat VP113, dan anda melihat beberapa objek lain yang melampau dengan orbit yang sangat jauh ini, semuanya sangat serupa, " kata Sheppard. "Mereka semua berkumpul di bahagian yang sama langit, mereka semua datang ke perihelion-pendekatan terdekat mereka ke matahari-di tempat yang sama, dan anda akan menjangkakan bahawa secara rawak menyeberangi langit. ... Itulah sebabnya kita fikir ada planet yang lebih besar di luar sana, kerana ia menggembala benda-benda ini ke dalam jenis orbit ini. "
Lain-lain planet kecil yang mengorbit pada jarak yang melampau, seperti FE72 2014, yang merupakan objek paling jauh yang diketahui oleh jarak purata, tetapi mereka cenderung untuk bergerak lebih dekat dengan planet gergasi. 2014 FE72 boleh mendekati matahari berbanding Pluto pada pendekatan terdekatnya. Penjelasan yang meyakinkan untuk benda-benda ini adalah bahawa mereka mengembara terlalu dekat dengan salah satu gergasi gas pada suatu ketika dan dilepaskan ke jarak yang melampau, hampir dikeluarkan sepenuhnya-tetapi ketika ini terjadi, benda-benda berbatu cenderung mengelilingi kembali ke titik dari dari mana mereka dibuang.
Apabila ia datang kepada Goblin, Sedna dan 2012 VP113, sesuatu yang lain telah menjejaskan mereka dalam orbit kesepian, sejajar tetapi selain kejiranan kecil planet kita.
The Shadow of a Discovered Planet
Bagaimana mungkin kewujudan planet besar yang belum ditemui adalah, dengan perlahan-lahan mengelilingi matahari setiap puluhan ribu tahun pada jarak yang melampau, bergantung pada siapa yang anda minta. Bagi pihaknya, Sheppard, yang telah menemui berpuluh-puluh planet kecil, komet dan bulan, akan meletakkan kemungkinan Planet 9 yang ada pada kira-kira 80 atau 85 peratus-dan dia bahkan tidak optimis.
"Keyakinan saya adalah kira-kira 99.84 peratus, " kata Konstantin Batygin, astrofizik planet dan pembantu profesor di California Institute of Technology. Batygin mencipta model teori luar suria untuk mencari petunjuk Planet 9, mengetuk angka-angka di banyak planet kecil yang berkumpul di pelbagai kumpulan dan pengaruh berpuluh-puluh faktor orbit. Kertas beliau 2016 bersama rakan sekerja Caltech, Michael Brown, mungkin meletakkan kes paling kuat untuk Planet 9 lagi, menyimpulkan bahawa terdapat hanya sebahagian kecil kemungkinan kebarangkalian bahawa pengelompokkan objek-objek ini berlaku secara rawak.
"Tubuh ini merupakan tambahan baru yang besar, " kata Batygin mengenai Goblin. "Ia sangat menguatkan kes bagi Planet 9."
Perbandingan 2015 TG387 di 65 AU dengan planet-planet dikenali Sistem Suria. Zuhal dapat dilihat pada 10 AU dan Bumi, tentu saja, pada 1 AU, kerana ukurannya ditakrifkan sebagai jarak antara Matahari dan planet rumah kita. (Roberto Molar Candanosa dan Scott Sheppard, ihsan Carnegie Institution for Science) Lain-lain tidak begitu yakin. "Saya tidak akan pergi ke tahap 85 peratus. Ada garis bukti yang bertentangan, "kata David Tholen, seorang ahli astronomi di University of Hawaii yang merupakan sebahagian dari pasukan yang menemui Goblin. Dia menunjuk kepada kapal angkasa Cassini, yang mengorbit Saturnus selama lebih dari 13 tahun, mengukur dinamika dan daya sistem solar luar. "Itu berfungsi sebagai pengesan yang sangat sensitif dari perkara-perkara lain di luar sana, dan analisis data itu menunjukkan bahawa kita tidak melihat apa-apa bukti untuk [Planet 9]."
Tetapi walaupun mereka tidak membeli hipotesis Planet 9, kebanyakan astronom bersetuju bahawa sesuatu yang tidak dapat dijelaskan adalah merobek objek seperti Goblin dari sistem suria. Beberapa teori mencadangkan bahawa semasa pembentukan awal matahari, lebih dari 4.5 bilion tahun yang lalu apabila bintang-bintang lain membentuk berhampiran, graviti melampau pertemuan dekat dengan bintang boleh menarik objek ini dan meninggalkannya dalam orbit "fosil", Sheppard kata. Sebagai alternatif, mungkin planet-planet kecil ini mungkin ada yang dapat mempengaruhi orbit masing-masing selama berjuta-juta tahun melalui proses yang disebut graviti diri, secara perlahan-lahan menjejaskan satu sama lain jauh dan lebih jauh.
"Sekiranya terdapat banyak planet-planet kecil seperti Sedna dan objek baru ini, tentunya mereka mengerahkan daya graviti di antara satu sama lain, " kata Ann-Marie Madigan, penolong profesor astrofisika di University of Colorado, Boulder, yang mengkaji model graviti diri pada objek sistem solar yang jauh. Dia mengatakan bahawa planet-planet kecil ini "jauh dari sistem solar dalaman, dengan planet-planet gergasi dan benda-benda seperti itu, kuasa [graviti diri] ini sebenarnya boleh menjadi sangat kuat. ... Anda tidak memerlukan planet tambahan di luar sana. "
Madigan mengakui bahawa graviti diri tidak dapat menjelaskan segala-galanya tentang orbit planet-planet kecil yang jauh, seperti penjajaran sepanjang "longitud perihelia", sama dengan paksi utama orbit elips. Dan terdapat "kuasa luar" yang lain untuk dipertimbangkan, kata Sheppard, seperti pasang galaksi-daya graviti kolektif segala-galanya dalam Bima Sakti termasuk lubang hitam supermasif di pusatnya. Teori-teori yang meramalkan kewujudan Planet 9 mengambil semua pengaruh ini, tetapi satu proses yang tidak diketahui boleh bermain juga.
"Ini hebat, " kata Michele Bannister, astronom planet di Queen's University Belfast di UK yang mengetuai Suruhanjaya Sistem Suria Luar Negeri (OSSOS) dari 2013 hingga 2017, yang mengesan 840 planet kecil yang jauh. "Kami mempunyai pelbagai teori ini yang cuba menjelaskan penduduk ini. Ini adalah tanda bidang aktif yang sihat. "
Kecilkan Carian
Sheppard membandingkan kluster Goblin, Sedna dan 2012 VP113 untuk hubungan antara Neptun dan Pluto. Walaupun Neptun melintasi jalur orbit Pluto, kedua-dua badan planet tidak pernah dekat satu sama lain kerana mereka dikunci ke dalam hubungan graviti-dikenali sebagai resonans - yang menyebabkan Pluto mengorbit dua kali untuk setiap tiga orbit Neptunus. Sekiranya anda tidak tahu di mana Neptune berada, anda boleh menentukan planet gergasi dengan memerhatikan Pluto. Walaupun tiga planet kecil yang sangat jauh tidak akan terkunci dalam hubungan yang stabil dengan Planet 9, hubungan graviti yang sama mungkin berlaku.
Sekiranya planet-planet kecil berada dalam tarian graviti dengan Planet 9, bagaimanapun, ini bermakna bahawa planet besar adalah jauh, jauh-dekat aphelion orbitnya kira-kira 1, 000 AU dari matahari. Kita hanya mempunyai gambaran kasar tentang saiz Planet 9-antara dua dan empat kali Bumi, jika ada - dan tidak ada cara untuk menentukan sejauh mana cahaya itu mencerminkan, yang menjadikannya sangat sukar untuk dicari. Satu-satunya sebab kita dapat mencari benda-benda yang jauh lebih kecil seperti Goblin adalah kerana mereka berhampiran dengan pendekatan terdekat mereka, dapat dilihat hanya seketika masa bintang sebelum mereka melangkah masuk ke dalam bayang-bayang.
Gambar-gambar penemuan 2015 TG387 diambil di teleskop Subaru 8 meter yang terletak di atas Mauna Kea di Hawaii pada 13 Oktober 2015. Gambar-gambar itu diambil kira-kira 3 jam. 2015 TG387 boleh dilihat bergerak antara imej berhampiran pusat sementara bintang-bintang dan galaksi jauh lebih jauh. Imej disediakan oleh Scott Sheppard. (Imej yang disediakan oleh Scott Sheppard) "Sembilan puluh sembilan peratus daripada orbit mereka, kita tidak akan dapati mereka, " kata Sheppard. "Jadi, kami hanya dapat melihat hujung gunung batu itu."
Pemburuan untuk Planet 9 menderita daripada kekurangan data yang serius-buat masa sekarang. Sukar untuk menarik kesimpulan statistik dengan ukuran sampel kecil planet-planet kecil, terutamanya apabila beribu-ribu kemungkinan wujud. "Setiap pengesanan ini membayangkan populasi yang luas dan tidak kelihatan, " kata Bannister. "Dan bias-bias yang mengamati benar-benar boleh menjejaskan kesimpulan yang anda gambarkan tentang kewujudan penduduk yang tidak kelihatan yang luas, dan apa bentuk orbitnya mengambil ruang, dan apa yang berpotensi mereka dibentuk oleh atau boleh dibentuk."
Goblin pertama kali dilihat pada tahun 2015 oleh teleskop Subaru 8 meter di Mauna Kea di Hawaii, tetapi planet kecil begitu jauh sehingga tiga tahun pemerhatian susulan diperlukan dengan teleskop di Chile dan Arizona sebelum orbitnya dapat dikira, mendedahkan laluan dan jaraknya yang benar. Beberapa planet kecil tambahan telah ditemui, dan apabila ahli astronomi menyempurnakan parameter orbit mereka, mereka akan mempunyai idea yang lebih baik di mana planet besar tersembunyi-jika di mana-mana sahaja.
Teleskop Subaru di Mauna Kea, Hawaii. (Wikimedia Commons / CC 2.0) "Hakikat bahawa Planet 9 adalah pada akhir hari, sama ada di sana atau tidak di sana, dan matematik yang saya lakukan adalah sama ada betul atau salah, sebenarnya adalah aspek yang menarik dalam keseluruhan masalah ini, " kata Batygin. "Ini bukanlah salah satu daripada masalah ini di mana anda boleh berspekulasi tentang hal itu sehingga anda mati. ... Saya fikir 10 tahun akan datang adalah banyak masa. "
Tinjauan berterusan langit dengan teleskop seperti Subaru dan pemerhatian baru seperti Teleskop Survei Sinoptik Besar (LSST) - yang akan mempunyai kamera digital terbesar di dunia pada 3.2 gigapixel, kira-kira saiz kereta kecil-akan menemui lebih banyak objek kerana pemahaman kita tentang sistem solar tumbuh. Kerja astronomi tambahan, seperti pelepasan data kedua dari teleskop angkasa Gaia, membantu memperbaiki model pergerakan bintang-bintang di seluruh sejarah galaksi, terus mengetatkan kekangan pada planet kecil yang jauh.
Jika dan apabila semua kerja ini membawa kepada penemuan Planet 9, Sheppard berkata, "ia akan menjadi kejayaan sains."
