Planet Nine är en teoretisk, oupptäckt jätteplanet i de mystiska avlägsna delarna av vårt solsystem.

Förekomsten av Planet Nine har antagits förklara allt från lutningen av solens spinnaxel till den uppenbara klustringen i banorna för små, isiga asteroider bortom Neptunus.

Men existerar Planet Nine verkligen?

Upptäckter i utkanten av vårt solsystem

Kuiperbältet är en samling små, isiga kroppar som kretsar runt solen bortom Neptunus, på avstånd större än 30 AU (en astronomisk enhet eller AU är avståndet mellan jorden och solen). Dessa Kuiperbältsobjekt (KBO) varierar i storlek från stora stenblock till 2, 000 km tvärs över. KBO är överblivna små bitar av planetmaterial som aldrig inkorporerades i planeter, liknande asteroidbältet.

Upptäckten från den mest framgångsrika Kuiperbältsundersökningen hittills, Outer Solar System Origins Survey (OSSOS), föreslå en smygare förklaring till de banor vi ser. Många av dessa KBO:er har upptäckts ha mycket elliptiska och lutande banor, som Pluto.

Matematiska beräkningar och detaljerade datorsimuleringar har visat att de banor vi ser i Kuiperbältet endast kan ha skapats om Neptunus ursprungligen bildade några AU närmare solen, och migrerade utåt till sin nuvarande omloppsbana. Neptunus migration förklarar genomgripandet av mycket elliptiska banor i Kuiperbältet, och kan förklara alla KBO-banor vi har observerat, förutom en handfull KBO på extrema banor som alltid stannar minst 10 AU bortom Neptunus.

Bevis på Planet Nine?

Dessa extrema banor har gett de starkaste bevisen för planet nio. De första som upptäcktes var alla begränsade till en kvadrant av solsystemet. Astronomer förväntar sig att observera banor i alla olika riktningar, såvida det inte finns en yttre kraft som begränsar dem. Att hitta flera extrema KBO på banor som pekade i samma riktning var en antydan om att något var på gång. Två separata grupper av forskare beräknade att endast en stor, mycket avlägsen planet kan hålla alla omloppsbanor begränsade till en del av solsystemet, och teorin om Planet Nine föddes.

Planet nio är teoretiserad att vara fem till tio gånger så massiv som jorden, med en omloppsbana som sträcker sig mellan 300-700 AU. Det har gjorts flera publicerade förutsägelser för dess placering i solsystemet, men ingen av sökteamen har ännu upptäckt det. Efter mer än fyra års sökande, det finns fortfarande bara indirekta bevis för Planet Nine.

Sökandet efter KBO:er

Att söka efter KBO kräver noggrann planering, exakta beräkningar och noggrann uppföljning. Jag är en del av OSSOS, ett samarbete mellan 40 astronomer från åtta länder. Vi använde Kanada-Frankrike-Hawaii-teleskopet under fem år för att upptäcka och spåra mer än 800 nya KBO, nästan en fördubbling av antalet kända KBO:er med väl uppmätta banor. De KBO som upptäckts av OSSOS varierar i storlek från några kilometer till över 100 km, och sträcker sig i upptäcktsavstånd från några få AU till över 100 AU, med majoriteten på 40-42 AU i Kuiperbältet.

KBO:er sänder inte ut sitt eget ljus:Dessa små, isiga kroppar reflekterar bara ljus från solen. Således, fördomarna mot detektion på större avstånd är extrema:om du flyttar en KBO 10 gånger längre bort, det blir 10, 000 gånger svagare. Och på grund av fysikens lagar, KBO:er på elliptiska banor kommer att tillbringa större delen av sin tid på de mest avlägsna delarna av sina banor. Så, medan det är lätt att hitta KBO på elliptiska banor när de är nära solen och ljusa, dessa KBO:er spenderar mest tid på att vara mycket svagare och svårare att upptäcka.

Detta innebär att KBO:erna på elliptiska banor är särskilt svåra att upptäcka, speciellt de extrema som alltid håller sig relativt långt från solen. Endast ett fåtal av dessa har hittats hittills och, med nuvarande teleskop, vi kan bara upptäcka dem när de är nära pericentret – den punkt som ligger närmast solen i deras omloppsbana.

Detta leder till en annan observationsbias som historiskt sett har ignorerats av många KBO-undersökningar:KBOs i varje del av solsystemet kan bara upptäckas vid vissa tider på året. Markbaserade teleskop är dessutom begränsade av säsongsbetonat väder, med upptäckter som är mindre sannolikt att inträffa när det är molnigt, regniga eller blåsiga förhållanden är vanligare. Upptäckter av KBO är också mycket mindre sannolika nära planet för Vintergatans galax, där otaliga stjärnor gör det svårt att hitta de svaga, iskalla vandrare i teleskopbilder.

Det som gör OSSOS unikt är att vi är mycket offentliga om dessa fördomar i upptäckter. Och eftersom vi förstår våra fördomar så väl, vi kan använda datorsimuleringar för att rekonstruera den verkliga formen av Kuiperbältet efter att ha tagit bort dessa fördomar.

Justerar för fördomar

OSSOS upptäckte en handfull nya extrema KBO:er, varav hälften är utanför det begränsade området, och är statistiskt överensstämmande med en enhetlig fördelning. En ny studie (som för närvarande granskas) bekräftar de icke-klustrade upptäckterna av OSSOS. Ett team av astronomer som använde data från Dark Energy Survey (DES) hittade över 300 nya KBO:er utan klustring av omloppsbanor. Så nu har två oberoende undersökningar – som båda noggrant spårade och rapporterade deras observationsfördomar när de upptäckte oberoende uppsättningar av extrema KBOs – inte hittat några bevis för klustrade banor.

Alla extrema KBOs som hade upptäckts före OSSOS och DES kom från undersökningar som inte fullt ut rapporterade deras riktningsfördomar. Så vi vet inte om alla dessa KBO upptäcktes i samma kvadrant av solsystemet eftersom de faktiskt är instängda, eller för att inga undersökningar sökte tillräckligt djupt i de andra kvadranterna. Vi utförde ytterligare simuleringar som visade att om observationer endast görs under en säsong från ett teleskop, extrema KBO:er kommer naturligtvis bara att upptäckas i en kvadrant av solsystemet.

Att ytterligare testa Planet Nine-teorin, vi tittade i detalj på banorna för alla kända "extrema" KBO:er och fann att alla utom de två högsta pericentrerade KBO:erna kan förklaras av kända fysiska effekter. Dessa två KBO är extremvärden, men våra tidigare detaljerade datorsimuleringar av Kuiperbältet, som inkluderade gravitationseffekter från Planet Nine, producerade en uppsättning "extrema" KBO:er med pericenter som sträcker sig smidigt från 40 till över 100 AU.

Dessa simuleringar förutspår att det borde finnas många KBO:er med pericenter lika stora som de två extremvärdena, men också många KBO:er med mindre pericenter, vilket borde vara mycket lättare att upptäcka. Varför stämmer inte banupptäckten med förutsägelserna? Svaret kan vara att Planet Nine-teorin inte håller för detaljerade observationer.

Våra observationer med en noggrann undersökning har upptäckt KBOs som inte är begränsade av Planet Nine, och våra simuleringar visar att Kuiperbältet bör innehålla andra banor än vi observerar om planet nio existerar. Andra teorier måste åberopas för att förklara de extrema KBOs med hög pericenter, men det finns ingen brist på föreslagna teorier i den vetenskapliga litteraturen.

Många vackra och överraskande föremål återstår att upptäcka i det mystiska yttre solsystemet, men jag tror inte att Planet Nine är en av dem.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.