En okänd, osynligt "planetmässigt föremål" kan lura sig i vårt solsystems ytterområden, enligt ny forskning om banor på mindre planeter som ska publiceras i Astronomisk tidskrift . Detta objekt skulle vara annorlunda än – och mycket närmare än – den så kallade Planet Nine, en planet vars existens ännu väntar på bekräftelse.

I tidningen, Kat Volk och Renu Malhotra från University of Arizona's Lunar and Planetary Laboratory, eller LPL, presentera övertygande bevis på en planetkropp som ännu inte har upptäckts med en massa någonstans mellan Mars och jorden. Den mystiska massan, författarna visar, har gett bort sin närvaro - för nu - endast genom att kontrollera omloppsplanen för en population av rymdstenar som kallas Kuiperbältsobjekt, eller KBO, i de iskalla utkanterna av solsystemet.

Medan de flesta KBOs - skräp som är över från solsystemets bildning - kretsar runt solen med lutningar (lutningar) som genomsnitts till vad planetforskare kallar det oföränderliga planet i solsystemet, de mest avlägsna av Kuiperbältets föremål gör det inte. Deras genomsnittliga plan, Volk och Malhotra upptäckte, lutas bort från det oföränderliga planet med cirka åtta grader. Med andra ord, något okänt förvränger det yttre solsystemets genomsnittliga omloppsplan.

"Den mest troliga förklaringen till våra resultat är att det finns någon osynlig massa, säger Volk, en postdoktor vid LPL och huvudförfattare till studien. "Enligt våra beräkningar, något så massivt som Mars skulle behövas för att orsaka varp som vi mätte."

Kuiperbältet ligger bortom Neptunus omloppsbana och sträcker sig till några hundra astronomiska enheter, eller AU, med en AU som representerar avståndet mellan jorden och solen. Som sin kusin i det inre solsystemet, asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, Kuiperbältet är värd för ett stort antal mindre planeter, mestadels små isiga kroppar (föregångarna till kometer), och några dvärgplaneter.

För studien, Volk och Malhotra analyserade lutningsvinklarna för omloppsplanen för mer än 600 objekt i Kuiperbältet för att bestämma den gemensamma riktningen kring vilken dessa omloppsplan alla företräder. Precession hänvisar till den långsamma förändringen eller "vobblingen" i orienteringen av ett roterande föremål.

KBO:er fungerar på samma sätt som snurrorna, förklarar Malhotra, som är Louise Foucar Marshall Science Research Professor och Regents' Professor of Planetary Sciences vid LPL.

"Föreställ dig att du har massor av snabbt snurrande toppar, och du ger var och en en liten knuff, " säger hon. "Om du sedan tar en ögonblicksbild av dem, du kommer att upptäcka att deras spinnaxlar kommer att ha olika orienteringar, men i genomsnitt de kommer att peka på jordens lokala gravitationsfält.

"Vi förväntar oss att var och en av KBO:arnas orbitallutningsvinkel har olika orientering, men i genomsnitt de kommer att peka vinkelrätt mot planet som bestäms av solen och de stora planeterna."

Om man skulle tänka på det genomsnittliga planet för objekt i det yttre solsystemet som ett ark, det borde vara ganska platt över 50 AU, enligt Volk.

"Men gå längre ut från 50 till 80 AU, vi fann att medelplanet faktiskt deformeras bort från det oföränderliga planet, "förklarar hon." Det finns en rad osäkerheter för den uppmätta varpen, men det finns inte mer än 1 eller 2 procents chans att denna varp bara är en statistisk slump av det begränsade observationsurvalet av KBOs."

Med andra ord, effekten är med största sannolikhet en riktig signal snarare än en statistisk lyckoträff. Enligt beräkningarna, ett föremål med Mars massa som kretsar omkring 60 AU från solen i en bana som lutar cirka åtta grader (till medelplanet för de kända planeterna) har tillräckligt gravitationsinflytande för att förvränga omloppsplanet för de avlägsna KBO:erna inom cirka 10 AU för att vardera sidan.

"De observerade avlägsna KBO:erna är koncentrerade i en ring som är cirka 30 AU bred och skulle känna gravitationen av ett sådant planetmassaobjekt över tiden, " sa Volk, "så att hypotesen om en planetarisk massa för att orsaka den observerade varpningen är inte orimligt över det avståndet."

Detta utesluter möjligheten att det postulerade objektet i detta fall kan vara den hypotetiska planeten nio, vars existens har föreslagits utifrån andra observationer. Den planeten förutses vara mycket mer massiv (cirka 10 jordmassor) och mycket längre ut vid 500 till 700 AU.

"Det är för långt borta för att påverka dessa KBO:er, " sa Volk. "Det måste verkligen vara mycket närmare än 100 AU för att väsentligt påverka KBO:erna i det intervallet."

Eftersom en planet, per definition, måste ha rensat sin omloppsbana från mindre planeter som KBOs, författarna hänvisar till den hypotetiska massan som ett planetariskt massobjekt. Uppgifterna utesluter inte heller att varpen kan bero på mer än ett planetmassobjekt.

Så varför har vi inte hittat den än? Mest troligt, enligt Malhotra och Volk, eftersom vi ännu inte har sökt på hela himlen efter avlägsna objekt i solsystemet. Den mest sannolika platsen för ett planetmassaobjekt skulle kunna gömma sig skulle vara i det galaktiska planet, ett område så tätt packat med stjärnor att undersökningar av solsystemet tenderar att undvika det.

"Chansen att vi inte har hittat ett sådant objekt med rätt ljusstyrka och avstånd bara på grund av undersökningarnas begränsningar uppskattas till cirka 30 procent, " sa Volk.

Ett möjligt alternativ till ett osynligt föremål som kunde ha rufsat planet på yttre Kuiperbältsobjekt kan vara en stjärna som surrade i solsystemet i den senaste (enligt astronomiska standarder) historia, sa författarna.

"En passerande stjärna skulle dra alla "snurrorna" i en riktning, " Sa Malhotra. "När stjärnan är borta, alla KBO:er kommer att gå tillbaka till föregående kring sitt tidigare plan. Det skulle ha krävt en extremt nära passage vid cirka 100 AU, och varpen skulle raderas inom 10 miljoner år, så vi anser inte detta som ett troligt scenario."

Mänsklighetens chans att få en glimt av det mystiska föremålet kan komma ganska snart när konstruktionen av Large Synoptic Survey Telescope är klar. Drivs av ett konsortium som inkluderar UA och planeras för första ljuset 2020, instrumentet kommer att ta oöverträffad, realtidsundersökningar av himlen, natt efter natt.

"Vi förväntar oss att LSST kommer att bringa antalet observerade KBO från för närvarande cirka 2000 till 40, 000, " Sa Malhotra. "Det finns många fler KBOs där ute - vi har bara inte sett dem ännu. Vissa av dem är för långt och mörka även för LSST att upptäcka, men eftersom teleskopet kommer att täcka himlen mycket mer omfattande än nuvarande undersökningar, den ska kunna upptäcka detta objekt, om det är där ute. "