En doktorand vid University of Michigan har loggat två bevis som kan stödja existensen av en planet som kan vara en del av vårt solsystem, bortom Neptunus.

Vissa astronomer tror att denna påstådda planet, kallas Planet Nine, existerar på grund av hur vissa objekt i rymden, kallade "trans-neptuniska objekt, " eller TNO, bete sig. Dessa TNO:er är steniga objekt mindre än Pluto som kretsar runt solen på ett större medelavstånd än Neptunus. Men banorna för de mest avlägsna av dessa TNO – de vars genomsnittliga avstånd från solen är mer än 250 gånger så långt som jordens avstånd – verkar peka i samma riktning. Denna observation ledde först astronomer att förutsäga existensen av Planet Nine.

För att dessa TNO:er ska vara inriktade i de banor de för närvarande upptar på grund av Planet Nines inflytande, astronomer säger, de skulle ha funnits i solsystemet längre än en miljard år. Dock, vissa astronomer tänker på den tiden, några av dessa objekt borde antingen ha krossat en annan planet, kastats i solen, eller rikoscherats ut i rymden av andra planeters gravitationskraft.

U-M-forskningen, ledd av Juliette Becker, en doktorand vid institutionen för astronomi, bestod av en stor uppsättning datorsimuleringar, som avslöjade två fynd om dessa TNO:er. Först, forskarna etablerade en version av Planet Nine som med största sannolikhet skulle få vårt solsystem att se ut som det gör för närvarande, genom att förhindra att TNO:erna förstörs eller kastas ut ur solsystemet. Andra, simuleringarna förutspår att det finns en process som de kallar "resonanshoppning" genom vilken en TNO hoppar mellan stabila banor. Denna process kan förhindra att TNO:erna kastas ut från solsystemet.

I varje enskild simulering, forskarna testade olika versioner av Planet Nine för att se om den versionen av planeten, med dess gravitationskrafter, resulterade i samma version av solsystemet som vi ser idag.

"Från den uppsättningen simuleringar, vi fick reda på att det finns föredragna versioner av Planet Nine som gör att TNO håller sig stabil längre, så det ökar i princip sannolikheten att vårt solsystem existerar som det gör, " sa Becker. "Genom dessa datorsimuleringar, vi kunde avgöra vilken realisering av planet nio som skapar vårt solsystem – hela förbehållet här är, om Planet Nine är verklig."

Gruppen, som inkluderar U-M fysikprofessorerna David Gerdes och Fred Adams samt doktoranden Stephanie Hamilton och grundutbildningen Tali Khain, undersökte också resonansen hos dessa TNO:er med Planet Nine. En orbital resonans uppstår när objekt i ett system periodiskt utövar gravitationskrafter på varandra som gör att objekten radas upp i ett mönster.

I detta fall, forskarna fann att ibland, Neptunus kommer att stöta en TNO ur sin orbitala resonans, men istället för att skicka den där TNO skittar in i solen, ut ur solsystemet eller till en annan planet, något fångar den TNO och begränsar den till en annan resonans.

"Det slutliga målet skulle vara att direkt se Planet Nine - att ta ett teleskop, rikta den mot himlen, och se reflekterat ljus från solen som studsar bort från planet nio, " sa Becker. "Eftersom vi ännu inte har kunnat hitta den, trots att många tittar, vi har fastnat för den här typen av indirekta metoder."

Astronomer har också en annan nyupptäckt TNO att inkludera i sina indirekta metoder för att upptäcka Planet Nine. Samarbetet med Dark Energy Survey, en stor grupp vetenskapsmän inklusive flera UM-forskare, har upptäckt en annan TNO som har en hög orbital lutning jämfört med solsystemets plan:den lutar cirka 54 grader i förhållande till solsystemets plan.

I en analys av detta nya objekt, Becker och hennes team har funnit att detta objekt upplever resonanshopp också i närvaro av Planet Nine, visar att detta fenomen sträcker sig till ännu mer ovanliga banor.