Devintoji Saulės sistemos planeta dar slapstosi, bet nebeilgai

Pirmasis atradimas buvo padarytas remiantis kelių tolimų mažų Saulės sistemos kūnų orbitų savybėmis. Tos orbitos yra netikėtai panašios, tarsi kažkas tuos kūnus būtų suginęs į labai artimas trajektorijas.

Vienas iš galimų tokio elgesio paaiškinimų – 700 astronominių vienetų (1 AU – atstumas nuo Saulės iki Žemės, lygus maždaug 150 mln. kilometrų) atstumu nuo Saulės nutolusi planeta, kurios masė siekia bent 10 Žemės masių. Plačiau apie šį atradimą rašiau prieš metus.

Po poros mėnesių tie patys autoriai paskelbė skaitmeninio modeliavimo rezultatus, kuriais bandė nustatyti tikėtinas planetos savybes. Šiuose modeliuose, keisdami planetos masę ir jos orbitos parametrus – orbitos didįjį pusašį, kuris daugmaž atitinka vidutinį nuotolį nuo Saulės, ir orbitos elipsiškumą – autoriai ieškojo konfigūracijų, kurios suspaustų mažų kūnų orbitas taip, kaip stebima, bet pastebimai nepaveiktų kitų planetų orbitų (nes jei tos orbitos būtų paveikiamos, apie devintosios planetos egzistavimą žinotume jau seniau).

Gauti rezultatai patvirtino ir patikslino ankstesnius įvertinimus: planetos masė gali būti nuo 5 iki 20 Žemės masių, o tikėtiniausia vertė yra apie 10 Žemės masių. Orbitos elipsiškumas tuo didesnis, kuo didesnis didysis pusašis. Tikėtiniausia visų trijų parametrų vertė – 10 Žemės masių, didysis pusašis 600 AU, elipsiškumas (didžiausio ir mažiausio nuotolio nuo Saulės skirtumo ir jų sumos santykis) – 0,5. Tokiu atveju mažiausias planetos nuotolis nuo Saulės būtų 300 AU, didžiausias – 900 AU.

Šiuos orbitos parametrus galime palyginti su kitais Saulės sistemos objektais: Plutonas toliausiai nuo Saulės nutolsta per 50 AU, o vidutiniškai yra nutolęs per 40 AU; tolimiausia visuotinai pripažinta nykštukinė planeta Eridė, atitinkamai, per 98 ir 68 AU; tolimiausia galbūt nykštukinė planeta – per 936 ir 506 AU (ji aptikta tik todėl, kad šiuo metu yra labai arti Saulės, tik už 85 AU). Taigi Devintoji planeta tikrai nebūtų tolimiausias objektas Saulės sistemoje, bet tuščias tarpas tarp jos ir kitų aštuonių planetų – milžiniškas.

Tikėtiniausia planetos masė – dešimt Žemės masių – yra kiek mažesnė nei Urano ir Neptūno (atitinkamai 14 ir 17 Žemių). Taigi devintoji planeta gali būti panaši į šias dvi – kietas branduolys, apgaubtas storu vandens ledo sluoksniu ir tankia dujine atmosfera. Iš kitos pusės, ji gali būti panaši ir į Žemę, t. y., daugiausiai sudaryta iš uolienų, su santykinai nereikšminga atmosfera. Nustatyti, kuris iš šių dviejų sandaros modelių yra teisingas, bus įmanoma tik tada, kai išmatuosime planetos spindulį, mat ledinės planetos spindulys yra gerokai didesnis, nei tokios pat masės uolinės.

Tame pačiame straipsnyje išnagrinėta ir galimybė aptikti šią planetą. Pagal tikėtiniausius orbitos parametrus apskaičiuota, kurioje dangaus dalyje ji galėtų matytis ir koks būtų jos ryškis. Nemaža dangaus dalis buvo stebėta įvairiais teleskopais, darant apžvalgines dangaus nuotraukas. Jei planeta būtų kažkurioje iš tų nuotraukų, ji greičiausiai jau būtų aptikta, ypač jei tos pačios dangaus vietos nuotraukų būtų padaryta daugiau nei viena, o apžvalginiuose stebėjimuose taip ir būna.

Įvertinus visų apžvalginių stebėjimų apžiūrėtą dangaus dalį paaiškėjo, kad planetai slėptis neliko labai daug vietos. Žemiau esančioje iliustracijoje parodyta, kur planeta galėtų būti sprendžiant iš skaitmeninių modelių rezultatų (stora spalvota juosta) ir kur ją jau būtume radę (visos spalvos, išskyrus juodą, geltoną ir raudoną). Geltonai ir raudonai pažymėtuose regionuose planeta gali būti atrasta šiuo metu vykdomais stebėjimais, o juodame regione jos aptikti kol kas nėra kaip, iš esmės todėl, kad neturime pakankamai jautrių apžvalginių teleskopų (trečiame grafike parodytas planetos ryškis – kuo jis didesnis, tuo planeta blausesnė; kaip matome, dabartiniai stebėjimai nepasiekia didesnio už 22-ą ryškį, o dalyje orbitos planeta gali būti ir blausesnė).

Ar tai reiškia, kad jei planetos neaptikome, tai ir neaptiksime? Nebūtinai. Visų pirma, reikia išanalizuoti jau esamus stebėjimų duomenis. Nors juose planeta neaptikta, jos ten niekas specialiai neieškojo. Jeigu planeta yra visai ant aptikimo (teleskopo galimybių) ribos, ji galėjo likti nepastebėta, o detalia analize galbūt planetą pavyks surasti. Jei planetos jau turimuose duomenyse ir nėra, tai galima nukreipti teleskopus į dangaus dalį, kurioje ji dar gali slėptis, ir stebėti ją, būtent ieškant tos planetos. Kaip tik praėjusių metų pabaigoje tai ir pradėta daryti – Havajuose esantis Subaru teleskopas nukreiptas ieškoti devintosios planetos.

Dar viena skaitmeninių modelių prognozė – planetos orbita turėtų būti gana dideliu kampu pasvirusi į ekliptikos plokštumą. Taip judanti planeta gali pastebimai paveikti kitų Saulės sistemos objektų orbitas. Apie vieną poveikį Transneptūninių objektų orbitoms jau rašiau aukščiau – dėl šio poveikio ir kalbama apie planetos egzistavimą. Bet kiti Saulės sistemos pakraščiuose esantys objektai gali būti išmesti į orbitas, statmenas Saulės sistemos plokštumai. Apie tai rašyta ir pirmuose straipsniuose apie planetą, o praėjusių metų viduryje pranešta apie kelis naujai atrastus objektus, turinčius didelį posvyrio kampą į ekliptikos plokštumą. Tai neįrodo, kad jų orbitoms poveikį turėjo devintoji planeta, bet taip būti tikrai gali.

Vienas įdomesnis poveikis išnagrinėtas antroje metų pusėje. Pasirodo, per puspenkto milijardo metų pasvirusios devintosios planetos gravitacija galėjo ir kitų planetų orbitas patraukti į šoną nuo plokštumos, kurioje jos formavosi. Taip galima paaiškinti neatitikimą tarp Saulės sukimosi aplink savo ašį plokštumos ir Saulės sistemos planetų vidutinės sukimosi plokštumos. Šis neatitikimas siekia šešis laipsnius ir kol kas jo paaiškinti nepavyksta, mat planetos susiformavo iš protoplanetinio disko, kuris stipriai sąveikavo su Saule, taigi jų abiejų sukimosi plokštumos turėtų sutapti. Devintosios planetos perturbacijos šią problemą išsprendžia.

Planetos, ypač masyvios, egzistavimas taip toli nuo Saulės užduoda daug klausimų. „Kaip ją aptikti“ ir „kokį poveikį ji turi likusiai Saulės sistemai“ – du tokie klausimai. Trečias labai svarbus klausimas – „kaip ta planeta ten atsirado?“ Čia galimi trys paaiškinimai: ji ten ir susiformavo, arba ji susiformavo daug arčiau Saulės ir paskui numigravo tolyn; arba ją Saulė pasigavo iš kitos pro šalį lekiančios žvaigždės.

Formavimasis vietoje. Protoplanetiniai diskai kartais driekiasi ir tūkstantį astronominių vienetų nuo savo žvaigždės. Bet jų pakraščiai, toliau nei 100 AU nuo žvaigždės, paprastai sudaryti vien iš dujų ir praktiškai neturi dulkių, kurios galėtų kibti tarpusavyje ir formuoti uolas, o vėliau – planetas. Visgi pernai pasiūlytas modelis, kaip šią problemą įmanoma įveikti: jei protoplanetinis diskas nyksta iš centro į išorę, pavyzdžiui dėl žvaigždės spinduliuotės sukeliamo kaitinimo, dulkės ir maži akmenukai gali migruoti į disko pakraščius. Ten, pavyzdžiui 250–750 AU atstumu nuo Saulės masės žvaigždės, susitelkę akmenukai po truputį formuoja didesnes struktūras. Jei gravitaciškai dominuojančių struktūrų susidaro tik keletas, jos per 100 mln. – 1 mlrd. metų gali virsti planeta. O disko nykimas iš vidaus į išorę suteikia laiko tai planetai susiformuoti. Kol kas taip besiformuojančių planetų prie kitų žvaigždžių aptikti nepavyko, bet net jei jų yra, surasti jas bus sunku dėl didelio atstumo ir mažo šviesio. Belieka laukti ir tikėtis.

Migracija iš disko vidaus. Daugelis egzoplanetų sistemų turi bent po vieną superžemę – uolinę planetą, kurios masė neviršija dešimties Žemės masių. Saulės sistema šiuo atžvilgiu yra išimtis, bet yra mokslininkų, kurie mano, kad taip buvo ne visada. Gali būti, kad Saulės sistemos jaunystėje aplink mūsų žvaigždę susiformavo ne aštuonios, o bent devynios masyvios planetos, ir bent viena iš jų vėliau buvo išsviesta lauk. Jau seniau buvo manoma, kad Jupiterio ir Saturno gravitacija galėjo turėti daug įtakos Saulės sistemos konfigūracijai, tačiau kalbant apie planetų išsviedimą, buvo teigiama, jog išsviesta planeta visiškai paliktų Saulės sistemą. Tokia situacija yra daug labiau tikėtina, negu planetos pasilikimas Saulės sistemos pakraštyje, bet pastarasis variantas irgi įmanomas, ypač jeigu planeta išsviedžiama daugmaž disko plokštumoje ir judėdama sąveikauja su juo. Sąveika taip pat mažina planetos orbitos elipsiškumą, taigi per kelis šimtus milijonų metų planetos orbita gali nusistovėti tokia, kokią dabar esant rodo naujausi modeliai.

Pagauta egzoplaneta. Nei planetos susiformavimo ten, kur ją dabar tikimės rasti, nei migracijos iš centrinės protoplanetinio disko dalies modelis nėra ypatingai tikėtinas. Taigi greta jų atsirado dar viena, irgi nelabai tikėtina, bet įmanoma, hipotezė – galbūt devintoji planeta susiformavo prie kitos žvaigždės, o Saulė ją pasigrobė? Saulė, kaip ir beveik visos kitos žvaigždės, susiformavo spiečiuje ir pirmuosius kelis šimtus milijonų metų turėjo artimų kaimynių, daug artimesnių, nei dabar yra Kentauro Proksima. Jei viena iš jų turėjo planetą, nutolusią per bent 100 AU ir priartėjo prie Saulės per maždaug 1000 AU, tai planeta galėjo pabėgti nuo pirmosios žvaigždės ir pradėti suktis aplink Saulę. Sumodeliavus daug tokių galimų sąveikų paaiškėjo, kad keletas sąveikų iš šimto baigiasi tuo, jog aplink Saulę ima suktis nauja planeta, kurios orbita atitinka tikėtinus devintosios planetos parametrus. Apjungus šiuos rezultatus su skaičiavimais, kiek žvaigždžių turi planetų sistemas ir kiek sąveikų galėjo patirti Saulė, gaunamas rezultatas, jog tikimybė Saulei pagauti devintąją planetą iš kitos žvaigždės yra 0,01–1 proc. Nelabai daug, tačiau ir ne nykstamai mažai.

O štai visai neseniai buvo paskelbti truputį kitokių skaičiavimų rezultatai. Juose modeliuota, kas atsitiktų, jei pro Saulės sistemą pralėktų planeta-atskalūnė. Tokios planetos, kurios galbūt susiformavo prie žvaigždžių, bet vėliau pasimetė, o gal apskritai susiformavo tarpžvaigždinėje erdvėje, laksto po galaktiką. Keletas jų yra žinoma, bet manoma, kad galėtų būti daugybė. Taigi 40 proc. atvejų, kai pro Saulės sistemą lekia atskalūnė, ji pasilieka kažkur Saulės sistemos pakraštyje. Kadangi nežinome, kiek tokių planetų yra galaktikoje ar Saulės aplinkoje, tai iš šių rezultatų neįmanoma pasakyti ir tikimybės, kad devintoji planeta yra pagauta atskalūnė, bet toks scenarijus irgi yra įmanomas.

Vienas iš devintosios planetos egzistavimo modelį pasiūliusių Kalifornijos technologijos instituto astronomų, Mike'as Brownas, dar spalį teigė, jog per artimiausius šešiolika mėnesių planeta bus aptikta, arba bus įrodyta, kad ji neegzistuoja. Dabar laukti liko jau tik dvylika mėnesių.

Kaip bepasibaigtų devintosios planetos paieškos, akivaizdu, kad apie Saulės sistemą dar daug ko nežinome. Ir praeis dar ne vienas dešimtmetis, o gal ir šimtmetis, kol išsiaiškinsime, kas iš tiesų dedasi jos pakraščiuose.