Космический телескоп NASA TESS считается в настоящее время самым перспективным инструментом для поиска экзопланет и, в частности, для поиска земных и потенциально пригодных для жизни миров. Но способен ли этот «Спутник транзитного поиска экзопланет» обнаружить тщательно разыскиваемую «Планету Девять», существование которой некоторые астрономы предполагают на краю нашей Солнечной системы? Недавно проведенное исследование отвечает на этот вопрос: да.
Художественное представление поиска "Планеты Девять" на основе данных спутника-обсерватории TESS. © NASA (TESS), nagualdesign/Tom Ruen/Eso (via WikimediaCommons) / CC BY-SA 4.0 (P9)
Как сообщают Мэтью Дж. Холман и Мэтью Дж. Пейн из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра вместе с Андрасом Палом из Венгерской обсерватории Конколи и Будапештского университета в журнале Research Notes of the American Astronomical Society, они провели исследование, может ли TESS — хотя он был разработан для поиска планетарных проходов перед «солнечными дисками» далеких звезд (так называемые транзиты) — также обнаружить и гипотетическую девятую планету, расположенную на краю Солнечной системы. Или, может, он ее уже обнаружил?
Подоплека: Девятая планета
По ту сторону орбиты Нептуна находится пояс Койпера, состоящий из небольших тел из эпохи формирования нашей Солнечной системы. Нептун и другие планеты-гиганты гравитационно воздействуют на объекты внутри пояса Койпера и с его внешней стороны. При этом все космические тела с внешней стороны пояса Койпера принято называть транснептуновыми объектами (ТНО), и все они обращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам.
Но при этом, и уже довольно давно, астрономы обнаружили среди них и исключения. Начиная с 2003 года, наблюдения выявили более 30 транснептуновых объектов, имеющих сильно вытянутые эллиптические орбиты. Такие тела отличаются от других ТНО тем, что имеют (усредненно) практически одинаковую пространственную ориентацию. Такой тип кластеризации объяснить известной нам архитектурой Солнечной системы с восемью известными планетами до сих пор не удалось, по причине чего и возникла гипотеза о том, что необычные орбиты могут возникать под действием гравитации еще неизвестной девятой планеты.
Хотя идею гипотетической большой планеты в Солнечной системе первым описал астроном Скотт С. Шеппард, эта теория стала широко известной только благодаря работам Майка Брауна и Константина Батыгина. На основании новейших вычислений, Браун и Батыгин исходят из того, что масса Девятой планеты имеет массу около пяти земных масс, а ее орбитальная полуось составляет всего 400 астрономических единиц (AE = расстояние от Земли до Солнца). (До сих пор предполагалось, что масса Р9 могла бы составлять порядка 10 земных масс и обращаться вокруг Солнца в 20 раз дальше, чем Нептун, что соответствовало бы полуоси около 700 АЕ). Все это значит, что планета не только меньше по размерам и располагается ближе к Солнцу, но и ярче, чем это считалось ранее.
Фактически, если верить оценке трех авторов, TESS, возможно, уже зафиксировал это слабо светящееся небесное тело во внешних областях Солнечной системы. И теперь нужно лишь понять, что и как именно следует в его данных искать.
Диаграмма траекторий 9 транснептуновых объектов, орбиты которых могли бы искривляться под влиянием невидимой Девятой планеты. © Tomruen (via WikimediaCommons) CC BY-SA 4.0
То есть вместо транзитного события необходимо поискать в данных TESS на нескольких кадрах движение вперед и назад слабого объекта. Однако это требует сложного компьютерного анализа данных, так как пока что орбита "P9" остается неизвестной. Таким образом, вместо того, чтобы искать какую-то определенную предполагаемую орбиту, нужно проверить все возможные варианты орбит.
Чтобы проверить свою теорию, астрономы применили к данным TESS свое собственное программное обеспечение, чтобы осуществить по этим данным поиск трех уже известных транснептуниальных объектов (TNO), к каковым можно было бы отнести и «Планету Девять» (если она действительно существует): Седны, карликовой планеты с диаметром около 1000 километров, обращающейся вокруг Солнца на расстоянии в 10 миллиардов километров; объекта 2015 BP519 диаметром около 500 километров и с орбитой, удаленной на 7,5 миллиардов километров от Солнца; и объекта 2015 BM518, обращающегося вокруг Солнца на расстоянии около 4,5 миллиардов километров, с диаметром около 230 километров. Результат оказался таковым: все три объекта относительно просто были обнаружены в данных TESS.
Исходя из этих значений, исследователи пришли к выводу, что все объекты в ближнем инфракрасном диапазоне могут обнаруживаться вплоть до магнитуды яркости (видимой звездной величины) около 21. Для сравнения: наименее слабый объект, который все еще виден невооруженным глазом в ночном небе, имеет величину чуть меньше 6. Каждый дополнительный шаг соответствует снижению яркости в 2,512 раза. Объект с величиной 21 примерно в миллион раз слабее по свету, чем объект, который все еще виден невооруженным глазом.
Таким образом, по мнению авторов, все объекты, большие по размеру, чем Седна, все еще должны обнаруживаться в данных наблюдений TESS, если они находятся дальше, чем эта карликовая планета. Но поскольку на сегодняшний день доступны лишь теоретические размеры гипотетической «P9», точно определить вероятные размеры этой планеты крайне проблематично. Тем не менее, основываясь на предыдущих оценках и различных подходах, астрономы предполагают для нее величину от 19 до 24.
То обстоятельство, что «Планета Девять» уже могла быть обнаружена и теперь кроется в данных TESS, буквально очаровывает профессора Майка Брауна, который до сих пор искал «свою» планету «исключительно» с помощью наземных телескопов. Отвечая блоггеру-любителю астрономии Филу Плейту из Bad Astronomy, Браун заявил о большой вероятности того, что P9 уже можно найти в данных TESS. Кроме того, считает он, вполне возможно, что «Планета Девять» больше по размерам и располагается ближе к Солнцу, чем предполагалось ранее. А это еще больше упрощает задачу ее поиска с помощью TESS.
