История Девятой планеты, которую называют P9 началась в 2016 году. Тогда астрономы Майк Браун и Константин Батыгин опубликовали доказательства, указывающие на её существование. С тех пор они вместе с коллегами искали другие признаки, подтверждающие существование P9.
Основное доказательство касается орбит экстремальных транснептуновых объектов (ETNO). Они демонстрируют своеобразную кластеризацию, которая указывает на массивность объекта. Возможно, P9 «управляет» движением этих объектов по их орбитам.
«Отдаленные районы Солнечной системы демонстрируют множество аномальных динамических структур, намекающих на присутствие еще не обнаруженного массивного транснептунового тела — Девятой планеты (P9), —рассказывают авторы. — Предыдущие анализы показали, как эволюция орбиты, вызванная этим объектом, может объяснить происхождение широкого спектра экзотических орбит».
Ученые исследовали транснептуновые объекты (ТНО) с более традиционными орбитами. Они провели моделирование этих объектов в масштабе N тел, которое включало от притяжения планет-гигантов и галактического прилива до прохождения звезд.
Цель исследователей состояла в том, чтобы проанализировать происхождение этих объектов и определить, можно ли их использовать в качестве зонда для обнаружения P9. Для достижения этой цели они провели два отдельных набора симуляций. В одном случае P9 находился в Солнечной системе, а в другом — нет.
Моделирование началось при 300 миллионов лет существования Солнечной системы. В то время «внутренняя динамическая эволюция во внешней Солнечной системе все еще находилась в зачаточном состоянии», по словам авторов, в то время как прошло достаточно времени для того, чтобы родившееся в Солнечной системе звездное скопление рассеялось, а планеты-гиганты в значительной степени заняли свои места. В результате моделирования они получили около 2 тысяч объектов, или частиц, с перигелием более 30 астрономических единиц и большими полуосями от 100 до 5000 астрономических единиц. Это исключило все объекты, пересекающие Нептун, из начальных условий моделирования.
Как и у Плутона, у большинства космических объектов орбиты не такие вытянутые, как у объектов, включенных в новое исследование команды. Скорее всего, траектории большинства ТНО позволяют им находиться достаточно близко к Нептуну в течение продолжительных периодов времени, так что гравитация ледяного гиганта может управлять ими.
Есть два сценария, в соответствии с которыми ТНО могут регулярно перемещаться по длинным петляющим орбитам, пересекающим траекторию Нептуна. Один из сценариев — это галактический прилив, который представляет собой гравитационную силу притяжения галактики Млечный Путь вокруг, действующая на объекты в облаке Оорта, которое находится далеко за Нептуном. Эти объекты слабо ощущают притяжение Солнца из-за их удаленности, но галактический прилив может приблизить их к Нептуну.
Другой сценарий — возможно, более интересный — заключается в том, что гравитация Девятой планеты настолько сильно воздействует на эти объекты облака Оорта, что со временем они приближаются к Нептуну.
Существование девятой планеты, масса которой примерно равна массе Нептуна, может объяснить, почему несколько известных экстремальных транснептуновых объектов, по-видимому, сгруппированы в пространстве.
«Учитывая погрешности наблюдений, наши результаты показывают, что орбитальная архитектура этой группы объектов тесно согласуется с предсказаниями модели, включающей P9», — подчеркивают авторы.
Авторы отмечают, что нерегулярность орбиты могла быть вызвана чем-то другим, кроме P9. Звезда родилась в скоплении, и динамика скопления могла привести к тому, что эти объекты оказались на необычных орбитах до того, как скопление рассеялось. Несколько планет-изгоев земной массы также могли быть ответственны за это, влияя на архитектуру внешней части Солнечной системы в течение нескольких сотен миллионов лет, прежде чем каким-то образом были удалены.
Важным результатом этой работы является то, что она позволяет получать фальсифицируемые прогнозы.
«Удивительно, но описанная динамика, наряду со всеми другими доказательствами для P9, вскоре подвергнется тщательной проверке с началом эксплуатации обсерватории Веры Рубин», — заявляют астрономы.
Поясним: в конце десятилетии откроется обсерватория Веры Рубин в Чили, которая начнет проводить ежевечерние наблюдения всего неба с помощью 8,4-метрового зеркального телескопа. Это позволит проверить имеющиеся на данный момент данные о Девятой планете.
