Gibt es den geheimnisvollen Planeten 9 wirklich?

Gibt es einen neunten Planeten in unserem Sonnensystem? Vielleicht, und es wäre eine Super-Erde, die sehr früh in ihrer Geschichte in etwa 30 Milliarden Kilometer Entfernung von der Sonne gewandert wäre. Aber vielleicht auch nicht, denn numerische Simulationen stützen die These, dass die gravitativen Störungen, die auf seine Anwesenheit hindeuten, von einer Scheibe kleiner Eiskörper weit jenseits des Pluto herrühren könnten.

Wir erinnern uns an die kleine Bombe, die zwei Astronomen vom berühmten Caltech, Mike Brown und Konstantin Batygin, in einem Aufsatz im The Astronomical Journal im Januar 2016 „explodieren“ ließen. Die beiden Forscher berichteten, dass sie durch die Analyse der Eigenschaften der Bahnen von transneptunischen Objekten auf die Anwesenheit eines Riesenplaneten geschlossen haben, der in Masse und Größe mit Neptun vergleichbar ist und mehr als 30 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt ist. Es könnte sich um einen Exoplaneten handeln, der von der Sonne eingefangen wurde, oder um einen Körper, der sich wie die anderen am Anfang der Geschichte des Sonnensystems gebildet hat und dann gewandert ist. Es ist das Gravitationsfeld dieses Riesen, das die Bahnen der kleinen Himmelskörper gestört hätte.

Bis jetzt war es unmöglich, diesen neunten Planeten im Sonnensystem zu entdecken, und das ist kaum verwunderlich, denn er wäre so weit von der Sonne entfernt, dass seine Bewegung aufgrund eines der Keplerschen Gesetze notwendigerweise sehr langsam ist, und wenn man noch eine sehr schwache Leuchtkraft hinzufügt, ist er ein sehr schwer zu identifizierender Stern auf dem Himmelsgewölbe. Dies lässt alle möglichen Hypothesen zu, wie zum Beispiel die Nichtexistenz dieses neuen Planeten. Aber wir müssen dann die gravitativen Störungen erklären, die real zu sein scheinen und zu den exotischen Bahnen der transneptunischen Objekte geführt haben.

Eine Scheibe aus kleinen Körpern, die durch Planetenwanderungen entstanden ist?

Genau diesen Weg will Ann-Marie Madigan, Astrophysikerin an der University of Colorado in Boulder, seit einiger Zeit beschreiten. Insbesondere mit ihrem Doktoranden Alexander Zderic hat die Forscherin kürzlich zwei in der Publikation befindliche Artikel zu diesem Thema auf arxiv hinterlegt. Mit ihren Kollegen zeigt sie durch numerische Simulationen des N-Körper-Typs in der Himmelsmechanik, dass es möglich ist, die Beobachtungen zu erklären, indem sie die Existenz einer ringförmigen Scheibe aus Millionen kleiner Eiskörper postulieren, die sich vor mehr als 4 Milliarden Jahren, ganz am Anfang der Geschichte des Sonnensystems, gebildet hätte.

Diese Scheibe würde das Äquivalent von etwa der 20-fachen Masse der Erde enthalten, aber da sie sehr verstreut wäre, wäre ihr Gravitationseinfluss schwach und da er über Milliarden von Jahren ausgeübt worden wäre, hätte sie langsam aber sicher die Bahnparameter der Transneptunier entwickelt, die Mike Brown und Konstantin Batygin faszinierten. Diese Scheibe wäre aufgrund von Planetenwanderungen entstanden, wie sie das berühmte Nizza-Modell vorsieht. Diese Wanderungen hätten die kleinen Himmelskörper, deren Überreste sich heute in der postulierten Scheibe befinden würden, auf weit entfernte Bahnen getrieben.

Dennoch sind Brown und Batygin weder von dieser Arbeit noch von Madigans Aussagen überzeugt, der meint, dass seine Hypothese nach Ockhams Rasiermesser die wahrscheinlichste ist. Batygin erklärt, dass seiner Meinung nach eine solche Scheibe, die so weit von der Sonne entfernt ist, also weit jenseits von Pluto, und die sehr früh in der Geschichte des Sonnensystems entstanden wäre, von den Schwestersternen der Sonne, die ihr nach ihrer Geburt noch relativ nahe waren, destabilisiert werden musste.

Aber Ann-Marie Madigan hat gezeigt, dass die postulierte Scheibe spät genug entstanden sein könnte, dass diese Sterne, die vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren im selben offenen Sternhaufen wie die Sonne geboren wurden, Zeit hatten, sich weit genug zu entfernen, um die Scheibe aus eisigen Trümmern für die letzten paar Milliarden Jahre relativ stabil zu lassen.

Doch laut Scott Tremaine, einem renommierten Astrophysiker am Institute for Advanced Study in Princeton, müsste die Scheibe zu Beginn ihrer Geschichte noch etwa 20 Sonnenmassen enthalten haben, was nach Ansicht des Forschers keineswegs selbstverständlich ist. Wir werden das im Auge behalten müssen und hoffen, dass Instrumente wie das Vera C. Rubin Observatorium, früher bekannt als das Large Synoptic Survey Telescope (LSST), uns im nächsten Jahrzehnt helfen werden, klarer zu sehen.

WAS ZU BEACHTEN IST

So wie Anomalien in der Umlaufbahn des Uranus zur Entdeckung des Neptun führten, haben zwei Astronomen aus der Theorie der Gravitationsstörungen in der Himmelsmechanik abgeleitet, dass ein neunter Planet von etwa der fünffachen Masse der Erde mehrere hundert Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt existieren muss.

Dies wäre das Äquivalent zu den vielen superterrestrischen Planeten in der Milchstraßengalaxie, die schon früh in der Geschichte des Sonnensystems von der Sonne weggewandert sind.

Er könnte bis 2030 entdeckt werden. Doch nach Ansicht anderer Astronomen stützen numerische Simulationen die These, dass die gravitativen Störungen, die auf seine Anwesenheit hindeuten, von einer Scheibe kleiner Eiskörper weit jenseits des Pluto herrühren könnten.

MEHR WISSEN

Der geheimnisvolle Planet 9 wäre uns näher als erwartet

Artikel von Laurent Sacco veröffentlicht am 01/03/2019

Enthält unser Sonnensystem einen neunten Planeten? Vielleicht, und es wäre eine Super-Erde, die sehr früh in ihrer Geschichte in etwa 30 Milliarden Kilometer Entfernung von der Sonne gewandert wäre. Die beiden Astronomen des California Institute of Technology (Caltech), die diese Hypothese vor drei Jahren ins Leben gerufen haben, bringen sie heute noch ein wenig mehr auf den Punkt.

Seit der Entdeckung von 51 Pegasi b im Jahr 1995 hat die Zahl der Entdeckungen von Exoplaneten zugenommen, und wir wissen jetzt, dass es Milliarden von potenziell bewohnbaren Superterrestrischen in der Milchstraße gibt. Aber die Frage ist, warum sie nicht im Sonnensystem sind. Sollen wir daraus schließen, dass dieser atypisch ist, und vielleicht auch die Geburt des Lebens?

Tatsächlich haben uns 51 Pegasi b, ein heißer Jupiter, und seine Vettern dazu veranlasst, Modelle und numerische Simulationen genauer zu betrachten, die zeigen, dass planetare Migrationsprozesse zu Beginn der Entstehung von Planetensuiten nicht selten sind. Wir können annehmen, dass unser Sonnensystem anfangs einige Superterrestrische hatte. Aber die Gesetze der Himmelsmechanik und die Auswirkungen der Gravitationsstörungen, die sie implizieren, hätten dazu geführt, dass diese Superterrestrischen entweder von der jungen Sonne verschluckt oder auf besonders exzentrischen und großen Bahnen jenseits der Bahnen von Neptun und Pluto eingeschossen worden wären. In solchen Bahnen wäre eine solare Supererde aufgrund eines der Keplerschen Gesetze – dass die Geschwindigkeit eines Planeten umso langsamer ist, je weiter er von seinem Stern entfernt ist – nicht nur aufgrund ihrer Entfernung schwach, sondern dennoch durch ein Teleskop sichtbar, und ihre Bewegung wäre so langsam, dass sie zunächst für einen Stern gehalten werden könnte. Und das umso mehr, wenn er nicht fast in der Ebene der Ekliptik liegt wie die acht Hauptplaneten des Sonnensystems

Eine Super-Erde in Reichweite einer Raumsonde im Sonnensystem?

Man kann die Aufregung verstehen, die die wissenschaftliche Gemeinschaft vor fast drei Jahren ergriff, als die Astronomen Konstantin Batygin und Mike Brown vom berühmten Caltech (dessen Name mit zwei Nobelpreisträgern für Physik, Richard Feynman und Kip Thorne, verbunden ist) ein durchschlagendes Papier veröffentlichten, in dem sie die Existenz eines Planeten vorschlugen, der etwa die zehnfache Masse der Erde hat und mehrere hundert Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt umkreist.

Zu diesem Ergebnis kamen sie, indem sie die Bahnen mehrerer Kleinkörper im Kuipergürtel mit himmelsmechanischen Methoden analysierten. Eine gute Einführung findet sich in einem der Bücher des verstorbenen André Brahic (Planets and Satellites: Five Lessons in Astronomy).

Obwohl seine Existenz keineswegs sicher ist, da auch andere Erklärungen für die beobachteten Bahnanomalien in Frage kommen, war die Jagd nach einem neunten Planeten im Sonnensystem damals in vollem Gange.

Heute ziehen Batygin und Brown in gewisser Weise Bilanz über ihre Hypothese, indem sie zwei Publikationen auf Arxiv zur Verfügung stellen. Es gibt einen langen Zeitschriftenartikel, der sich auch mit der Geschichte der Entdeckungen neuer Planeten im Sonnensystem befasst und dem neunten Planeten in Form eines der berühmten Physics Reports gewidmet ist.

Vor allem aber berichten die beiden Forscher zusammen mit ihren Kollegen Fred Adams und Juliette Becker, dass es nun vernünftig ist zu glauben, dass der neue Planet, falls er existiert, nur die fünffache Masse der Erde enthalten würde und mit etwa 400 Astronomischen Einheiten etwas näher wäre als bisher angenommen.

In der zweiten Arbeit untersuchten die beiden Astronomen erneut, inwieweit die Anomalien, die zur Hypothese der Existenz des neunten Planeten führten, ein Zufallseffekt sein könnten. Die Chance wäre nur eins zu 500.

Für Mike Brown: „Obwohl diese Analyse nichts direkt über das Vorhandensein des neunten Planeten aussagt, zeigt sie doch, dass die Hypothese ein solides Fundament hat. „Mit fünf Erdmassen sollte der neunte Planet wahrscheinlich wie eine typische extrasolare Supererde aussehen“, erklärt Konstantin Batygin. Er ist das fehlende Glied im Sonnensystem für die Planetenbildung. Im letzten Jahrzehnt hat die Erforschung von Exoplaneten gezeigt, dass große Planeten um andere sonnenähnliche Sterne sehr häufig sind. Der neunte Planet wäre damit das nächstgelegene Beobachtungsfenster für die Eigenschaften eines typischen Planeten in unserer Galaxie. “

Beide Forscher glauben, dass diese Super-Erde innerhalb eines Jahrzehnts entdeckt werden könnte.

Planet X: Wie sieht der neunte Planet im Sonnensystem aus?

Artikel von Laurent Sacco veröffentlicht am 21/01/2016

Enthält unser Sonnensystem einen neunten Planeten? Es scheint so. Dieser Gasriese wäre in Masse und Größe mit Neptun vergleichbar und hätte sich sehr früh in seiner Geschichte mehr als 30 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt. Sein Vorhandensein war bereits postuliert worden, um bestimmte Eigenschaften des Sonnensystems zu erklären. Heute haben zwei Astronomen des berühmten California Institute of Technology (Caltech) den Fall noch deutlicher gemacht: Die Eigenschaften einiger Kuipergürtelkörper scheinen nicht zufällig zu sein.

Die im Astronomical Journal veröffentlichte Arbeit von Mike Brown und Konstantin Batygin schlug gestern, Mittwoch, 20. Januar 2016, ein wie eine Bombe. Wie die beiden Astronomen im untenstehenden Video erklären, glauben sie, einen neuen Planeten im Sonnensystem entdeckt zu haben.

Das wäre kein Zwergplanet wie Pluto oder Eris, stellt Mike Brown gleich zu Beginn fest. Tatsächlich, so Brown, würde ein solcher Planet mit einer geschätzten Masse, die etwa 10-mal so groß ist wie die der Erde, seine Umgebung aus Sicht der Schwerkraft eindeutig dominieren. Er würde in der Tat alle Bedingungen erfüllen, die ihn zu einem Planeten im vollen Sinne des Wortes machen, wie es bei der Erde oder dem Jupiter der Fall ist. Mit einem Perihel und einem Aphel, die auf 200 AE bzw. 600 oder sogar 1.200 AE geschätzt werden, würde der Stern seine Bahn in 10.000 bis 20.000 Jahren vollenden, bei einer Entfernung von der Sonne, die etwa 20-mal so groß ist wie die des Neptuns. Da dieses astronomische Objekt sehr schwach und sehr kalt ist, ist es kaum verwunderlich, dass es bisher selbst mit den Instrumenten der Wise-Mission unentdeckt blieb.

Es würde also einen neunten Planeten im Sonnensystem geben. Bevor Pluto herabgestuft wurde, hätte seine Entdeckung als eine der Seeschlangen der Astronomie gefeiert werden können: Planet X. Tatsächlich war die vermutete Existenz dieses Sterns – den Brown und Batygin vorübergehend Phattie genannt haben, vielleicht in Anlehnung an ein Musikinstrument (eine Basstrommel) – schon seit einigen Jahren nach der Entdeckung von Exoplaneten erwartet worden.

Dieser Gasriese soll vor Milliarden von Jahren gewandert sein

Zahlreiche Gasriesen waren zunächst auf sehr engen Bahnen um ihre Wirtssterne identifiziert worden. Dies hatte dazu geführt, die Existenz von häufigen großräumigen Planetenwanderungen in jungen Planetensystemen zu postulieren und dann die vieler Exoplaneten, deren Massen zwischen denen der Erde und des Neptun liegen würden, insbesondere superterrestrische Planeten. Mehrere Forscher hatten daraufhin die Entstehung von Planeten modelliert und dabei die Bedeutung von Planetenwanderungen berücksichtigt. Sie schlossen daraus, dass unser eigenes Sonnensystem zu Beginn wahrscheinlich eine Super-Erde oder einen anderen Gasriesen enthielt. Dieser Körper wäre durch gravitative Wechselwirkungen mit Jupiter und Saturn schnell aus dem inneren Sonnensystem herausgeschleudert und in eine ferne Umlaufbahn, weit jenseits des Kuipergürtels, gebracht worden.

Vor einigen Jahren kam der berühmte David Nesvorny vom Southwest Research Institute (SwRI) in Colorado zu dem Schluss, dass Venus und Mars ohne einen fünften Riesenplaneten, der dem Neptun ähnelt und durch gravitative Störungen ausgestoßen wird, zerstört worden wären. Er gab der Hypothese von der Existenz dieses Cousins des Neptun Glaubwürdigkeit, indem er insbesondere zeigte, dass sie es ermöglicht, eines der Rätsel der Struktur des Sonnensystems zu erklären: die Existenz des „Kerns“ des Kuipergürtels.

Aber sollten wir die Hypothese von Konstantin Batygin und Mike Brown ernst nehmen? Dafür gibt es viele Gründe, von denen einige in einem späteren Artikel näher beleuchtet werden sollen.

Ein neunter Planet wird vom Subaru-Teleskop aufgespürt

Die beiden Forscher sind keine Unbekannten; ihre Fähigkeiten brachten ihnen die Mitgliedschaft im berühmten Caltech ein, dem kalifornischen Institut, an dem der legendäre Richard Feynman, Murray Gell-Mann (einer der Väter der Theorie der Quarks und der QCD) und Kip Thorne, der das Drehbuch zu Interstellar schrieb, lehrten.

Insbesondere Brown entdeckte 2003 Eris, das massereicher als Pluto war und darauf hindeutete, dass weitere ähnliche Objekte im Kuiper-Gürtel existieren. Die Internationale Astronomische Union (IAU) sah sich daraufhin gezwungen, den Begriff „Planet“ erstmals formal zu definieren, was dazu führte, dass Pluto der Titel des neunten Planeten im Sonnensystem aberkannt wurde, um eine Inflation der Zahl der Himmelskörper, die diesen Titel beanspruchen könnten, zu vermeiden. Brown hat weitere wichtige transneptunische Objekte auf seinem Radarschirm, darunter Quaoar, Sedna und Makémaké. Er untersucht auch Europa und seinen Ozean.

Der gebürtige Russe Konstantin Batygin gilt unter seinen Kollegen als Wunderkind. Mit weniger als 30 Jahren hat er bereits 45 Arbeiten über Planetendynamik mitverfasst. Einige davon wurden gemeinsam mit dem berühmten Alessandro Morbidelli verfasst, dem Mathematiker und Astronomen, der mehrfach zum Verständnis der Struktur und Entwicklung des Sonnensystems beigetragen hat. Zusammen mit seinen Kollegen veränderte Morbidelli die Art und Weise, wie wir über die Entstehung des Sonnensystems denken, indem er das berühmte Nizza-Modell einführte, das auf Planetenwanderungen basiert. Wie in der Zeitschrift Science berichtet, hat Morbidelli nun die Arbeit der beiden Forscher überprüft. Er empfand ihre Arbeit als solide und ziemlich überzeugend.

Batygin und Brown selbst waren anfangs sehr skeptisch, und sie verstehen die Reaktion ihrer Kollegen auf ihre verrückte Hypothese vollkommen. Doch wenn man der berühmten Aussage, die Niels Bohr zugeschrieben wird, Glauben schenken darf, ist die Hypothese der beiden Forscher verrückt genug, um richtig zu sein. Vollends überzeugt wird aber wohl jeder erst sein, wenn das Bild des neunten Planeten durch die CCD-Sensoren der Teleskope erscheint. Die bei Subaru und dem W. M. Keck-Observatorium sind leistungsstark genug, um den Planeten in der Region des Himmels, in der er sich befinden könnte, zu entdecken, aber es könnte fünf Jahre dauern, vor allem, da er so weit entfernt ist und sich sehr langsam bewegt, also nicht viel anders als ein schwacher Stern ist. Eine bessere Chance, ihn schnell zu finden, hätte ein anderes Teleskop, das aber noch im Bau ist: das LSST.

Urhebender Autor: Laurent Sacco