Hipotéticos planetas transneptunianos que orbitan alrededor del Sol

El posible descubrimiento reciente del Planeta Nueve por Batygin & Brown (2016) ha causado un gran revuelo en la comunidad astronómica, Astronomy Stack Exchange y el resto del mundo. Esto se debe, por supuesto, en parte a que cualquier mención de tal descubrimiento causará revuelo, pero también se debe en parte a la supuesta probabilidad de que los movimientos de los Objetos Transneptunianos (TNO) sean puramente casuales: 0.007% , o 1 en 14.000, lo que corresponde a una probabilidad de ~ 3,8$\sigma$.

Dicho esto, la probabilidad real de que este planeta exista es un poco más baja: 90%, según Brown , y 68,3%, según Greg Laughlin , astronomía de UC-Santa Cruz que conocía los resultados antes de la publicación del artículo. La diferencia entre estas probabilidades y las mencionadas en el documento se debe al hecho de que tal vez haya otros factores contribuyentes que podrían haber causado los movimientos de los TNO, y también que estos números informales son más conjeturas que estimaciones.

Las respuestas a ¿Por qué no se ha detectado ya el "noveno planeta"? ya he dado una variedad de métodos que no funcionarán en el caso de Planet Nine, y por qué no han funcionado. Además de la posibilidad obvia de que el Planeta Nueve simplemente no existe, estos son algunos de ellos:

• Podría confundirse con una estrella de fondo, mezclándose con la Vía Láctea. ^[1]
• Está muy lejos y es tenue, quizás un objeto de ^magnitud 22 . ^{[1] , [2]}
• La mayoría de los métodos para detectar exoplanetas no funcionarán, incluidos ^[3]
  • Velocidad radial.
  • Tránsito.
  • Microlente gravitacional
  • Imágenes directas.
• Los sondeos anteriores no se ven lo suficientemente en profundidad, sino en otras áreas del cielo, o cubren longitudes de onda en las que este planeta no aparece. ^[4] Este es otro problema con el uso de WISE detallado en la respuesta de MBR aquí . Otros problemas son que el planeta probablemente no sea lo suficientemente masivo como para que WISE lo vea, y está extremadamente lejos. También puede ser frío y tener un albedo bajo, lo que dificulta la detección directa.

Menciono todo esto porque, sorprendentemente, el caso del Planeta Nueve es muy relevante para la detección de estos otros planetas que mencionaste en tu pregunta.

HD 106906b

Hay varias similitudes aquí entre este planeta y el Planeta Nueve.

• HD 106906 b tiene una órbita con un semieje mayor de al menos 650 UA. En comparación, se cree que el Planeta Nueve tiene un semieje mayor de aproximadamente 700 AU, según las estimaciones del documento. Dicho esto, se desconocen otras propiedades orbitales para HD 106906 b y pueden diferir.
• HD 106906 b tiene una masa de aproximadamente 11 masas terrestres; El Planeta Nueve tiene una masa de aproximadamente 10 masas terrestres.

Una diferencia es que HD 106906 b puede haberse formado donde está en este momento. La dispersión, como la que experimentó el Planeta Nueve, parece poco probable. Esto significa que los dos podrían tener composiciones diferentes, aunque creo que ambos podrían ser gigantes de hielo o sus restos, dado el lugar donde se formaron.

En resumen, HD 106906 b puede ser muy similar a Planet Nine, y aunque no sabemos mucho sobre ninguna de las propiedades, parece seguro decir que los métodos de detección y los problemas serían similares.

Fomalhaut b

Fomalhaut b es un poco diferente. Su semieje mayor es ~177 UA, mucho más pequeño que estos otros dos planetas, y puede tener desde 10 masas terrestres hasta varios cientos de masas terrestres.

Curiosamente, Fomalhaut b también se detectó indirectamente, al igual que Planet Nine. Se encontró una brecha en el disco de polvo de Fomalhaut, que solo pudo haber sido causada por un planeta masivo. Más tarde, fue fotografiado directamente.

La detección directa podría ser posible si Fomalhaut b estuviera en el Sistema Solar, especialmente dado su mayor tamaño y masa. Además, tendría un enorme impacto en los TNO. Sin embargo, sería un gigante gaseoso, no un gigante de hielo, por lo que sería difícil explicar cómo se movió hasta ahora.

Discutí esos planetas para tomar un pequeño desvío y hablar sobre lo que podría (y no) estar más allá de Neptuno. Seré más explícito aquí.

¿Qué podría haber más allá de Neptuno?

• Un gigante de hielo, como el Planeta Nueve, o los restos de uno. Esto se habría formado más cerca, cerca de Júpiter y Saturno, que existían en un período de resonancia con Saturno. También habrían existido otras resonancias de planetas gigantes. Luego, una inestabilidad rompió las resonancias, llevando al gigante de hielo hacia adentro, hacia Saturno y luego a Júpiter, desde donde fue lanzado hacia afuera. Esto cambió las órbitas de los otros cuatro gigantes gaseosos. Hablé de que esta es otra respuesta mía , a la que parece que hago referencia continuamente.

  Dicho esto, la respuesta inicial era incorrecta, lo cual he notado desde entonces, y fue revisada. Las estimaciones de Batygin encontraron que el Planeta Nueve habría sido expulsado muchos, muchos, millones de años antes de que supuestamente se rompieran las resonancias (según la evidencia del Bombardeo Pesado Tardío ). Sin embargo, esto no significa que no pudiera haber un sexto gigante. Las simulaciones de Nesvorný & Morbidelli (2012) que exploraron la evolución de un Sistema Solar con cuatro, cinco y seis planetas gigantes encontraron buenos resultados con cinco y seis planetas gigantes.

• Una súper-Tierra o mini-Neptuno . ¹ Estos son planetas que tienen, como máximo, 10 masas terrestres. Las supertierras serían planetas terrestres con atmósferas densas; los mini-Neptunos serían planetas gaseosos. Tenga en cuenta que estos nombres no dicen nada más sobre sus composiciones; por ejemplo, las supertierras no son necesariamente habitables.
• Algo más. La región aún no se ha explorado bien, y podría haber algunos otros objetos imprevistos. Es probable que este tipo de objeto esté frío, ya que WISE (consulte la siguiente sección) podría haberlo detectado de otra manera.

Lo que no puede estar más allá de Neptuno

• Un gigante gaseoso. ² El Wide-field Infrared Survey Explorer no encontró objetos con la masa de Saturno hasta 10 000 AU, ni objetos con la masa de Júpiter hasta 26 000 AU .

  

  Esto es, por supuesto, además de muchos otros planetas que no pueden existir . De todos modos, esto es lo más probable es que ya hubiéramos detectado Fomalhaut b, si estuviera en el Sistema Solar.

Entonces, suponiendo que hay algo más allá de Neptuno, ¿cómo podemos encontrarlo? Bueno, ahora que se ha planteado la hipótesis de su existencia y sabemos dónde debería estar, los astrónomos pueden dirigir los telescopios hacia esa ubicación y usar imágenes directas.

Ha habido cierto entusiasmo porque se utilizará el Telescopio Subaru . Es muy probable que también se utilicen otros telescopios ópticos (y posiblemente infrarrojos y de otras longitudes de onda). Respuestas a ¿Qué longitud de onda detecta mejor el "noveno planeta"? (especialmente la respuesta de Rob Jeffries) indican que las longitudes de onda ópticas e infrarrojas/infrarrojas cercanas serán la mejor opción. A partir de hoy (24/01/2016), solo podemos especular sobre qué otros instrumentos se utilizarán y cuáles son sus posibilidades de encontrar este planeta, si es que existe.

¿Quién sabe? Tal vez surja algo más inesperado.

^{1 Ahora nos adentramos en las diferentes cosas que podría ser el Planeta Nueve. Mi respuesta a ¿Qué tipo de objeto de masa planetaria sería el Planeta Nueve? cubre esto, pero hay mejores respuestas para Noveno planeta: ¿qué más podría ser? que el mío.
2 Tenga cuidado con la diferencia entre un gigante de hielo y un gigante gaseoso .}

Si tal planeta existe, WISE debería observarlo. WISE es un satélite infrarrojo que tomó imágenes de todo el cielo. En particular:

• fue capaz de detectar cualquier cosa con una temperatura superior a 70-100 K, mientras que los exoplanetas más fríos conocidos están en el rango de 100 K (ver el histograma a continuación, tomado del Catálogo de Exoplanetas );
• fue capaz de detectar objetos de más de 1 km hasta 3 AU del Sol, u objetos de 2-3 masas de Júpiter a una distancia de hasta 7-10 años luz (aproximadamente hasta 440 000 a 630 000 AU, ver aquí y aquí );

por lo que diría que su existencia ya está bastante descartada.