¿Por qué los astrónomos ahora dudan de que haya un noveno planeta sin descubrir en nuestro Sistema Solar?

Concepto artístico de un planeta hipotético con un sol lejano. 
Crédito Imagen: Shutterstock / The Conversation .

El Planeta Nueve es un planeta gigante teórico sin descubrir en los misteriosos confines de nuestro Sistema Solar.

Se ha formulado la hipótesis de la presencia del Planeta Nueve para explicar todo, desde la inclinación del eje de giro del Sol hasta el aparente agrupamiento en las órbitas de pequeños asteroides helados más allá de Neptuno.

Pero, ¿existe realmente el Planeta Nueve?

Descubrimientos al borde de nuestro Sistema Solar.

El Cinturón de Kuiper es una colección de pequeños cuerpos helados que orbitan el Sol más allá de Neptuno, a distancias superiores a 30 UA (una unidad astronómica o UA es la distancia entre la Tierra y el Sol). Estos objetos del Cinturón de Kuiper (KBO, por Kuiper Belt Objects) varían en tamaño desde grandes rocas hasta 2.000 km de diámetro. Los KBO son restos de pequeños fragmentos de material planetario que nunca se incorporaron a los planetas, de forma similar al Cinturón de Asteroides .

Después de Plutón, el segundo objeto del Cinturón de Kuiper, 1992 QB1, fue descubierto en 1992 por los astrónomos estadounidenses David Jewitt y Jane Luu usando el telescopio de 2.2 metros en Mauna Kea en Hawai. 
Crédito:
NASA.

Los descubrimientos del sondeo del Cinturón de Kuiper más exitoso hasta la fecha, el Sondeo de los Orígenes del Sistema Solar Exterior (OSSOS) , sugieren una explicación más astuta de las órbitas que vemos. Se ha descubierto que muchos de estos KBO tienen órbitas muy elípticas e inclinadas, como Plutón .

Los cálculos matemáticos y las simulaciones detalladas por computadora han demostrado que las órbitas que vemos en el Cinturón de Kuiper solo pueden haberse creado si Neptuno originalmente se formó algunas UA más cerca del Sol, y migró hacia afuera a su órbita actual . La migración de Neptuno explica la omnipresencia de las órbitas altamente elípticas en el Cinturón de Kuiper, y puede explicar todas las órbitas de los KBO que hemos observado, excepto un puñado de KBO en órbitas extremas que siempre permanecen al menos 10 UA más allá de Neptuno.

¿Prueba del planeta nueve?

Estas órbitas extremas han proporcionado la evidencia más fuerte para el Planeta Nueve. Los primeros descubiertos se limitaron a un cuadrante del Sistema Solar. Los astrónomos esperan observar órbitas en todas las diferentes orientaciones , a menos que haya una fuerza externa que los confine. Encontrar varios KBO extremos en órbitas apuntadas en la misma dirección era una pista de que algo estaba sucediendo. Dos grupos separados de investigadores calcularon que solo un planeta grande y muy distante podría mantener todas las órbitas confinadas a una parte del Sistema Solar, y así nació la teoría del Planeta Nueve.

Se teoriza que el Planeta Nueve es de cinco a 10 veces más masivo que la Tierra, con una órbita que oscila entre 300-700 UA. Se han publicado varias  predicciones para su ubicación en el Sistema Solar, pero ninguno de los equipos de búsqueda lo ha descubierto aún. Después de más de cuatro años de búsqueda, todavía hay evidencia indirecta a favor del Planeta Nueve .

La búsqueda de KBO

La búsqueda de KBO requiere una planificación cuidadosa, cálculos precisos y un seguimiento meticuloso. Soy parte del OSSOS, una colaboración de 40 astrónomos de ocho países. Utilizamos el Telescopio Canadá-Francia-Hawái durante cinco años para descubrir y rastrear más de 800 nuevos KBO , casi duplicando el número de KBO conocidos con órbitas bien medidas. Los KBO descubiertos por OSSOS varían en tamaño desde unos pocos kilómetros hasta más de 100 km, y varían en distancia de descubrimiento desde unas pocas UA hasta más de 100 UA, con la mayoría en 40-42 UA en el Cinturón Principal de Kuiper.

Los KBO no emiten su propia luz: estos cuerpos pequeños y helados solo reflejan la luz del Sol. Por lo tanto, los sesgos contra la detección a grandes distancias son extremos: si mueve un KBO 10 veces más lejos, se volverá 10,000 veces más débil. Y debido a las Leyes de la Física, los KBO en órbitas elípticas pasarán la mayor parte de su tiempo en las partes más distantes de sus órbitas. Entonces, si bien es fácil encontrar KBO en órbitas elípticas cuando están cerca del Sol y son brillantes, estos KBO pasan la mayor parte del tiempo siendo mucho más débiles y difíciles de detectar.

Esto significa que los KBO en órbitas elípticas son particularmente difíciles de descubrir, especialmente los extremos que siempre se mantienen relativamente lejos del Sol. Solo se han encontrado algunos de estos hasta la fecha y, con los telescopios actuales, solo podemos descubrirlos cuando están cerca del pericentro (perihelio), el punto más cercano al Sol en su órbita.

Esto lleva a otro sesgo de observación que históricamente ha sido ignorado por muchos sondeos de KBO: los KBO en cada parte del Sistema Solar solo se pueden descubrir en ciertas épocas del año. Los telescopios terrestres también están limitados por el clima estacional, y es menos probable que ocurran descubrimientos cuando las condiciones nubladas, lluviosas o ventosas son más frecuentes. Los descubrimientos de KBO también son mucho menos probables cerca del plano de la galaxia de la Vía Láctea, donde innumerables estrellas hacen que sea difícil encontrar a los vagabundos débiles y helados en imágenes telescópicas.

Lo que hace que OSSOS sea único es que somos muy públicos acerca de estos sesgos en los descubrimientos. Y debido a que entendemos nuestros sesgos tan bien, podemos usar simulaciones por computadora para reconstruir la verdadera forma del Cinturón de Kuiper después de eliminar estos sesgos.

Ajuste por sesgos

OSSOS descubrió un puñado de nuevos KBO extremos, la mitad de los cuales están fuera de la región confinada, y son estadísticamente consistentes con una distribución uniforme. Un nuevo estudio (actualmente en revisión) corrobora los descubrimientos no agrupados de OSSOS . Un equipo de astrónomos que utiliza datos de la Dark Energy Survey (DES)  encontró más de 300 nuevos KBO sin agrupamiento de órbitas . Así que ahora dos encuestas independientes, que rastrearon cuidadosamente e informaron sus sesgos de observación al descubrir conjuntos independientes de KBO extremos, no han encontrado evidencia de órbitas agrupadas.

Todos los KBO extremos que se habían descubierto antes de OSSOS y DES fueron de encuestas que no informaron completamente sus sesgos direccionales. Por lo tanto, no sabemos si todos estos KBO se descubrieron en el mismo cuadrante del Sistema Solar porque en realidad están confinados allí, o porque no se realizaron búsquedas lo suficientemente profundas en los otros cuadrantes. Realizamos simulaciones adicionales que mostraron que si las observaciones se hacen solo en una temporada desde un telescopio, los KBO extremos solo se descubrirán naturalmente en un cuadrante del Sistema Solar.

Todos los KBO conocidos con órbitas superiores a 250 UA. 
Las órbitas de KBO descubiertas por OSSOS y DES están en muchas direcciones; 
sondeos anteriores con sesgos desconocidos los descubrieron en la misma dirección. 
Esta imagen fue producida usando datos públicos de la Base de Datos del Centro de Planetas Menores. 
Crédito: Samantha Lawler.

Luego de probar la teoría del Planeta Nueve, observamos en detalle las órbitas de todos los KBO «extremos» conocidos y descubrimos que todos menos los dos KBO de mayor pericentro pueden explicarse por los efectos físicos conocidos . Estos dos KBO son atípicos, pero nuestras simulaciones informáticas detalladas anteriores del Cinturón de Kuiper, que incluían efectos gravitacionales del Planeta Nueve, produjeron un conjunto de KBO «extremos» con pericentros que oscilaban de manera suave entre 40 y más de 100 UA.

Estas simulaciones predicen que debería haber muchos KBO con pericentros tan grandes como los dos valores atípicos, pero también muchos KBO con pericentros más pequeños, que deberían ser mucho más fáciles de detectar. ¿Por qué los descubrimientos de la órbitas no coinciden con las predicciones? La respuesta puede ser que la teoría del Planeta Nueve no resiste las observaciones detalladas.

Nuestras observaciones con un cuidadoso sondeo han descubierto KBO que no están confinados por el Planeta Nueve , y nuestras simulaciones muestran que el Cinturón de Kuiper debería contener órbitas diferentes de las que observamos si existiese el Planeta Nueve . Se deben invocar otras teorías para explicar los KBO extremos de alto pericentro, pero no faltan las teorías propuestas en la literatura científica.

Quedan por descubrir muchos objetos hermosos y sorprendentes en el misterioso Sistema Solar Exterior , pero no creo que el Planeta Nueve sea uno de ellos.

Fuente: The Conversation.

Artículo original:

Why astronomers now doubt there is an undiscovered 9th planet in our solar system. Samantha Lawler, Assistant Professor of Astronomy, University of Regina, May 25, 2020.

Material relacionado:

Un trabajo en la misma dirección de este artículo se presenta en:

Invitamos al lector a consultar el siguiente artículo, que propone una explicación distinta y que además contiene en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos sobre el Planeta 9, artículos en Español y también de medios especializados, examina las argumentaciones a favor y en contra, presenta los Proyectos de Ciencia Ciudadana para el aficionado, videos, etc. :

Sobre el Cinturón de Kuiper, el lector puede consultar el apartado «Material relacionado» del siguiente artículo:

 Algunos proyectos de sondeo de TNOs

Curiosidades:

Una propuesta radical.

Tal vez no hemos encontrado el Planeta Nueve porque no existe. La evidencia del planeta no es muy fuerte. Se deriva de un análisis estadístico de las órbitas de pequeños cuerpos en el Sistema Solar Exterior . La idea es que la atracción gravitacional del Planeta Nueve hace que la orientación de sus órbitas se agrupe. Pero como otros han señalado, la agrupación observada podría deberse a otros efectos.

Si el Planeta Nueve existe, es un poco extraño que no lo hayamos encontrado. Varios estudios del cielo son lo suficientemente sensibles como para ver un planeta de su tamaño. Es posible que el planeta esté más distante de lo que esperamos o que tenga un albedo más bajo, pero las observaciones están comenzando a descartar algunos de estos. Hay, sin embargo, una idea mucho más radical. ¿Qué pasa si el Planeta Nueve no se ha observado porque no es un planeta? ¿Qué pasa si es un agujero negro primordial?

El agujero negro del Planeta Nueve es lo suficientemente pequeño como para ponerlo en un papel. 
Crédito: Jakub Scholtz y James Unwin.

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