Astrobites Airlines: ¡Vamos al Planeta Nueve!

Representación artística del hipotético Planeta Nueve en las afueras de nuestro Sistema Solar. 
Crédito: Caltech / R. Herido, IPAC.

Astrobites es una organización dirigida por estudiantes de posgrado que digiere literatura astrofísica para estudiantes de pregrado y público interesado. El siguiente artículo es un comentario por la estudiante de posgrado Sabina Sagynbayeva del paper descrito a continuación.

Título: Inyección de objetos de la nube interna de Oort en el distante cinturón de Kuiper por el Planeta Nueve.
Autores: Konstantin Batygin y Michael E. Brown Institución de ambos autores: Instituto de Tecnología de California. Estado: Aceptado por  ApJL.

Damas y caballeros, bienvenidos a bordo de Astrobites Airlines con servicio desde la Tierra al Planeta Nueve. Actualmente somos cuartos en la línea de despegue, pero puede obtener más información sobre otros despegues al Planeta Nueve  aquí , aquí y aquí . Viajamos a la velocidad de la luz y la duración de nuestro vuelo será de unas 70 horas. Le pedimos que disfrute de nuestro largo viaje al Sistema Solar exterior.

Figura 1: Ubicación del Cinturón de Kuiper y la nube de Oort. Agrandar imagen.
Crédito:
ESA.

Nuestro viaje comienza en el Cinturón de Kuiper, un anillo de cuerpos helados que residen más allá de la órbita de Neptuno. Mire a su alrededor: ¡estos son objetos distantes del Cinturón de Kuiper (KBO) (mire la Figura 1)! Podemos ver (también en la Figura 2) dos tipos distintos de KBO distantes: algunos KBO tienen órbitas dinámicamente estables y otros no. Aquellos que son inestables son desestabilizados por Neptuno. La agrupación observada de órbitas estables debe verse afectada por algo para que mantenga la alineación orbital contra la precesión diferencial inducida por los planetas giagantes. Es decir, por Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno (¡planetas enormes que tienen una gravedad enorme!). Entonces, ¿qué está afectando las órbitas de los KBO estables? Los autores del artículo de hoy piensan que podría ser el Planeta Nueve.

Figura 2: Censo de KBO distantes. Agrandar imagen.
Las órbitas de los KBO estables se representan en violeta y gris. 
Los inestables están representados en verde. 
Crédito: Batygin y Brown 2021.

¡Olvidamos que el Universo es GRANDE!

Los autores han estado trabajando en el Planeta Nueve durante mucho tiempo. En su primer artículo en 2016, se publicó la hipótesis de la existencia de este planeta gigante distante e invisible en nuestro Sistema Solar. Durante este tiempo, hicieron algunas estimaciones sobre las propiedades dinámicas del planeta al que nos dirigimos en este momento. Por ejemplo, el Planeta Nueve podría tener 5 masas terrestres, con un semi eje mayor de 500 au y una excentricidad de 0,25. La inclinación orbital es de 20 grados a partir de los datos que se observaron (el Planeta Nueve en sí aún no se ha observado). 

Sin embargo, durante todo este tiempo, los autores trataron al Sistema Solar como un objeto aislado. Es decir, descuidando todos los cuerpos que alcanzan una distancia heliocéntrica de más de 10.000 au. ¡Pero estos cuerpos todavía están allí! La suposición de los autores es válida para representar la evolución de objetos con semiejes mayores del orden de unos pocos cientos de au. Detecciones más recientes de objetos transneptunianos (TNO), sin embargo, muestran una característica. Apuntan cada vez más a una abundancia pronunciada de TNO de período largo con una distancia heliocéntrica de más de 10.000 au. Este dominio orbital limita con la Nube Interna de Oort (IOC). Más importante aún, la población de escombros en el IOC es estable, ¡al igual que los KBO mencionados anteriormente! Entonces, la hipótesis de los autores es que algunos de estos KBO estables fueron inyectados en el Cinturón de Kuiper desde el exterior. Eso se debe posiblemente a la influencia del Planeta Nueve.

El tira y afloja entre planetas gigantes y estrellas

A medida que nos alejamos más y más del Sol en nuestra nave espacial, es importante tener en cuenta una consideración. Es, que el entorno de nacimiento del Sol jugó un papel importante en la configuración del Sistema Solar. Después de todo, ¡el Sol es la razón por la que tenemos nuestro Sistema Solar en primer lugar! El Sol, como cualquier otra estrella, nació en una gran familia de estrellas: un cúmulo. Ahora es el momento de ponerse las gafas, ¡porque es el momento de la simulación!

Los autores hicieron una simulación de N-cuerpos de la formación de nuestro Sistema Solar, incluidos Júpiter y Saturno (son importantes porque son enormes). Además incluyeron 100.000 planetesimales, que abarcan el rango de 4.5-12 au en la distancia heliocéntrica en las órbitas circulares y coplanares iniciales. 

Modelaron el cúmulo de nacimiento del Sol como una esfera de Plummer. La esfera de Plummer se utiliza a menudo en simulaciones de N-cuerpos para «suavizar» la gravedad a escalas de distancias pequeñas. Esto es necesario para evitar que las partículas puntuales se dispersen con demasiada fuerza entre sí en una aproximación cercana. 

Junto con Júpiter y Saturno, también modelaron «estrellas pasajeras», miembros de la familia del Sol que podrían haber afectado los escombros gravitacionalmente. 

Todo ello, es decir, el crecimiento concurrente de planetas gigantes y las estrellas que pasan, afecta a los planetesimales. Piense en ello como un tira y afloja sobre los planetesimales por Júpiter y Saturno por un lado y las estrellas que pasan, por otro. Debido a que estos objetos helados (también conocidos como planetesimales) no saben a dónde ir, eligen «congelarse» en su lugar, a miles de au del Sol. De esto se forma el IOC.

¿Ya hemos llegado al Planeta Nueve?

Estimados pasajeros, ¡es hora de otra simulación! Hasta ahora no hemos considerado al Planeta Nueve en nuestra simulación. Así, la IOC creada por el tira y afloja entre la dispersión por los planetas gigantes y las estrellas que pasan, esencialmente permanecería dinámicamente congelada. Esto ocurriría durante la vida en la secuencia principal, del Sol. Pero eso se debe a que el Planeta Nueve no se consideró en la primera simulación. Veamos qué sucede cuando los autores agregan el Planeta Nueve.

En esta simulación, los autores explicaron por un lado la dinámica impulsada por Neptuno, el Planeta Nueve y las estrellas pasajeras. Por otro, el efecto del campo de mareas gravitacional galáctico y el efecto promedio de Júpiter, Saturno y Urano. 

Resultados de la nueva simulación

Descubrieron que durante la vida del Sol, una fracción significativa (es decir, del orden del 20%) de la IOC se inyecta en el distante Cinturón de Kuiper. Los autores también encontraron que estos objetos de la IOC reinyectados exhiben agrupamiento orbital, lo cual es importante para la hipótesis del Planeta Nueve. (Ver este fragmento anterior para más detalles). Sin embargo, el grado de agrupación es considerablemente menor. Los datos sugieren que el Planeta Nueve podría ser incluso más excéntrico de lo que pensamos. Entonces, ¡nuestro viaje puede demorar un poco más! Otro resultado clave de la simulación es que los objetos IOC muestran una distribución de eje semi-mayor muy extendida. Esto podría explicar objetos como el Goblin .

Figura 3: Secuencia de eventos modelados dentro de este trabajo. 
Una población de objetos transneptunianos se forma mientras el Sol todavía está en su cúmulo de nacimiento. 
Posteriormente, durante los mil millones de años de vida del Sistema Solar, el Planeta Nueve afecta lentamente estos objetos de período extremadamente largo. El efecto resultante es mezclarlos con el censo observado de objetos del Cinturón de Kuiper.
Crédito: Batygin y Brown 2021
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Nos alegra que nos haya elegido nuevamente para su viaje. Estamos muy emocionados de ver lo que realmente hay ahí fuera, muy lejos en nuestro Sistema Solar. ¡Gracias por elegir Astrobites Airlines!

Astrobite original editado por Catherine Manea.

Fuente: Astrobites.

Artículo oiriginal: «Astrobites Airlines: We’re going to Planet Nine!«. Sabina Sagynbayeva. May 4, 2021.

Sobre la autora, Sabina Sagynbayeva:

Soy un estudiante de posgrado en la Universidad de Stony Brook y mi principal área de investigación son los planetas. Actualmente estoy trabajando en la formación de planetas usando simulaciones hidrodinámicas. ¡Estoy principalmente interesada en la interacción planeta-disco, pero casi cualquier tema relacionado con los planetas me fascina! Además de investigar, también soy cantautora. ME ENCANTA escribir canciones, y puedes encontrarlas en cualquier plataforma de transmisión.

Material relacionado

Una colección de artículos en Español sobre el Planeta Nueve

Los dos artículos siguientes, muestran el estado de la investigación sobre la potencial existencia del Planeta Nueve. El primero a finales del año 2017 y el segundo lo hace a Marzo de 2018.

El artículo siguiente, describe el caso de un cuerpo rocoso que ha agregado evidencia circunstancial a la existencia del Planeta Nueve.

El lector que desee profundizar en el tema Cinturón de Kuiper, puede recurrir al apartado «Material relacionado» del artículo: «Descubren nuevo planeta enano en el Cinturón de Kuiper» en el que encontrará una riquísima colección de recursos.

Las páginas de los investigadores que propusieron la existencia del noveno planeta:

Todos los planetas orbitan en un plano con respecto al Sol, aproximadamente a un par de grados entre sí. Ese plano, tiene una inclinación de seis grados con respecto al Sol, dando la apariencia de que el Sol en sí mismo está inclinado ese ángulo. Hasta ahora, nadie había encontrado una explicación convincente para producir tal efecto. Sin embargo, la presencia de un planeta con las características del Planeta Nueve sí lo hace: 

Teóricamente, la gravedad del Planeta Nueve también debería tirar ligeramente de los planetas.  Con esto en mente, Agnès Fienga del Observatorio de la Costa Azul (Francia) y colegas utilizaron un modelo teórico, con la nueva adición del Planeta Nueve. Querían comprobar si podría explicar mejor las pequeñas perturbaciones observadas en la órbita de Saturno detectadas por la nave Cassini. He aquí lo que encontraron:

La mayoría de los objetos del Cinturón de Kuiper tienen inclinaciones orbitales semejantes a lo que los científicos planetarios llaman el plano invariable del Sistema Solar. Sin embargo, los objetos más distantes del Cinturón de Kuiper no lo hacen. Su plano promedio, se descubrió que está inclinado lejos del plano invariable unos ocho grados. En otras palabras, algo desconocido y distinto al Planeta Nueve, está deformando el plano orbital promedio del Sistema Solar Exterior. Vea los detalles en el siguiente artículo:

Argumentaciones en contra de la existencia del Planeta Nueve

Antes de ir a las argumentaciones, ponemos un artículo que sirve de introducción. En él que se presenta una discusión sobre los argumentos que llevaron a proponer la existencia del Planeta Nueve y los sesgos en ellos. También se presentan las predicciones que hacen sus proponentes a partir de su existencia:

Las órbitas de cuatro objetos recién descubiertos no muestran signos de atracción gravitatoria del planeta gigante propuesto, según lo documenta el siguiente artículo.

Dos objetos transneptunanos retrógrados, junto con otros cuatro pequeños asteroides Centauro prógrados, comparten un plano orbital común, próximo al plano perpendicular al del Sistema Solar. Además, los dos objetos retrógrados tienen nodos ascendentes casi idénticos , al igual que los cuatro objetos prógrados. Este escenario, con una muy baja probabidad de ocurrencia, no es explicable con la presencia del hipotético Planeta Nueve, según lo relata la siguiente publicación.

El trabajo siguiente muestra que tanto los casos a favor como en contra de un hipotético Planeta Nueve en el Sistema Solar exterior no son concluyentes.

¿Puede un disco gigante y denso en los confines de nuestro Sistema Solar explicar un conjunto desconcertante de observaciones?

Colecciones de artículos sobre el Planeta Nueve en los medios

Para los aficionados:

Backyard Worlds: Planet 9_ Es un proyecto (Zoouniverse) dedicado a la búsqueda, por el público, de nuevos mundos en los confines de nuestro Sistema Solar y en el espacio interestelar cercano. según lo describe el siguiente artículo:

Un equipo de astrónomos australianos de la Universidad Nacional de Australia (ANU), también involucra al público aficionado en la búsqueda del Planeta Nueve. Pone a disposición los datos  del sondeo: «SkyMapper Southern Sky Survey» para su examen, según lo describe el artículo siguiente.

Videos:

Curiosidades

Dos casos extremos de mundos lejanos a su estrella, el primero en nuestro Sistema Solar, y el segundo en una estrella lejana

Las distancias del Sistema Solar a escala muestran el recién descubierto 2018 VG18, apodado «Farout», en comparación con otros objetos conocidos del Sistema Solar.
Créditos:  La ilustración de Roberto Molar Candanosa y Scott S. Sheppard es cortesía del  «Carnegie Institution for Science».

A)_ Un equipo de astrónomos ha descubierto el cuerpo más distante observado en nuestro Sistema Solar. Es el primer objeto conocido del Sistema Solar que se ha detectado  está a una distancia más de 100 veces mayor que lo que lo está la Tierra  del Sol.

B)_Se ha encontrado un planeta, hasta ahora considerado como un planeta flotante o solitario, en una gran órbita alrededor de su estrella.  Increíblemente, el objeto, designado como 2MASS J2126, está a aproximadamente 1000 millones de kilómetros de la estrella. Esto es aproximadamente 7000 veces la distancia de la Tierra al Sol.

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