第九行星真实存在吗?

本文来自微信公众号: ,作者:Nature Portfolio,原文标题:《第九行星存在吗?最新研究结果显示……》,头图来自:Wikipedia

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第九行星已死,第九行星万岁?多年以来,研究人员一直在争论太阳系外围是否存在一颗质量至少为地球5倍的未知行星。现在,新的分析结果给了这个假说无情的一击——针对遥远冰质天体的最新分析挑战了认为这些天体受到一个巨行星牵引的理论。

不过,分析结果并没有完全排除太阳系存在第九行星的可能性。天文学家认为,需要更多的数据才能平息这个争论。

第九行星真实存在吗?

假想中的第九行星(示意图)。来源:Shutterstock

2016年,加州理工学院的天文学家Mike Brown和Konstantin Batygin提出了存在第九行星的假想[1],假想的依据是他们观察到6个外海王星天体(TNO,也称海外天体)的轨道似乎会发生聚拢。这些海外天体位于柯伊伯带,柯伊伯带是海王星轨道之外围绕太阳旋转的一圈小型天体。

他们认为,这些轨道发生聚拢是因为它们受到了某颗巨行星引力的牵引,而这颗行星就暗藏在外太阳系的某处,它和太阳的距离至少是地日距离的400倍,是最知名的海外天体——矮行星冥王星离日距离的约10倍。如果被证明存在,这个遥远的天体将是一次重大发现——一颗位于海王星外的巨大天体绝对会被归为行星

但也不是所有的天文学家都同意这个观点。有些研究就质疑了这些海外天体是否真的发生了聚拢,还是只是看起来发生了聚拢,因为研究人员只在特定方向上开展了详细的观测。

密歇根大学安娜堡分校物理学家Kevin Napier领导的团队展开了进一步的分析。他们通过整合3个巡天观测的数据,分析了14个“极端”海外天体(ETNO:绕日轨道比海王星远得多的海外天体)的轨道,结果发现这些天体的运行轨道可能不需要用附近有一颗行星来解释。在考虑了选择性偏差(这里指研究人员只观测了外太阳系一小部分的事实)之后,数据显示极端海外天体在天空中是均匀分布的。

Napier说:“这是首次对所有3个最有成效的极端海外天体巡天观测进行的meta分析。”该团队的研究结果2月10日发布在预印本网站arXiv上[2]

马非斑马

为了判断这些天体是否真的发生了聚拢,Napier的团队构建了一个计算机模型,模拟了外太阳系均匀分布的100亿个极端海外天体。随后,他们计算了只观测其中一小部分天体能在多大程度上得出与现有观测结果相符的结论。

他们的结论是:没有理由认为极端海外天体是不均匀分布的,可能是选择性偏差让观测天体看起来有聚拢现象。“这不是说第九行星不存在,只是不需要用它来解释这些数据,”Napier说,“你也可以用聚拢来解释这些数据——但这就好比你听到了马蹄声,你想到的应该是马,而不是斑马。”

但是Brown却不同意。“我在我们论文的基础上用他们的数据做了图,你一看就会发现,这些天体非常聚集,”他说,“他们的数据其实有力证明了第九行星的存在。”Brown指出这篇新论文并没有包含他和Batygin在原始论文里提到的那6个海外天体。他还称这些研究人员是“在冰激凌里加烂污泥”,因为他们所分析天体的轨道可能会受到附近海王星的影响。

Napier则表示,他们之所以没有纳入Brown 和Batygin的那6个海外天体,是因为本世纪初发现这些天体的巡天观测数据不足。他说:“我们需要知道当时望远镜的观测方向和观测时间,以及当时望远镜可以探测到多暗的天体。之前的巡天观测数据并不包含这些信息。”

加拿大里贾纳大学的天文学家Samantha Lawler参与了“外太阳系起源巡天计划”(Outer Solar System Origins Survey),该计划也出现在了Napier团队的这项分析中。Lawler支持Napier团队的结论,她认为如果数据能用选择性偏差来简单解释的话,就不需要假设第九行星的存在。

她说:“没有任何证据表明这些遥远海外天体的轨道发生了聚拢,它们的轨道符合均匀分布的情形。我不能说第九行星已死,但我能说没有证据支持它的存在。

上万个其他天体

Lawler认为,需要对外太阳系展开新的巡天观测,来寻找聚拢的其他证据。智利的薇拉·鲁宾天文台(Vera C. Rubin Observatory)有希望做到这一点,该天文台将在2022年启动一项为期10年的天文观测。

“它将探测柯伊伯带的数千个其他天体,就我们目前已有的数据来说,我认为我们已经做到极致了。”Lawler说。

Lawler认为,即使最后发现第九行星并不存在,它也引发了天文学家对外太阳系的兴趣。她说:“第九行星假说给柯伊伯带的研究提供了无与伦比的机遇”。

参考文献:

1. Batygin, K. & Brown, M. E. Astron. J. 151, 22 (2016).

2. Napier, K. J. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2102.05601 (2021).

原文以No sign of Planet Nine? Trail runs cold for hypothetical world标题发表在 2021年2月19日的《自然》的新闻版块上

本文来自微信公众号:,作者:Nature Portfolio

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