Planètes trans-neptuniennes hypothétiques en orbite autour du Soleil

La planète HD 106906 b a été trouvée à 650 UA de son étoile d'origine, une étoile pas si différente du Soleil. Fomalhaut b est également une jeune planète en orbite très loin de son étoile.

Ces deux planètes ont été découvertes principalement parce qu'elles sont assez jeunes pour être encore assez chaudes pour être vues dans l'infrarouge. Je pense que les vieilles planètes sur des orbites très hautes auraient des températures inférieures à 10K et seraient donc noires et invisibles.

Certaines personnes sont d'accord avec l'hypothèse que, dans notre système solaire, quelque part au-delà de Neptune, certaines planètes non naines pourraient être en orbite autour du Soleil. L'existence de HD 106906 b et Fomalhaut b suggère que cela est possible. Quelles sont les chances que nous puissions trouver au moins une de ces planètes dans notre système solaire? S'ils existent, comment pourrions-nous les trouver?

La récente découverte possible de Planet Nine par Batygin & Brown (2016) a fait beaucoup de bruit dans la communauté astronomique, Astronomy Stack Exchange et le reste du monde. C'est, bien sûr, en partie parce que toute mention d'une telle découverte provoquera une agitation, mais c'est aussi en partie à cause de la probabilité revendiquée si les mouvements des objets trans-neptuniens (TNO) sont purement fortuits: 0,007% , soit 1 sur 14 000, ce qui correspond à une probabilité de ~ 3,8 $\sigma$ .

Cela dit, la probabilité réelle que cette planète existe est un peu plus faible - 90%, selon Brown , et 68,3%, selon Greg Laughlin , une astronomie de l'UC-Santa Cruz qui connaissait les résultats avant la publication du journal. La différence entre ces cotes et les cotes mentionnées dans le document est due au fait qu'il y a peut-être d'autres facteurs contributifs qui pourraient avoir causé les mouvements des TNO - et aussi que ces chiffres informels ressemblent plus à des suppositions qu'à des estimations.

Les réponses à Pourquoi la "9ème planète" n'a-t-elle pas déjà été détectée? ont déjà donné une variété de méthodes qui ne fonctionneront pas dans le cas de Planet Nine, et pourquoi elles n'ont pas fonctionné. Outre la possibilité évidente que Planet Nine n'existe tout simplement pas, voici quelques-uns d'entre eux:

• Il pourrait être confondu avec une étoile de fond, se fondant dans la Voie lactée. ^[1]
• Il est loin, et dim - peut - être un 22 ^ème objet grandeur. ^{[1] , [2]}
• La plupart des méthodes de détection des exoplanètes ne fonctionneront pas, y compris ^[3]
  • Vitesse radiale.
  • Transit.
  • Microlentille gravitationnelle
  • Imagerie directe.
• Les enquêtes précédentes ne semblent pas assez approfondies, en profondeur mais dans d'autres régions du ciel, ou couvrent des longueurs d'onde dans lesquelles cette planète n'apparaît pas. ^[4] C'est un autre problème avec l'utilisation de WISE détaillé dans la réponse de MBR ici . D'autres problèmes sont que la planète n'est probablement pas assez massive pour que WISE la voie et qu'elle est extrêmement éloignée. Il peut également être froid et avoir un albédo faible, ce qui rend la détection directe difficile.

J'évoque tout cela parce que, de façon surprenante, le cas de Planet Nine est très pertinent pour la détection de ces autres planètes que vous avez mentionnées dans votre question.

HD 106906 b

Il existe plusieurs similitudes entre cette planète et la planète Nine.

• HD 106906 b a une orbite avec un axe semi-majeur d'au moins 650 AU. En comparaison, la planète Nine aurait un axe semi-majeur d'environ 700 UA, selon les estimations du document. Cela dit, d'autres propriétés orbitales sont inconnues pour HD 106906 b et peuvent différer.
• HD 106906 b a une masse d'environ 11 masses terrestres; Planet Nine a une masse d'environ 10 masses terrestres.

Une différence est que le HD 106906 b s'est peut-être formé là où il se trouve actuellement. La diffusion, comme l'a fait Planet Nine, semble peu probable. Cela signifie que les deux pourraient avoir des compositions différentes - bien que je pense que les deux pourraient être des géants de glace ou leurs restes, compte tenu de leur lieu de formation.

En bref, HD 106906 b peut être très similaire à Planet Nine, et bien que nous ne sachions pas grand-chose sur l'une ou l'autre propriété, il semble sûr de dire que les méthodes et les problèmes de détection seraient similaires.

Fomalhaut b

Fomalhaut b est un peu différent. Son axe semi-majeur est ~ 177 UA - beaucoup plus petit que ces deux autres planètes - et peut être compris entre 10 masses terrestres et plusieurs centaines de masses terrestres.

Chose intéressante, Fomalhaut b a également été détecté indirectement, tout comme Planet Nine. Un espace a été trouvé dans le disque de poussière de Fomalhaut, qui ne pouvait être causé que par une planète massive. Plus tard, il a été directement imagé.

La détection directe pourrait être possible si Fomalhaut b se trouvait dans le système solaire, en particulier compte tenu de sa taille et de sa masse supérieures. De plus, cela aurait un impact énorme sur les TNO. Cependant, ce serait un géant gazier, pas un géant de glace, il serait donc difficile d'expliquer comment il s'est déplacé jusqu'à présent.

J'ai discuté de ces planètes pour faire un léger détour et parler de ce qui pourrait (et ne pourrait pas) être au-delà de Neptune. Je serai plus explicite ici.

Ce qui pourrait être au-delà de Neptune

• Un géant de glace, comme Planet Nine, ou les restes d'un. Cela se serait formé plus près de Jupiter et de Saturne, qui existaient à une période de résonance avec Saturne. D'autres résonances planétaires géantes auraient également existé. Puis une instabilité a brisé les résonances, amenant le géant de glace vers l'intérieur vers Saturne puis vers Jupiter, où il a été projeté vers l'extérieur. Cela a changé les orbites des quatre autres géantes gazeuses. J'ai parlé de ceci est une autre réponse de la mienne , à laquelle je semble faire constamment référence.

  Cela dit, la réponse initiale était incorrecte, que j'ai notée depuis, et a été révisée. Les estimations de Batygin ont révélé que la planète Nine aurait été éjectée de nombreux millions d'années avant que les résonances ne soient censées être brisées (selon les preuves du Late Heavy Bombardment ). Cependant, cela ne signifie pas qu'il ne pouvait pas y avoir de sixième géant. Les simulations Nesvorný & Morbidelli (2012) qui ont exploré l'évolution d'un système solaire avec quatre, cinq et six planètes géantes ont trouvé de bons résultats avec cinq et six planètes géantes.

• Une super-Terre ou mini-Neptune . ¹ Ce sont des planètes qui sont au maximum 10 masses terrestres. Les super-terres seraient des planètes terrestres aux atmosphères épaisses; les mini-Neptunes seraient des planètes gazeuses. Notez que ces noms ne disent rien d'autre sur leurs compositions - par exemple, les super-Terres ne sont pas nécessairement habitables.
• Autre chose. La région n'a pas encore été bien explorée et il pourrait y avoir d'autres objets imprévus. Ce type d'objet serait probablement froid, car WISE (voir la section suivante) aurait pu le détecter autrement.

Ce qui ne peut pas être au-delà de Neptune

• Une géante gazière. ² Le Wide-field Infrared Survey Explorer n'a trouvé aucun objet de masse Saturne jusqu'à 10 000 UA et aucun objet de masse Jupiter jusqu'à 26 000 UA .

  

  C'est, bien sûr, en plus de nombreuses autres planètes qui ne peuvent pas exister . Quoi qu'il en soit, c'est que nous aurions probablement détecté Fomalhaut b maintenant, s'il était dans le système solaire.

Donc, en supposant qu'il y a quelque chose au - delà de Neptune, comment pouvons - nous infliger une amende? Eh bien, maintenant que son existence a été supposée et que nous savons où elle devrait être, les astronomes peuvent tourner les télescopes vers cet endroit et utiliser l'imagerie directe.

Il y a eu une certaine excitation parce que le télescope Subaru sera utilisé . D'autres télescopes optiques (et éventuellement infrarouges et d'autres longueurs d'onde) seront très probablement également utilisés. Réponses à Quelle longueur d'onde pour détecter au mieux la "9ème planète"? (en particulier la réponse de Rob Jeffries) indiquent que les longueurs d'onde optique et infrarouge / proche infrarouge seront le meilleur choix. À ce jour (1/24/2016), nous ne pouvons que spéculer sur les autres instruments qui seront utilisés et sur leurs chances de trouver cette planète - si elle existe.

Qui sait? Peut-être que quelque chose d'inattendu se produira.

^{1 Maintenant, nous entrons dans les différentes choses que Planet Nine pourrait être. Ma réponse à Quel type d'objet de masse planétaire serait Planet Nine? couvre cela, mais il y a de meilleures réponses à la neuvième planète - quoi d'autre pourrait-il être? que la mienne.
Faites attention à la différence entre un géant de glace et un géant de gaz .}

Si une telle planète existe, WISE devrait l'observer. WISE est un satellite infrarouge qui a imagé le ciel entier. En particulier:

• il a pu détecter quoi que ce soit avec une température supérieure à 70-100 K, alors que les exoplanètes les plus fraîches connues sont dans la plage de 100 K (voir l'histogramme ci-dessous, extrait du catalogue des exoplanètes );
• il était capable de détecter des objets de plus de 1 km jusqu'à 3 UA du Soleil, ou des objets de 2 à 3 masses Jupiter à une distance allant jusqu'à 7 à 10 années-lumière (donc environ jusqu'à 440 000 à 630 000 AU, voir ici et ici) );

donc je dirais que son existence est tout à fait exclue maintenant.