Künstlerische Darstellung des TNOs 2015 TG387. Bild: © und mit freundlicher Genehmigung von Scott Sheppard und der Carnegie Institution for Science, DTM.
Künstlerische Darstellung des TNOs 2015 TG387. Bild: © und mit freundlicher Genehmigung von Scott Sheppard und der Carnegie Institution for Science, DTM.

Am 13. Oktober 2015 entdeckten David Tholen, Chad Trujillo und  Scott Sheppard ein Objekt am Rande des Sonnensystems, zu dieser Zeit etwa 80 AE von der Sonne entfernt.  Das Objekt erhielt gemäß der Nomenklatur der Internationalen Astronomischen Union (IAU) die Bezeichnung 2015 TG387. Die Bezeichnung war für den internen Gebrauch zwischen den Forschern etwas unhandlich. Da es nicht mehr lang hin bis Halloween war, interpretierten sie die datumsbezogenen Buchstaben TG als Abkürzung für The Goblin, den Kobold, und nannten ihn fortan intern so.

Das Objekt dürfte, anhand seiner Helligkeit geschätzt, ca. 300 km groß sein, riesig für einen Asteroiden, aber durchaus nicht ungewöhnlich für ein Objekt jenseits der Neptunbahn. Denn es befindet sich derzeit doppelt so weit von der Sonne entfernt wie Pluto und gehört damit zu den Transneptunischen Objekten (TNOs), über die ich kürzlich schon schrieb. Da diese sich aufgrund der dort draußen nur noch geringen Schwerkraft der Sonne nur sehr langsam auf ihrer Bahn fortbewegen, mussten die Forscher drei Jahre warten, bis sie einen hinreichend großen Abschnitt der Bahn vermessen hatten, der es ihnen erlaubte, die Bahnparameter zu bestimmen. Diese reichten sie Ende September beim Astrophysical Journal ein und stellten den Entwurf auf arXiv.

Animation zweier Entdeckungsaufnahmen von 2015 TG387. Die Aufnahmen entstanden am 13. Oktober 2015 im Abstand von 3 Stunden am japanischen 8,2-m-Subaru-Teleskop auf Hawaii. Der Asteroid bewegt sich zwischen den Aufnahmen vor den Hintergrundsternen fort, hauptsächlich aufgrund der Bewegung der Erde auf ihrer Bahn und dem dadurch variierenden Perspektivenwinkel. Bild: © und mit freundlicher Genehmigung von Scott Sheppard und der Carnegie Institution for Science, DTM.

Animation zweier Entdeckungsaufnahmen von 2015 TG387. Die Aufnahmen entstanden am 13. Oktober 2015 im Abstand von 3 Stunden am japanischen 8,2-m-Subaru-Teleskop auf Hawaii. Der Asteroid bewegt sich zwischen den Aufnahmen vor den Hintergrundsternen fort, hauptsächlich aufgrund der Bewegung der Erde auf ihrer Bahn und dem dadurch variierenden Perspektivenwinkel. Bild: © und mit freundlicher Genehmigung von Scott Sheppard und der Carnegie Institution for Science, DTM.

JWD

Und diese Bahn hat es in sich: der Kobold ist der Zeit nahe seines Perihels, also in Sonnennähe, wobei diese bei 65±1 AE erreicht wird. Das ist mehr als doppelt so weit von der Sonne entfernt wie der äußerst Planet Neptun. Noch erstaunlicher ist ein anderer Bahnparameter: die große Halbachse (die Hälfte des langen Durchmessers der Bahn) beträgt 1190±70 AE und damit die Apheldistanz (sonnenfernster Punkt der Bahn) ca. 2300 AE! Dies bedeutet eine Umlaufzeit von  über 36.000 Jahren um die Sonne.

Umlaufbahn von 2015 TG387 und den vorher bekannten beiden Sednoiden Sedna und 2012 VP113. Die Perihelia der drei Bahnen sind ähnlich orientiert. Zum Größenvergleich unten ein vergrößerter (nicht maßstabsgetreuer) Ausschnitt in der Nähe der Perihelia mit dem inneren Sonnensystem. Rechts vom blau gefärbten Neptun die Zone des Kuipergürtels mit ihrem größten Objekt, dem Zwergplaneten Pluto. Bild: © und mit freundlicher Genehmigung von Scott Sheppard und der Carnegie Institution for Science, DTM..

TNOs mit einer großen Halbachse von mehr als 150 AE werden als Extreme Transneptunische Objekte (ETNOs) bezeichnet. Solche mit mehr als 250 AE bezeichnen die Autoren als Objekte der inneren Oortschen Wolke (Inner Oort Cloud Objects, IOCs). Die Oortsche Wolke ist bekanntlich das Reservoir, aus dem sich die langperiodischen Kometen speisen. Eine riesige Menge von Eisbrocken wird in 2.000-50.000 oder mehr AE Entfernung von der Sonne vermutet und soll sie kugelförmig umgeben. Die Objekte sollen einst von den großen Planeten im Sonnensystem bei Begegnungen nach dort draußen befördert worden sein. Durch Gezeitenkräfte der Milchstraße und benachbarter Sterne blieben sie dort gefangen und nur selten kehrt eines von ihnen als Komet ins innere Sonnensystem zurück, wenn etwa ein vorbeifliegender Stern die Oortsche Wolke außen durcheinander wirbelt.

2015 TG387 bewegt sich in der Zone zwischen dem vermuteten Innenrand der Oortschen Wolke und dem Kuiper-Gürtel, in dem Pluto liegt und der sich noch unter dem Einfluss des Neptun befindet.  Neptun hat Pluto in eine Resonanz gezwungen, die trotz der Kreuzung ihrer Bahnen dafür sorgt, dass sie sich nie nahe kommen.

Genau das kann Neptun beim Kobold nicht. 2015 TG387 ist zwar nicht der ETNO mit der absolut größten Apheldistanz – aber unter denjenigen, die der Sonne nie näher als 50 AE kommen, ist er es sehr wohl. Diese Klasse wird noch einmal separat als Sednoiden geführt. Diese Objekte kommen keinem Planeten nahe genug, der sie auf ihre ferne Bahn hätte hieven können, denn der äußerste, Neptun, ist nur 30 AE von der Sonne entfernt.

Hier noch einmal die Orbits der Sednoiden "von oben" aus Sicht des Nordpols der Ekliptik gesehen. Jedes kleine Rechteck hat 100 AE Seitenlänge und seine Diagonale entspricht der Strecke, die die Sonde Voyager 1 seit ihrem Start 1977 zurückgelegt hat. Der Perihel des Orbits von 2015 TG387 liegt bei 59,2° Länge der Ekliptik, Sednas bei 96° und der von 2012 VP113 bei 25°, alle in ähnlicher Richtung. Bild: Wikimedia Commons, Tomruen, CC BY-SA 4.0 International.

Hier noch einmal die Orbits der Sednoiden “von oben” aus Sicht des Nordpols der Ekliptik gesehen. Jedes kleine Rechteck hat 100 AE Seitenlänge und seine Diagonale entspricht der Strecke, die die Sonde Voyager 1 seit ihrem Start 1977 zurückgelegt hat. Der Perihel des Orbits von 2015 TG387 liegt bei 59,2° Länge der Ekliptik, Sednas bei 96° und der von 2012 VP113 bei 25°, alle in ähnlicher Richtung. Bild: Wikimedia Commons, Tomruen, CC BY-SA 4.0 International.

Und es kommt noch besser: wenn man sich anschaut, wo das Perihel liegt, dann liegt es genau zwischen denen von Sedna und 2012 VP113 (Spitzname “Biden”, weil Joe Biden 2012 der Vizepräsident der USA, “VP”, war), den beiden bisher bekannten Sednoiden. Der Kobold ist das dritte Objekt, das in diese Kategorie fällt. Es handelt sich bei ihm offenbar um das Objekt, über das ich mit Ralf Kannenberg neulich schon sprach.

Die Frage ist: wie kommen diese Objekte dorthin? Und sind die Perihelia nur zufällig so ausgerichtet? Liegt vielleicht ein beobachtungsbedingter Auswahleffekt vor?

 

Auf der schiefen Bahn

Mit der ersten Frage hat sich schon mein damaliger Artikel beschäftigt. Die elliptische, recht stark gegen Ekliptik geneigte Bahn (im Mittel 19° Bahnneigung der Sednoiden; 11,6° bei 2015 TG387) passt nicht zu einer Entstehung  an diesem Ort in der protoplanetaren Scheibe des Sonnensystems, dies hätte zur einer geringen Bahnneigung und kreisförmigen Bahnen führen sollen. Ein naher Vorbeiflug eines Sterns in der Frühzeit des Sonnensystems wäre eine Möglichkeit. Eine andere, dass ein weiter außen liegendes Objekt, etwa ein noch unbekannter großer Planet, das Perihel der Sednoiden nach außen gezogen hat.

Graph aller TNOs. Auf der x-Achse der Perihelabstand in AE (engl. AU), auf der y-Achse die Exzentrizität der Bahn (0=kreisförmig, knapp 1= extrem schmale Ellipse). Objekte bis 40 AE unterliegen dem Einfluss von Neptun und bilden den Kuiper-Gürtel. Die Objekte bei 50 AE mit geringer Exzentrizität können durch Resonanzen (Mean Motion Resonces, MMR, und Kozai-Resonanzen, KR) dort hin gelangt sein. Objekte oberhalb der gestrichelten Linien (Halbachse a > 150 bzw. 250 AE) gelten als extreme TNOs; die mit Perihelia < 40 AE können die Planeten dorthin befördert haben (Extreme Scattered). Die über 40 AE sind von den Planeten hingegen weitgehend abgekoppelt (Extreme Detached), die türkisen sind definitiv nicht mehr in ihrem Bereich. Ganz rechts oben die als Inner Oort Cloud Objects (IOCs) bezeichneten Sednoiden, die vor allem durch Gezeitenkräfte der Milchstraße und benachbarter Sterne beeinflustt werden. Bild: [1].

Graph aller TNOs. Auf der x-Achse der Perihelabstand in AE (engl. AU), auf der y-Achse die Exzentrizität der Bahn (0=kreisförmig, knapp 1= extrem schmale Ellipse). Objekte bis 40 AE Periheldistanz unterliegen stark dem Einfluss von Neptun und bilden den Kuiper-Gürtel (dichte dunkle Wolke). Die Objekte bei 50 AE mit geringer Exzentrizität können durch Resonanzen mit Neptun dort hin gelangt sein (Mean Motion Resonances, MMR, und Kozai-Resonanzen, KR). Objekte oberhalb der gestrichelten Linien (große Halbachse a > 150 bzw. 250 AE) gelten als extreme TNOs (ETNOs); diejenigen mit Perihelia < 40 AE können die Planeten dorthin gestreut haben (Extreme Scattered). Die über 40 AE sind von den Planeten hingegen weitgehend abgekoppelt (Extreme Detached), die türkisen sind definitiv nicht mehr in ihrem Bereich. Ganz rechts oben die als Inner Oort Cloud Objects (IOCs) bezeichneten Sednoiden, die vor allem durch Gezeitenkräfte der Milchstraße und benachbarter Sterne beeinflusst werden. Bild: [1].

Wie sieht es mit der Stabilität der Bahnen aus? Die Autoren führten Simulationen von ETNOs über 4 Milliarden Jahre durch. Unter dem Einfluss der Gezeitenkräfte der Milchstraße sinkt das Perihel bei Objekten, die sich mehr als 1000 AE von der Sonne entfernen. Sedna ist davon kaum betroffen, 2015 TG387 umso mehr. Sinkt das Perihel unter 60 AE, dann sorgen die inneren Planeten, die das Objekt überholen, für kleine Stöße, die das Perihel wieder etwas höher treiben. So schwankt es um ±10 AE und bleibt langfristig stabil. Sedna und Biden entfernen sich weniger weit von der Sonne und ihr Perihel ist durchgehend stabil. Ein anderes Objekt, 2014 FE72, das sich mit 3400 AE Apheldistanz noch weiter von der Sonne entfernt als der Kobold, aber mit 35 AE Periheldistanz dem Neptun nahe kommt, bekam hingegen zu viel “Kick” und wurde in den Simulationen nach ein paar hundert Millionen Jahren aus dem Sonnensystem katapultiert.

Die Bahn von Objekten wie 2015 TG387 blieb jedoch stabil, nur eines von 100 simulierten Objekten mit dieser Bahn wurde in 4 Milliarden Jahren aus dem Sonnensystem geworfen. Wurden zusätzlich vorbeifliegende Sterne simuliert, kam es je nach Simulation zu etwas höheren Verlustraten (Überlebensrate bis 95%), nur in einer Simulation mit sehr dichtem Sternenfeld wurden 2/3 der Objekte aus dem Sonnensystem katapultiert, nachdem ihr Perihel in den Bereich der Planeten gesunken war.

Die Simulationen zeigten auch, dass die Richtungen der Perihelia sich unter dem Einfluss der Planeten langsam drehen und damit die Bahn insgesamt ihre Ausrichtung ändert. Viele Leser werden von der Periheldrehung des Merkur im Zusammenhang mit der Allgemeinen Relativitätstheorie gehört haben, aber der größte Teil der Periheldrehung geht auf die Kräfte der anderen Planeten zurück, der mit der Relativitätstheorie nichts zu tun hat. Die Bahn ist nur dann räumlich stabil, wenn ein Objekt alleine die Sonne umkreist. Die Asymmetrie der umkreisten Massen sorgt für eine spiralförmige Bahn, welche die Apsidenlinie vom Perihel zum Aphel allmählich um die Bahn kreisen lässt. Bei Biden dauert eine 360°-Drehung 1,3 Milliarden Jahre, bei Sedna 3 und beim Kobold 6, d.h. sie müssten mit der Zeit auseinander driften. Wie passt das aber nun wieder zusammen mit der derzeitigen ähnlichen Ausrichtung der Perihelrichtungen der Sednoiden? Kann das Zufall sein?

 

Wenn man nur unter der Laterne sucht…

Die Autoren schätzten die Wahrscheinlichkeit dafür ab, dass die Perihelausrichtung der drei Sednoiden zufällig sein könnte. Sie fanden in ihren Simulationen, dass nur in 1,5% der Fälle die Ausrichtung der Perihelia in einer Winkelspanne von 49° (mit 36° Standardabweichung) blieb. Das entspricht einem Konfidenzniveau von 2,4σ und schließt Zufall nicht signifikant genug aus. Noch schlechter wird die Statistik, wenn berücksichtigt wird, dass der Himmel nicht flächendeckend gleichmäßig beobachtet wurde: in der galaktischen Ebene ist die Sterndichte sehr hoch und die Identifizierung von lichtschwachen Asteroiden schwieriger, daher wurde dieser Bereich weitgehend ausgeklammert und somit ergibt sich alleine aus der Lage der Beobachtungsfelder eine gewisse örtliche Konzentration von Objekten, die gerade im Perihel näher an Sonne und Erde und damit heller und leichter aufzuspüren sind. 2015 TG387 hätte man viel weiter draußen nicht finden können.

Im derzeitigen Beobachtungsprogramm der Autoren nach ETNOs durchsuchte Felder mit dem Subaru-Teleskop (mittelgroße Kreise) und dem CTIO 4m-Teleskop (große Kreise). Kleine Kreise zeigen die Felder eines früheren Programms. Die Felder gruppieren sich um die Ebene der Planetenbahnen (Ekliptik). Im Bereich der Ebene der Milchstraße (rot schraffiert) wurde nur wenig beobachtet. Bild: [1]

Im derzeitigen Beobachtungsprogramm der Autoren nach ETNOs durchsuchte Felder mit dem Subaru-Teleskop (mittelgroße Kreise) und dem CTIO-4m-Teleskop (große Kreise). Kleine Kreise zeigen die Felder eines früheren Programms. Die Felder gruppieren sich um die Ebene der Planetenbahnen (Ekliptik). Im Bereich der Ebene der Milchstraße (rot schraffiert) wurde nur wenig beobachtet. Bild: [1]

Nimmt man diesen Auswahleffekt hinzu, steigt die Wahrscheinlichkeit für eine zufällige Häufung der Perihelia auf 2,8% oder 2,2σ. Die Autoren betonen, dass sie noch weitere Sednoiden aufspüren müssen, um eine bessere statistische Grundlage zur Bewertung der Verteilung ihrer Orbits zu schaffen.

Nimmt man allerdings noch die oben im vor-vorherigen Bild türkis markierten “abgekoppelten” Objekte hinzu, deren Perihelia zusammen mit denen der Sednoiden innerhalb von 105° liegen (siehe nächstes Bild) und die unabhängig vom Einfluss der Planeten sind, dann ergibt sich für diese Häufung eine Zufallswahrscheinlichkeit von nur 0,005% entsprechend 4σ (allerdings ohne Berücksichtigung des Auswahleffekts). Dies spricht hinreichend stark dafür, dass irgendetwas die Ausrichtungen der Bahnen forciert. Und damit sind wir bei Planet 9.

 

Ein dunkler Dirigent?

Wenn es kein Zufall ist, was könnte die Ausrichtung der Bahnen stabilisieren? Und würde das auch für 2015 TG387 funktionieren?

Mike Brown und sein Mitarbeiter Konstantin Batygin hatten vorgeschlagen, dass ein Planet von ca. 10 Erdmassen auf einer elliptischen Bahn mit einem sonnennächsten Punkt von 200 AE und einem sonnenfernsten von 700 AE, also im Bereich der ETNOs, deren Bahnen ausrichten und stabilisieren könne. Für die bekannten ETNOs hatte einer der Autoren (Trujillo) in einer früheren Arbeit bereits tausende Simulationen durchgeführt und gefunden, dass ihre Orbits stabil blieben, aber keiner geht so weit hinaus wie der des nun gefundenen Kobolds. Also simulierten die Autoren auch für dieses Objekt die Existenz eines neunten Planeten mit den von Brown und Batygin für wahrscheinlich gehaltenen Orbitalparametern.

Die Bahnen der ETNOs und des vermuteten Planeten 9 (grün). Die Bahnen der Sednoiden und die blau gezeichneten Bahnen der abgekoppelten ETNOs (türkise Punkte im vor-vorherigen Bild) gruppieren sich gegenüber der vermuteten Planetenbahn, während die Bahnen einer zweiten Gruppe von abgekoppelten ETNOs (schwarze Extreme Detached-Objekte im vor-vorherigen Bild) in der gleichen Richtung wie der mutmaßliche Planet ausgerichtet sind. Bild: [1].

Die Bahnen der ETNOs und des vermuteten Planeten 9 (grün). Die Bahnen der Sednoiden (violett und rot) und die blau gezeichneten Bahnen der abgekoppelten ETNOs (türkise Punkte im vor-vorherigen Bild) gruppieren sich gegenüber der vermuteten Planetenbahn, während die Bahnen einer zweiten Gruppe von abgekoppelten ETNOs (einige der schwarzen Extreme Detached-Objekte im vor-vorherigen Bild) in der gleichen Richtung wie der mutmaßliche Planet ausgerichtet zu sein scheinen. Die durchgezogenen Linien befinden sich nördlich der in der Bildebene liegenden Ebene der Planetenbahnen, die gestrichelten südlich. Bild: [1].

Die Simulationen ergaben, dass die Bahn von 2015 TG387 genau dann für Milliarden Jahre stabil blieb, wenn dies auch für die anderen ETNOs galt.

Auch Planet Neun würde eine Periheldrehung erleiden, die aufgrund seiner stets großen Sonnenentfernung nur 15° über die Lebensdauer des Sonnensystem betragen würde. In den Simulationen, in denen 2015 TG387 stabil blieb, ergab sich automatisch, dass sein Perihel nicht mehr innerhalb von 6 Milliarden Jahren um die Sonne kreiste, sondern nur noch geringfügig um den Punkt schaukelte, der dem Perihel des Planeten entgegengesetzt war. Es spielte dabei keine Rolle, welchen genauen Orbit im Rahmen der sinnvollen Parameter man dem Planeten Neun mitgab, wenn die Bahn des Kobolds stabil war, richtete sie sich so aus mit einer Resonanz, die zuverlässig verhinderte, dass er dem Planeten nahe kommen und von ihm wegkatapultiert werden konnte. Das blieb auch so, wenn vorbeifliegende Sterne simuliert wurden, was dann allerdings die Überlebensrate von 95% auf 72% senkte, wobei die Perihelausrichtung mit 68% Wahrscheinlichkeit um ±45° beibehalten wurde. Dass die Bahn genau dann stabil, ausgerichtet und resonant war, wenn auch die Bahnen der anderen ETNOs das gegenüber dem angenommenen Planeten waren, beweist zwar nicht die Existenz dieses Planeten, deutet aber stark darauf hin.

Der neu entdeckte Sednoid fügt sich also perfekt in das Gesamtbild ein, dass die Existenz von Planet Neun stützt. Mit jedem weiteren ETNO steigt die Wahrscheinlichkeit, das es den Planeten wirklich gibt. Er könnte jeden Tag gefunden werden.

 

Referenzen

[1] Scott Sheppard, Chadwick Trujillo, David Tholen, Nathan Kaib, “A New High Perihelion Inner Oort Cloud Object”, eingereicht am 28.09.2018 beim Astrophysical Journal; arXiv:1810.00013.

[2] http://www.findplanetnine.com/

Kommentare (11)

  1. #1 UMa
    9. Oktober 2018

    Hallo Alderamin,
    2015 TG387 ist übrigens mit dem 2015 angekündigten entferntesten Objekt V774104 identisch, siehe die Fotos und Diskussion hier:
    https://www.astronews.com/forum/showthread.php?8567-quot-Planet-Neun-quot-soll-gefunden-worden-sein&p=128699#post128699

  2. #2 Alderamin
    9. Oktober 2018

    @UMa

    Und identisch mit dem Objekt, das Sheppard (der mir persönlich die Erlaubnis zur Verwendung mehrerer Bilder gegeben hat :-) ) im März bekannt gegeben hatte. Nr. 3 und Nr. 4 in dem Wikipedia-Artikel waren also ein und dasselbe-Objekt. Ist mittlerweile korrigiert.

  3. #3 UMa
    9. Oktober 2018

    Monte-Carlo Simulation zu Streuung der Perihels.
    Nimmt man die 8 stark exzentrischen mit dem höchsten Perihel: 2012 BP113, Sedna, 2015 TG387, 2013 SY99, 2010 GB174, 2014 SR349, 2004 VN112 und 2015 RX245 sind 9987799 von 10000000 zufällig erzeugten Winkeln über einen größeren Sektor gestreut als die genannten.
    Nimmt man 2000 CR105 und 2013 UT15 hinzu sind es 9998747. Allerdings muss man hier schon die beiden, mit Q=244 und 222AE, 2014 SS349 und 2015 KE172 in Gegenrichtung ausschließen.
    Wenn kein starkes Beobachtungsbias vorliegt ist das schon ganz schön selten, wenn es zufällig sein sollte.

  4. #4 Alderamin
    9. Oktober 2018

    @UMa

    Mike Brown wurde neulich in einem Podcast gefragt, ob es nicht auch etwas anderes als ein Planet sein könnte, das die Ausrichtungen der Bahnen verursacht. „Könnte schon“, meinte er, „aber in drei Jahren konnte keiner nachweisen, was es sonst sein könnte“.

    Auch in dem kürzlich von mir behandelten Papier war die Ausrichtung nicht ohne einen, wenn auch kleineren, Planeten plausibel. Zwei Ursachen (vorbeiziehender Stern & kleiner Planet) scheinen mir nach Ockham weniger wahrscheinlich als nur ein großer Planet.

  5. #5 UMa
    9. Oktober 2018

    Wenn ein Stern erst vor weniger als 100-200 Millionen Jahren vorbeizog, könnte es doch sein, dass die Perihele noch nicht genügend Zeit hatten auseinanderzudriften? Dann bedürfte es gar keines Planeten, was wieder plausibler ist, als Planet und Sternvorbeiflug.

  6. #6 UMa
    9. Oktober 2018

    Das MPC gibt, aber offenbar aus den gleichen Beobachtungen, etwas andere Bahnparameter, mit deutlich geringeren Fehlern. Z.B. Q=2123+-21 AE, a=1093,9+-10,5 AE.
    http://www.minorplanetcenter.net/db_search/show_object?object_id=2015+TG387&commit=Show

  7. #7 Alderamin
    9. Oktober 2018

    @UMa

    Der Stern müsste extrem nahe vorbei gezogen sein, wie auch in dem anderen Artikel besprochen wurde; das hätte Auswirkungen auf die Oortsche Wolke gehabt, die sich auch im inneren Sonnensystem manifestiert hätten.

  8. #8 Till
    10. Oktober 2018

    Er könnte jeden Tag gefunden werden.

    Kann man denn aus den Simulationen Rückschlüsse ziehen wo auf der wahrscheinlichen Bahn sich Planet 9 gerade befindet? Ansonsten ist das ja schon eine ziemliche Suche nach der Stecknadel im Sternenhaufen.

  9. #9 Alderamin
    10. Oktober 2018

    @Till

    Nein, aus den Simulationen folgt nur der Orbit, aber nicht der Ort des Planeten. Aber wie auf der Seite “Where is Planet Nine” erläutert wird, scheiden große Teile des Himmels aus, weil sie bereits von automatischen Suchprogrammen durchsucht wurden, und man kann die Helligkeit des Planeten ungefähr abschätzen, daher weiß man, dass man ihn in diesen Zonen schon hätte finden müssen. Das letzte offene Stück liegt vor der Milchstraßenebene (schlecht), da wo der Planet den größten Sonnenabstand hat (noch schlechter). Da muss man ihn suchen.

    In 3 Jahren oder so startet das Large Synoptic Survey Telescope mit seiner Arbeit, den Himmel alle zwei Wochen einmal komplett aufzunehmen mit bis zu 28m Grenzgröße. Das müsste den Planeten auf jeden Fall finden.

  10. #10 UMa
    11. Oktober 2018

    @Alderamin: Ein kurzer Überschlag ergibt eine a priori Wahrscheinlichkeit von ca. 10% dafür, dass ein Stern in den letzten 200 Millionen Jahren in weniger als 1000 AE an der Sonne vorbei gezogen ist.

    @Till: Das Suchprogramm, welches 2015 TG387 entdeckte, hat 2130 Quadratgrad des Himmels, das sind etwa 5% des gesamten Himmels, abgesucht, bis zu einer Helligkeit von knapp 25 mag am Südhimmel und 25,5 mag am Nordhimmel.

    Bei größere Helligkeit sind bereits große Teile des Himmels außerhalb der Milchstraßenebene abgesucht, siehe Alderamins Link.

    @Alderamin: Hast du eine genauere Übersicht, welche Suchprogramme bis zu welcher Tiefe den Himmel abgesucht haben? Manche Asteroidensuchen könnten auch zu langsam bewegte Objekte übersehen.
    Oder wäre eine Suche im Infraroten sinnvoller, z.B. weil die abgestrahlte Wärme größer ist, als das reflektierte Sonnenlicht.

    Ein Neptun bei 1000 AE wäre etwa 23 mag hell. Allerdings könnte Planet 9, falls er existiert, auch deutlich dunkler sein.

  11. #11 Alderamin
    11. Oktober 2018

    @UMa

    Ein kurzer Überschlag ergibt eine a priori Wahrscheinlichkeit von ca. 10% dafür, dass ein Stern in den letzten 200 Millionen Jahren in weniger als 1000 AE an der Sonne vorbei gezogen ist.

    In der Pfalzner-Arbeit war von 100 AE die Rede. Ein innerhalb von 1000 AE vorbeiziehender Stern kann ganz bestimmt das Perihel eines aus dem Kuiper-Gürtel von Neptun gestreuten Objekts anheben, aber ob es mehrere Objekte in gleich ausgerichtete Bahnen lenkt, weiß ich nicht. Bei Pfalzners Simulationen ergab sich das so, die Perihelia waren dem passierenden Stern gegenüber ausgerichtet. Zumindest zog sie langfristig keine ferneren Passagen in Betracht.

    Was ich oben im Artikel vergessen hatte zu erwähnen: die Autoren schätzen die tatsächliche Zahl der Inner Oort Cloud Objects mit mehr als 40 Kilometer Durchmesser auf 2 Millionen(!). Ob dafür eine einzelne Sternpassage reicht?

    Hast du eine genauere Übersicht, welche Suchprogramme bis zu welcher Tiefe den Himmel abgesucht haben?

    Auf der Planet-Nine-Seite sind Pan STARRS , Catalina und WISE genannt. Pan STARRS hat zwei Programme, eines sucht nach “Transients” (also Objekten, die einmal da sind und einmal nicht, wie Veränderliche) bis 21,5m, das andere nach bewegten Objekten bis 22,5m. Der Catalia-Sky-Survey hat etwa 19m Grenzgröße. WISE hat den ganzen Himmel bereits im Infraroten abgesucht und schloss Neptune innerhalb von 700 AE und Jupiters innerhalb 26000 AE aus. Das heißt auch, dass Planet X in der Nähe des Perihels entdeckt worden sein müsste.

    Oder wäre eine Suche im Infraroten sinnvoller, z.B. weil die abgestrahlte Wärme größer ist, als das reflektierte Sonnenlicht.

    Da die Atmosphäre nicht alle Wellen durchlässt und selbst warm ist, geht das am besten vom Weltraum aus, und da hat WISE den Himmel komplett durchsucht. Spitzer beobachtet gezielt, sein Blickfeld ist zu klein und Herrschel ist nicht mehr aktiv. Erdgebundene IR-Teleskope erreichen nur 2-3 µm (was zur Entdeckung der Wärmestrahlung eines kalten Planeten viel zu kurzwellig ist), WISE ging bis 25 µm, Herrschel bis 672 µm. (Wikipedia). Im Moment geht nicht viel mit IR.

    Ein Neptun bei 1000 AE wäre etwa 23 mag hell. Allerdings könnte Planet 9, falls er existiert, auch deutlich dunkler sein.

    Auf der Planet-Nine-Seite gibt es einen Plot der vermuteten Helligkeit. Im Perihel soll sie zwischen 16m und 21m liegen, im Aphel zwischen 20m und 25m. Deswegen gehen Brown und Batygin davon aus, dass das Objekt im Aphel und dunkler als 22m sein muss, ansonsten wäre es heller als die Grenzgröße von Pan STARRS und hätte entdeckt werden müssen.