Francis en #rosavientos: ¿Existe otro planeta en el Sistema Solar?

Por Francisco R. Villatoro, el 31 enero, 2016. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Noticias • Science ✎ 2

Dibujo20160130 planet nine possible orbit with six transneptunian dwarf planets - caltech

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Michael E. Brown (Caltech) es famoso por haber descubierto el planeta enano Eris, lo que degradó a Plutón de planeta a planeta enano. En 2014 se descubrió 2012VP113 un planeta enano que junto a Sedna y otros cuatro cuerpos del cinturón de Kuiper presentan órbitas anómalas. Una explicación para sus órbitas es la existencia de un hipotético planeta con una masa cercana a la de Neptuno, pero situado en los confines del Sistema Solar. Este noveno planeta, también llamado Planeta X, ha sido predicho mediante modelos matemáticos y simulación por ordenador. Aún no lo hemos visto porque se debe encontrar muy lejos. Vfa arios telescopios han emprendido la carrera para encontrarlo. Por supuesto, hay que ser cautos y no se deben descartar otras hipótesis alternativas para explicar la anomalía orbital observada.

El artículo es Konstantin Batygin, Michael E. Brown, “Evidence for a distant giant planet in the Solar system,” The Astronomical Journal 151: 22 (20 Jan 2016), doi: 10.3847/0004-6256/151/2/22arXiv:1601.05438 [astro-ph.EP]. El nuevo planeta enano se publicó en Chadwick A. Trujillo, Scott S. Sheppard, “A Sedna-like body with a perihelion of 80 astronomical units,” Nature 507: 471–474 (27 Mar 2014), doi: 10.1038/nature13156. Una explicación alternativa en Ann-Marie Madigan, Michael McCourt, “A new inclination instability reshapes Keplerian disks into cones: application to the outer Solar System,” arXiv:1509.08920 [astro-ph.EP].

Recomiendo leer, como no, al gran Daniel Marín, “Estrechando el cerco alrededor del Planeta X (no, no se ha descubierto un noveno planeta del sistema solar)”, Eureka, 20 Ene 2016. Más información divulgativa en “¿Existe realmente un Planeta Nueve en el sistema solar?” Agencia SINC, 21 Ene 2016; “La NASA pone en duda la existencia del ‘Planeta nueve'”, Ciencia, El Mundo, 22 Ene 2016; G.L.S., “La NASA pide cautela ante el posible descubrimiento del Planeta X,” Ciencia, ABC, 21 Ene 2016; y muchos otros. En inglés recomiendo Deborah Williams-Hedges, “Caltech Researchers Find Evidence of a Real Ninth Planet,” News, Caltech, 20 Jan 2016; Alexandra Witze, “Evidence grows for giant planet on fringes of Solar System,” News, Nature 529: 266–267 (21 Jan 2016), doi: 10.1038/529266a.

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Los astrónomos llevan más de un siglo buscando un nuevo planeta gigante en el Sistema Solar. El Planeta X, también llamado Nibiru o Hercóbulus, se encontraría más allá de la órbita de Plutón. El 20 de enero de 2016 se ha anunciado a golpe y platillo una nueva predicción matemática de este planeta. Varios telescopios ya han iniciado la carrera por encontrarlo. ¿Qué sabemos sobre este posible nuevo planeta en el Sistema Solar? Todavía es demasiado pronto para echar las campanas al vuelo. Aún no sabemos si este planeta X existe o no existe. Puede pasar lo mismo que pasó con Vulcano, el hipotético planeta propuesto en 1859 por el matemático y astrónomo francés Urbain Le Verrier para explicar la órbita anómala de Mercurio (que acabó explicando la teoría general de la relatividad de Albert Einstein). De hecho, el hipotético planeta X, que sería el noveno planeta del Sistema Solar, ha sido predicho muchas veces mediante cálculos matemáticos y siempre ha sido imposible encontrarlo en la posición predicha por dichos cálculos. En esta ocasión gran parte del eco mediático ha sido debido a que la predicción la ha realizado el astrónomo Michael E. Brown, del Instituto Técnico de California, el Caltech, EE.UU., que es famoso por haber descubierto el planeta enano Eris, que obligó a degradar a Plutón a la categoría de planeta enano; de hecho, su usuario en Twitter @plutokiller (“asesino de Plutón”) hace referencia a este hecho. Michael Brown junto a su colega Konstantin Batygin, también del Caltech, han publicado en la revista The Astronomical Journal, que existe una anomalía en las órbitas de seis cuerpos transneptunianos. Los seis tienen su perihelio (el punto más cercano al Sol) a unas 80 UA (una unidad astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol) en una región muy próxima entre sí; de hecho, los seis han sido descubiertos en los últimos 15 años cuando se encontraban cerca de su perihelio. Para explicar esta anomalía, Brown y Batygin proponen que existe un hipotético planeta gigante con un tamaño de unas diez masas terrestres (Neptuno tiene 15 masas terrestres), situado en los confines del Sistema Solar. Neptuno está a unas 30 UA, pero el nuevo planeta estaría mucho más lejos, con un perihelio a unas 200 UA y un afelio (el punto más lejano al Sol) a entre 600 y 1200 UA. Según los cálculos teóricos, su órbita sería muy alargada y tardaría muchísimo tiempo en dar una vuelta alrededor del Sol, entre 10.000 y 20.000 años. Observar este planeta usando los mayores telescopios disponibles es muy difícil porque hay que explorar una región de cielo enorme. Una búsqueda intensiva podría llevar unos 5 años, e incluso mucho más si no es tan intensiva.

Dibujo20160131 Orbits Kuiper-belt objects with perihelion distances in excess of 30 AU longitude of perihelion brown batygin astronom journal

La hipótesis de un noveno planeta no es nueva y ha sido propuesta desde hace décadas por multitud de astrónomos. Parece que en los últimos años el número de pruebas circunstanciales no ha parado de aumentar. ¿Cuáles son las anomalías que han llevado a Brown y Batygin a predecir de nuevo el planeta X? El planeta enano Sedna, descubierto en el año 2003, y el planeta enano 2012 VP113, descubierto en 2014, poseen una órbita muy extraña. Por un lado, es muy elíptica, tiene una alta excentricidad, Sedna se acerca al Sol hasta 76 UA (su perihelio), mientras que su afelio está a unas 937 UA. Por su parte, 2012 VP113 tiene un perihelio a 80 UA y su afelio a 450 UA. Estando tan lejos de los planetas gigantes del sistema solar (la órbita de Neptuno se sitúa a unas 30 UA) resulta muy difícil explicar estas órbitas tan excéntricas. Pero además, resultado que el perihelio de ambos cuerpos coincide aproximadamente en la misma región del espacio, cerca de la eclíptica (el plano de la órbita terrestre, donde se encuentran los demás planetas del sistema solar), pero sus órbitas están inclinadas unos 30º con respecto a la eclíptica. Además ambos cuerpos la cruzan en la misma dirección, de norte a sur. Estas coincidencias podrían ser solo eso, coincidencias. Pero también podría ser una prueba de que algo perturba gravitatoriamente las órbitas de Sedna y 2012 VP113 al mismo tiempo. Chadwick A. Trujillo (Observatorio Geminis en Hawaii) y Scott S. Sheppard (Instituto Carnegie en Washington DC), que publicaron en la revista Nature el descubrimiento de 2012 VP113, observaron esta anomalía y estudiaron la posible existencia de un noveno planeta con una masa cinco veces mayor que la de la Tierra situado en una órbita circular más allá de Neptuno, a unas 250 UA. Pero las simulaciones por ordenador de las interacciones gravitatorias de esta supertierra no permiten explicar el comportamiento observado.

Dibujo20160131 Orbits Kuiper-belt objects perihelion gt 30 AU argument of perihelion as functions of semi-major brown batygin astronom journal

El estudio de Brown y Batygin trató de descartar que existe este noveno planeta incluso si tuviese una órbita muy elíptica. Pero, contra todo pronóstico, estaban equivocados. Encontraron que podría existir un planeta con una órbita excéntrica (e=0,6) cuyo perihelio estuviera en la posición opuesta a estos cuerpos. Para que su hipótesis fuera más firme, además de las órbitas de Sedna y 2012 VP113, han estudiado las de otros cuatro objetos transneptunianos más pequeños (2010 GB174, 2004 VN112, 2013 RF98 y 2007 TG422). Estos últimos también tienen órbitas muy excéntricas y han sido elegidos porque se cree que no han sufrido interacciones gravitatorias recientes con Neptuno (por cierto, esto es algo que no es fácil de demostrar). Brown y Batygin estiman que la probabilidad de que las órbitas de estos seis cuerpos sea resultado de una coincidencia es de aproximadamente 0,007%. Por ello han predicho la existencia de un noveno planeta con una masa de unas diez veces la masa de la Tierra que tendría una órbita en resonancia con las órbitas de los seis objetos transneptunianos estudiados. Sería como un padre que balancea el columpio de su hijo, pero que empuja las órbitas de estos seis objetos del Cinturón de Kuiper. Este de resonancias son muy habituales, por ejemplo, la órbita de Plutón y la de los plutinos del Cinturón de Kuiper están en resonancia con la de Neptuno.

Dibujo20160131 Keplerian trajectories of all bodies with a gt 250 AU brown batygin astronom journal

Un nuevo planeta gigante del tamaño de Neptuno cambiará de nuevo los libros escolares. ¿Cómo es posible que haya un planeta gigante tan lejos del Sol? Los modelos de formación del Sistema Solar, como el Modelo de Niza que se publicó en la revista Nature en 2005, predicen que alrededor del Sol se formaron originalmente cinco planetas gigantes, uno de los cuales acabó por ser expulsado. El planeta de Brown y Batygin bien podría ser este quinto planeta, pero esto no está nada claro. El modelo de Niza favorece un planeta del tamaño de Neptuno, mientras que sus cálculos teóricos se basan en un planeta algo más pequeño, de unas diez masas terrestres. En los modelos de formación del Sistema Solar se produce una migración planetaria de los gigantes gaseosos desde una posición inicial más cercana al Sol hasta sus posiciones actuales. El modelo de Niza explica muy bien la formación de la hipotética nube de Oort y del cinturón de Kuiper, así como los objetos transneptunianos de tipo plutino resonantes con Neptuno. Sin embargo, no todos los astrónomos están de acuerdo con la predicción de un quinto planeta gaseoso en el Modelo de Niza. Y además los cálculos de Brown y Batygin tienen bastante incertidumbre sobre las propiedades y órbita del nuevo planeta. Se ha usado en los cálculos un planeta con diez masas terrestres, pero bien podría tratarse de una supertierra más pequeña, con entre una y diez masas terrestres. Esta incertidumbre en su tamaño y características físicas afecta a sus parámetros orbitales y provocará bastantes dificultades a los cazaplanetas que se atrevan a buscarlo. Mientras tanto, otra prueba indirecta de la existencia de este noveno planeta será la presencia de una nueva población de objetos transneptunianos con órbitas resonantes con él. Si además de los seis ya estudiados se encuentran más objetos con estas características se reforzará la hipótesis de la existencia del nuevo planeta, incluso si no podemos observarlo porque se encuentra cerca de su afelio.

Dibujo20160131 inclination instability in the outer Solar System orientation angles measured for minor planets in the solar system Madigan McCourt mon not r astron soc

Varios científicos de la NASA han dicho que debemos ser escépticos respecto al nuevo planeta, que todavía no se ha descubierto y que podría costar muchos años descubrirlo. ¿Hay otras hipótesis científicas que expliquen la anomalía orbital de los seis cuerpos más allá de Neptuno? Hasta ahora todos los estudios publicados se habían centrado en explicar la excentricidad de las órbitas de Sedna y 2012 VP113. Aún no hay estudios que incorporen a los otros cuatro pequeños cuerpos considerados por Brown y Batygin. Supongo que no tardarán en publicarse nuevas hipótesis. La búsqueda del noveno planeta promete ser muy complicada. Hay que estudiar una región del cielo entre 2.000 y 4.000 grados cuadrados (hay que recordar que el Sol o la Luna llena vistos desde la Tierra abarcan unos 0,5 grados cuadrados). La gran incertidumbre en la órbita y propiedades del hipotético noveno planeta hará muy complicado su búsqueda. Como decía el famoso astrónomo y divulgador Carl Sagan, hipótesis extraordinarias requieren evidencias extraordinarias. Habrá que esperar a que otros equipos de astrónomos confirmen de forma independiente el resultado de Brown y Batygin. Y habrá que considerar otras explicaciones alternativas. Por ejemplo, los astrónomos Ann-Marie Madigan (Universidad de California en Berkeley) y Michael McCourt (Universidad de Harvard) propusieron como explicación para las órbitas de Sedna y 2012 VP113 un nuevo tipo de inestabilidad gravitatoria asociada a la inclinación de las órbitas planetarias. Esta inestabilidad altera las órbitas de los cuerpos situados muy lejos de una estrella de tal forma que sus órbitas se inclinan respecto al plano de la eclíptica con sus perihelios situados en la misma región alrededor de la estrella, con sus órbitas formando algo parecido a un cono. Esta explicación alternativa tendrá que ser aplicada al estudio de los seis cuerpos estudiados por Brown y Batygin. Con toda seguridad un tema tan mediático como descubrimiento del noveno planeta del Sistema Solar estimulará el debate científico y resultará en la publicación en los próximos de muchas hipótesis alternativas. Aún así, si el Planeta X está ahí fuera realmente, su búsqueda será uno de los temas más apasionantes en los próximos años en astronomía.

 

Dibujo20160131 Planet-Nine-in-Outer-Space-artistic-depiction

Este hipotético planeta, si existe, sería el noveno planeta del Sistema Solar, un puesto que perdió Plutón en el año 2006. Aunque se llame planeta X, la letra “X” se refiere a planeta desconocido, no a décimo planeta. Plutón fue descubierto buscando al planeta X. ¿Podemos recordar la historia de su descubrimiento? Así es, Neptuno, el octavo y último planeta del Sistema Solar, fue descubierto tras su predicción teórica mediante cálculos matemáticos. Aunque ya lo habían observado algunos astrónomos, como Galileo Galilei en 1612, no fue identificado como planeta hasta 1846. La órbita de Urano, el séptimo planeta del Sistema Solar, se desvía de la prevista según la gravedad de Newton. En 1845, John C. Adams calculó que tenía que existir un nuevo planeta que afectara a la órbita de Urano. Nadie se lo tomó en serio. El año siguiente, 1846, Urbain Le Verrier realizó cálculos similares y obtuvo el mismo resultado. La predicción de Le Verrier provocó que varios observatorios astronómicos buscaran dicho planeta. Tuvo éxito el observatorio de Berlín, que encontró a Neptuno en 1846. Pero resultó que la órbita de Neptuno no explicaba todas las anomalías de Urano. En 1906, el astrónomo Percival Lowell predijo que tenía que existir más allá de Neptuno un noveno planeta con una masa unas 6,6 veces la masa de la Tierra al que llamó Planeta X. Su observatorio lo buscó sin éxito, aunque se sabe que llegó a fotografiarlo pero no lo identificó. El joven Clyde W. Tombaugh en 1930, tras casi un año de búsqueda del planeta X, encontró en el cielo a Plutón. El problema es que la masa de Plutón es demasiado pequeña como para explicar las anomalías en la órbita de Neptuno y Urano. Para resolver el misterio hubo que esperar hasta 1989, cuando la sonda espacial Voyager 2 de la NASA sobrevoló Neptuno y descubrió que su masa es un 0,5% más pequeña de lo que se pensaba; un 0,5% puede parecer poco, pero es comparable a la masa de Marte y es suficiente para explicar las anomalías en las órbitas de Neptuno y Urano. Hoy sabemos que el Planeta X que Lowell predijo no existe.



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