Czy Pas Kuipera ukrywa jakieś planety?

Obszar Układu Słonecznego znajdujący się za orbitą Neptuna – Pas Kuipera – przypomina pas asteroid, tylko jest znacznie większy. Składa się w większości z małych obiektów, ale naukowcy przewidują, że mogą znajdować się tam ciała niebieskie wielkości planet.

Badanie opublikowane w Astrophysical Journal Letters opisuje potencjalne istnienie swobodnych planet o rozmiarach Marsa (FFP) – znanych również jako planety zbłąkane, planety bezgwiezdne i planety wędrujące – które mogły zostać przechwycone przez grawitację naszego Słońca dawno temu i krążą w zewnętrznym Układzie Słonecznym około 1400 jednostek astronomicznych (AU) od naszej gwiazdy. Dla porównania, najdalszym znanym ciałem planetarnym w Układzie Słonecznym jest Pluton, który krąży około 39 AU od Słońca, jest częścią Pasa Kuipera, który według szacunków naukowców rozciąga się nawet 1000 AU od Słońca.

Astronomowie szacują obecnie, że w naszej galaktyce Drogi Mlecznej mogą istnieć miliardy, jeśli nie tryliony, FFP. W czasie badania wykorzystującego dane pozyskane dzięki Teleskopowi Jamesa Webba (JWST) zidentyfikowano 540 potencjalnych kandydatów na planety zbłąkane wielkości Jowisza. Astronomowie sugerują, że niektóre z nich mogą występować w parach, zwane są wówczas planetami zbłąkanymi binarnymi.

Naukowcy stawiają obecnie hipotezę, że planety wędrowne powstają w wyniku dwóch możliwych scenariuszy. Jako część własnego układu słonecznego, ale po czasie są w jakiś sposób wyrzucane w kosmos, lub tworzą się w izolacji.

„Istnieją trzy interesujące obszary astrofizyki, o których możemy się dowiedzieć od planet zbłąkanych. Pierwszym z nich jest formowanie się układów planetarnych – planety swobodne mogą być produktami ubocznymi procesu formowania się układów planetarnych, więc ich badanie może pomóc w wyjaśnieniu, w jaki sposób powstał nasz Układ Słoneczny” – mówi Amir Siraj, doktorant na Wydziale Nauk Astrofizycznych Uniwersytetu Princeton.

„Drugim jest możliwość ich zamieszkania – liczba planet swobodnych może znacznie przewyższać liczbę planet związanych, więc jeśli jakikolwiek ułamek z nich ma regiony z budżetami energetycznymi, które mogą wspierać wodę w stanie ciekłym, planety swobodne mogą łącznie stanowić obszar nadających się do zamieszkania we Wszechświecie” – kontynuuje badacz.

„Trzeci to dynamiczne interakcje z gwiazdami i układami planetarnymi – ponieważ planety swobodne nie są związane z żadną konkretną gwiazdą, wędrują po galaktyce i mogą wchodzić w dynamiczne interakcje z wieloma różnymi gwiazdami i układami planetarnymi” – dodaje.

Najnowsze badanie skupiło się na ostatnim aspekcie. Astronomowie próbowali ustalić jak duże było prawdopodobieństwo, że jakaś FFP została przechwycona przez Układ Słoneczny w ciągu jego 4,5 miliarda lat historii, a teraz zamieszkuje Pas Kuipera.

W czasie badania naukowcy wykorzystali modele komputerowe do symulacji możliwości przechwycenia FFP w zewnętrznym Układzie Słonecznym, przy jednoczesnym uwzględnieniu niezliczonych czynników.

Po przeprowadzeniu około 100 milionów symulacji, wyniki wskazują na możliwość istnienia ciała planetarnego wielkości Marsa, a nawet Merkurego, gdzieś w zewnętrznym Układzie Słonecznym w odległości około 1400 AU od Słońca, przy czym astronomowie twierdzą, że odległość ta może wynosić od 600 do 3500 AU.

„Ponieważ ta planeta byłaby byłą egzoplanetą, jej szczegółowe zbadanie ujawniłoby wiele informacji na temat tego, jak planety tworzą się wokół innych gwiazd” – komentuje Siraj.

Astronomowie są przekonani, że przyszłe badania powinny obejmować lepsze zrozumienie, w jaki sposób planety swobodne są w ogóle wychwytywane, a także opracowania lepszego sposobu obserwacji tego typu planet.  

Emil Gołoś