一个火星大小的行星将产生可以在柯伊伯带观测到的扰动

一项未知的、不可见的"行星质量物体"可能潜伏在我们太阳系的外部,根据即将发表在天文期刊。这个物体将不同于-而且比-更接近-所谓的九颗行星,它的存在还有待确认。在这篇论文中,亚利桑那大学月球与行星实验室(LPL)的凯特·沃尔克(Kat Volk)和雷努·马尔霍特拉(Renu Malhotra)提供了一个尚未被发现、质量大约在火星和地球之间的行星体的让人相信的证据。作者们指出,这种神秘的物质只通过控制被称为Kuiper belt(KBO)的太空岩石群在太阳系结冰的郊外的轨道面才能泄露它的存在-目前是如此。

虽然大多数KBO-太阳系形成过程中遗留下来的碎片都环绕太阳运行,轨道倾斜平均到行星科学家所说的太阳系不变平面,但Kuiper belt最遥远的天体却没有。他们的平均平面,Volk和Malhotra发现,是倾斜的不变平面大约8度。换句话说,未知的东西正在扭曲外太阳系的平均轨道平面。LPL的博士后研究员、这项研究的主要作者Volk说:"我们的结果最有可能的解释是有一些看不见的肿块。""根据我们的计算,需要像火星这样大的东西才能引起我们测量的偏差。"

Kuiper belt位于海王星轨道之外,延伸到几百个天文单位,一个天文单位代表地球和太阳之间的距离。就像太阳系内部的表亲,火星和木星之间的小行星带一样,Kuiper belt承载着大量的小行星,大部分是小冰体(彗星的前兆)和一些矮行星。在这项研究中,Volk和Malhotra分析了Kuiper belt中600多个物体轨道面的倾斜角,以确定这些轨道面所遵循的共同方向。进动是指旋转物体在方向上的缓慢变化或"摆动"。

KBO的运作方式类似于旋转顶部,Malhotra解释说,他是路易丝·福卡·马歇尔科学研究教授,也是LPL的行星科学教授。她说:"想象一下,你有很多快速旋转的上衣,你给每个人一个小小的推动。""如果你拍下它们的快照,你会发现它们的自旋轴将处于不同的方向,但平均而言,它们将指向地球的局部引力场。"

"我们预计每一个KBO的轨道倾斜角都是一个不同的方向,但平均而言,它们将指向由太阳和大行星决定的平面。"沃尔克说,如果人们把太阳系外的物体的平均轨道平面看作一块薄片,那么它应该是相当平坦的,超过50 AU。

"但是从50到80 AU的距离,我们发现平均平面实际上偏离了不变的平面,"她解释道。"测量的翘曲有一系列的不确定性,但这种偏差仅仅是有限的KBO观测样本的统计侥幸的概率不超过1%或2%。"换句话说,这种影响很可能是一个真正的信号,而不是统计上的侥幸。根据计算,一个火星质量约为60 AU的物体在轨道上偏离太阳约8度(至已知行星的平均平面),具有足够的引力影响,使远距离KBO的轨道面在大约10 AU范围内向两边弯曲。

沃尔克说:"观测到的遥远的KBO集中在一个大约30 AU宽的环中,随着时间的推移,会感觉到这样一个行星质量物体的引力,所以假设一个行星质量导致观测到的偏差在这个距离上并不是不合理的。"这就排除了假设的物体可能是假设的9号行星,它的存在是基于其他观察结果的。据预测,这颗行星的质量会大得多(约10个地球质量),并在500至700 AU的范围内更远。

沃尔克说:"这太远了,无法影响这些KBO。""在这一范围内,要对KBO产生重大影响,肯定要比100非盟近得多。"由于行星,根据定义,必须清除轨道上的小行星,如KBO,作者将假设的质量称为行星质量物体。这些数据也不排除翘曲可能是由一个以上的行星质量物体造成的。

那我们为什么还没找到呢?根据Malhotra和Volk的说法,很可能是因为我们还没有在整个天空中寻找遥远的太阳系天体。行星质量物体最有可能隐藏的地方是在星系平面上,这是一个恒星密集的区域,太阳系的观测往往会避开它。沃尔克说:"仅仅由于调查的局限性,我们没有找到这样一个亮度和距离合适的物体的可能性估计约为30%。"

作者们说,一种可能会破坏外Kuiper belt平面的看不见的天体的另一种可能选择,可能是一颗在最近(以天文标准衡量)历史上使太阳系嗡嗡作响的恒星。马尔霍特拉说:"一个路过的明星会把所有的'旋转顶端'都画在一个方向上。""一旦恒星消失了,所有的KBO都会回到他们之前的飞机上。这将需要在大约100 AU附近通过一段非常近的通道,而在1,000万年内,翘曲将被抹去,因此我们不认为这是一种可能的情况。"

一旦大型天气观测望远镜的建造完成,人类捕捉到这个神秘物体的机会可能很快就会到来。该仪器由包括UA在内的一个财团运营,并计划在2020年的第一次照明,它将进行前所未有的、实时的天空观测,夜以继日。Malhotra说:"我们预计LSST将使观测到的KBO数量从目前的大约2000年增加到4万。""有更多的KBO在那里-我们只是还没有看到他们。"有些望远镜太远太暗,甚至连LSST都找不到,但由于望远镜覆盖天空的范围比目前的探测要全面得多,所以如果它存在的话,它应该能够探测到这个物体。"

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