Тепловое излучение помогло определить сразу два кандидата на роль Девятой Планеты

Астрономы охотятся за гипотетической «девятой планетой» Солнечной системы, которая должна находиться в сотни раз дальше от Солнца, чем Земля и иметь массу около десятка земных. Новый подход к поиску предполагает фиксирование собственного теплового излучения планеты, которое можно обнаружить гораздо дальше, чем отражённый свет Солнца. С использованием данных японского инфракрасного телескопа AKARI удалось выявить два кандидата на роль Планеты 9.

История охоты за планетой начинается со странностей, которые подметили астрономы в строении внешней Солнечной системы. Небольшие ледяные тела пояса Койпера, то есть астероиды и малые планеты за орбитой Нептуна, как показывают наблюдения, группируются в определённые скопления. Это не так сильно бросается в глаза, как, например, скопления двух групп троянских астероидов на орбите Юпитера, но закономерности подметить можно. Такие группы транснептуновых объектов вряд ли смогли образоваться спонтанно без чьей-то помощи. И здесь ведущая гипотеза — существование массивной ещё не открытой планеты («Девятой Планеты», которая и вызывает кластеризацию малых тел.

Если бы планета существовала, она должна быть весьма солидных размеров — 5-10 масс Земли, и находиться на расстоянии 400-800 астрономических единиц от Солнца. Напомним, что самая дальняя из известных планет, Нептун, удалена от Солнца всего на 30 а.е. На таких расстояниях объект был бы слишком тусклым и его почти невозможно было бы обнаружить при помощи обычных телескопов, фиксирующих отражённый от планеты свет Солнца. Про попытки обнаружить Девятую Планету используя миллиметровый диапазон радиоволн см. отдельную большую статью.

Но вместо этого можно поискать собственное тепловое излучение планеты. Учитывая предполагаемую температуру тел на таком удалении от Солнца, искомый диапазон излучения будет дальним инфракрасным. Легко прикинуть, почему искать тепловые сигнатуры собственного излучения планеты должно быть легче, чем охотиться за её отражённым светом. Интенсивность отражённого излучения падает с увеличением расстояния до Солнца как четвёртая степень расстояния. Если расстояние до Солнца увеличить вдвое, отражённый свет станет в шестнадцать раз тусклее. В то же время интенсивность собственного излучения (количество энергии, попадающее за секунду, например, на один квадратный метр приёмной поверхности детектора) при увеличении расстояния вдвое падает только в четыре раза, как обратный квадрат расстояния.

Астрофизики использовали данные японского космического телескопа AKARI, который выполняет обзор всего неба как раз в глубоком инфракрасном диапазоне. Поскольку телескоп расположен в космосе, для фиксирования слабого теплового излучения от Девятой Планеты ему земная атмосфера не мешает. Далее, участком поиска стала небольшая область небесной сферы, в которой согласно компьютерному моделированию следовало бы искать планету. Выделение такого участка основывается на кластеризации известных объектов пояса Койпера.

Теперь нужно выделить потенциальный сигнал именно от планеты на фоне многочисленных фоновых звёзд, галактик и межзвёздного вещества. Для этого есть изящное решение, основанное на астрометрии, то есть отслеживания положения космических объектов с течением времени. Чем дальше объект, тем медленнее его перемещение на небесной сфере. Планета Девять находится далеко по сравнению с телами внутренней Солнечной системы, но в то же времени близко по сравнению даже с ближними звёздами. Итак, она должна быть стационарной на масштабах времени порядка дней, но иметь заметное смещение на временах в несколько месяцев. Именно такой объект с промежуточной скоростью перемещения мог бы стать кандидатом на новую планету. Поэтому следует взять данные AKARI, собранные в разные эпохи наблюдений и отфильтровать объекты, обладающие именно таким видом собственного движения — ни быстро, ни медленно.

Анализ и отбраковка ложных сигналов при помощи такой стратегии выявили целых два кандидата. Оба объекта находятся в предсказанном участке поиска, движутся так, как надо, а также излучают в инфракрасном диапазоне с такой мощностью, какую должна выдавать искомая Девятая Планета. Разумеется, об открытии новой планеты говорить ещё рано (тем более что кандидата сразу два). Необходимы последующие наблюдения на более мощных телескопах для подтверждения собственного движения объектов с нужной скоростью, а также для исключения обычных в таких наблюдениях артефактов — фоновых галактик и других космических объектов.