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Speciale Pianeta X: teorizzate due super-terre oltre l'orbita di Plutone

La recente scoperta di tre nuovi oggetti ai confini del Sistema Solare, il pianeta nano 2012 VP113 con il perielio maggiore ad oggi conosciuto, 2013 FY27 e 2013 FZ27 membri della fascia di Kuiper, ha portato gli astronomi a teorizzare ancora una volta la presenza di un corpo planetario massiccio agli angoli più remoti del nostro Sistema Solare.

Pianeta X

 Credit: Scott S. Sheppard/Carnegie Institution for Science/Bob King (astrobob.areavoices.com) 

Nel report dedicato sul sito NASA del 26 marzo 2014, leggiamo, infatti, che:

"le orbite di Sedna e 2012 VP113, che si allontanano dal Sole per centinaia di UA, suggeriscono che potrebbero essere influenzate dalla presenza di un pianeta ancora sconosciuto, forse grande fino a 10 volte le dimensioni della Terra":

The similarity in the orbits found for Sedna, 2012 VP113 and a few other objects near the edge of the Kuiper Belt suggests the new object’s orbit might be influenced by the potential presence of a yet unseen planet perhaps up to 10 times the size of Earth.  Further studies of this deep space arena will continue.

Le perturbazioni osservate nelle orbite dei pianeti più esterni del Sistema Solare, le estinzioni di massa sulla Terra ed altri eventi catastrofici hanno contribuito a radicare nella cultura popolare l'idea dell'esistenza di un grande pianeta nascosto oltre l'orbita di Plutone. Anche scienziati e teorici si sono dedicati al problema.

La scoperta di Nettuno nel 1846, ad esempio, è il risultato di una serie di sforzi, da parte degli astronomi del XIX° secolo, per spiegare le discrepanze tra l'orbita prevista e quella osservata di Urano.

Nettuno in realtà, prima di allora, era stato già osservato diverse volte ma mai identificato come pianeta.
Galileo lo vide mentre osservava Giove il 28 Dicembre 1612 e lo classificò come una stella di magnitudine 8; lo inquadrò nuovamente il 27 gennaio 1613 e il giorno seguente in coppia con un'altra vera stella.
Per la conferma, bisognerà però aspettare il 1840, quando due astronomi matematici, John Couch Adams e Urbain Le Verrier, calcolarono la posizione dell'ipotetico pianeta e il 23 settembre 1846 Johann Galle, dell'Osservatorio di Berlino, scrutò il cielo trovando Nettuno proprio nel punto teorizzato.

Ma la scoperta di Nettuno, piuttosto che risolvere il problema, lo peggiorò perché gli astronomi trovarono che anche questo pianeta era affetto da perturbazioni orbitali.

Venne così teorizzato un altro pianeta ancora più lontano dal Sole e la successiva scoperta di Plutone nel 1930, ad opera dell'astronomo americano Clyde Tombaugh, fu nuovamente vista come la soluzione del mistero.

Solo successivamente ci si rese conto che l'ex nono pianeta del nostro Sistema Solare era troppo piccolo per influenzare l'orbita di Nettuno. L'ipotesi della presenza di un decimo pianeta, battezzato Pianeta X dall'astronomo americano Percival Lowell, si rafforzò nuovamente.

Bisognerà aspettare il 1989, quando la sonda della NASA Voyager 2 effettuò un passaggio ravvicinato su Nettuno, per acquisire misurazioni dettagliate sulla sua massa e comprendere che le differenze orbitali osservate erano dovute ad errori nei calcoli. L'esistenza di un decimo pianeta non sembrava perciò più necessaria.

Ma il Pianeta X è rimasto nell'immaginario popolare e, noto come Nibiru, si è trasformato in un mondo minaccioso in grado di annientare la Terra. Il 2012 è stato decisamente il suo anno di fama mondiale, in abbinata alla famosa apocalisse Maya del 21 dicembre.

La comunità scientifica, però, ha scandagliato il cielo in lungo e largo senza trovarne traccia: alle osservazioni astronomiche nelle lunghezze d'onda del visibile, si sono aggiunte infatti osservazioni in infrarosso, in grado di rilevare il calore degli oggetti nascosti nello spazio profondo, immersi in regioni di polveri e gas.
Il telescopio spaziale Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA, ad esempio, avrebbe potuto rilevare un pianeta delle dimensioni di Giove a 26.000 UA dal Sole (più di un terzo di anno luce di distanza) e un pianeta come Saturno a 10.000 UA (per confronto, Plutone si trova ad una distanza media di 40 UA dal Sole).

Era stata teorizzata anche la presenza di una compagna nascosta del Sole, una nana bruna (un corpo che inizia la sua vita come stella ma, pur avendo un po' più di massa rispetto ad un pianeta, non ne ha a sufficienza per bruciare il combustibile nucleare e irradiare la luce delle stelle) con un'orbita molto ellittica, chiamata Nemesis, che sarebbe responsabile di irrompere durante la sua orbita nella nube di Oort, scagliando i corpi ghiacciati verso il Sistema Solare interno, causando le storiche estinzioni di massa sul nostro pianeta.

WISE, però, ha scoperto la coppia di nane brune più vicine alla TerraLuhman 16 (WISE 1049-5319), a 6,6 anni luce da noi, nella costellazione della Vela e nel mese di aprile 2014, WISE J085510.83-071442.5, la nana bruna più fredda conosciuta a 7,2 anni luce ma di Nemesis nessuna traccia.

Tuttavia, quando il mistero del Pianeta X sembrava definitivamente tramontato, la scoperta di un corpo planetario minore chiamato 1992 QB1, nel 1992 appunto, svelò una nuova incredibile regione ai confini del nostro Sistema Solare.
Definito come il primo oggetto transnettuniano (Trans Neptunian Object - TNO), è stato assunto come prototipo di una nuova categoria di corpi della fascia di Kuiper, la regione che si estende dall'orbita di Nettuno (alla distanza di 30 UA) fino a 50 UA dal Sole. Si tratta di una fascia di asteroidi esterna rispetto all'orbita dei pianeti maggiori che è solo una piccola parte dell'enorme distesa dei TNO.

Negli ultimi 10 anni è stato scoperto un numero sempre crescente di corpi planetari minori, con perielio a distanze superiori a 40 UA, che costituiscono una categoria distinta di TNO, i cosiddetti "detached object", ossia oggetti indipendenti con orbite molto eccentriche che possono allontanarsi per molte centinaia di UA dalla nostra stella.

Il pianeta nano Sedna, un ampio corpo di ghiaccio di circa 1.000 chilometri di diametro, scoperto nel 2003, è probabilmente il più famoso tra tutti, con un'orbita altamente ellittica di circa 11.400 anni ed un afelio stimato a 937 UA dal Sole. Sedna è stato annunciato come il primo elemento rilevato della Nube di Oort interna, l'ipotetica nube sferica che avvolge il Sistema Solare fino a 100.000 UA, pensata per essere la culla delle comete.

Sistema Solare

Credit: NASA

Oltre a fornire la prova allettante dell'esistenza della Nube di Oort, la scoperta di Sedna ha suggerito anche l'esistenza di corpi planetari più massicci nelle regioni inesplorate oltre l'orbita di Plutone.

I modelli di formazione del Sistema Solare hanno dimostrato che Sedna non si sarebbe potuto formare nella sua posizione attuale ma la sua orbita altamente eccentrica sembra essere il risultato di perturbazioni generate da un grande pianeta transnettuniano, che potrebbe orbitare a molte centinaia di UA di distanza dal Sole, o dal passaggio precedente di una stella vicina.

Ma il team che ha scoperto pianeta nano 2012 VP113 ha dimostrato che il passaggio ravvicinato di stelle o pianeti extrasolari non avrebbe avuto ragionevoli influenze gravitazionali nella regione di spazio in cui risiede VP113 e Sedna. Piuttosto, le loro orbite potrebbero essere spiegate meglio con la presenza di corpi più massicci della Terra, oltre l'orbita di Plutone. 

L'idea è stata ripresa a pochi mesi di distanza, in un nuovo studio accettato per la pubblicazione nel Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e segnalato dalla rivista New Scientist, in cui gli astronomi spagnoli Carlos e Raul de la Fuente Marcos della Complutense University of Madrid, in Spagna, sono giunti ad una conclusione simile.

Extreme trans-Neptunian objects and the Kozai mechanism: signaling the presence of trans-Plutonian planets? [abstract]

The existence of an outer planet beyond Pluto has been a matter of debate for decades and the recent discovery of 2012 VP113 has just revived the interest for this controversial topic. This Sedna-like object has the most distant perihelion of any known minor planet and the value of its argument of perihelion is close to 0 degrees. This property appears to be shared by almost all known asteroids with semimajor axis greater than 150 au and perihelion greater than 30 au (the extreme trans-Neptunian objects or ETNOs), and this fact has been interpreted as evidence for the existence of a super-Earth at 250 au. In this scenario, a population of stable asteroids may be shepherded by a distant, undiscovered planet larger than the Earth that keeps the value of their argument of perihelion librating around 0 degrees as a result of the Kozai mechanism. Here, we study the visibility of these ETNOs and confirm that the observed excess of objects reaching perihelion near the ascending node cannot be explained in terms of any observational biases. This excess must be a true feature of this population and its possible origin is explored in the framework of the Kozai effect. The analysis of several possible scenarios strongly suggest that at least two trans-Plutonian planets must exist.

In sostanza i ricercatori hanno notato che molti oggetti come Sedna, con semiasse maggiore di 150 UA e perielio maggiore di 30 UA, hanno in comune l'argomento del perielio, ossia l'angolo tra il vettore che punta al periapside (il punto di massimo avvicinamento al Sole, perielio), e il vettore che punta al nodo ascendente (il punto in cui il corpo attraversa il piano di riferimento, piano dell'eclittica, da Sud a Nord).

TNO schema orbitale

Credit: Walter T. Brown, Center for Scientific Creation / examiner

Questo fatto, in accordo con il team VP113, sarebbe la prova dell'esistenza di una super Terra a 250 UA dal Sole in grado di "guidare" i TNO mantenendo in librazione il loro argomento del perielio (per il meccanismo di Kozai).

Lo studio si è basato sulle orbite di 13 detached object al di là della fascia di Kuiper, con un perielio maggiore di 34 UA dal Sole, abbastanza lontano da Nettuno affinché il pianeta non eserciti effetti gravitazionali.

Le osservazioni avrebbero mostrato curiosi parametri che ricordano le risonanze orbitali dei corpi minori in orbita intorno ai giganti gassosi del Sistema Solare.
La risonanza orbitale tra due oggetti celesti si verifica quando entrambi sono bloccati in un movimento sincronizzato l'uno intorno all'altro, con l'orbita di uno pari ad un rapporto esatto dell'orbita dell'altro.

Esempio di risonanza orbitale: Giove, Ganimede, Europa e Io / Credit: Wikipedia

Un esempio sono i tre satelliti galileiani di Giove, Io, Europa e Ganimede, bloccati in una risonanza orbitale 4:2:1 con Giove, il che significa che ogni 4 orbite di Io intorno a Giove, Europa orbita 2 volte e Ganimede una.

Plutone, e alcuni piccoli corpi celesti minori, sono in risonanza 3:2 con Nettuno, ossia tre rivoluzioni di Nettuno corrispondono esattamente a due rivoluzioni di Plutone. 

Allo stesso modo, Carlos e Raul de la Fuente Marcos hanno notato che la maggior parte degli oggetti esaminati mostrano parametri orbitali come inclinazione, eccentricità, longitudine del nodo ascendente e argomento del perielio, simili agli oggetti minori del Sistema Solare bloccati in risonanze orbitali con i principali pianeti, come la famiglia di asteroidi Hilda, della fascia principale del Sistema Solare, in risonanza orbitale con Giove 3:2.

Inoltre, il team ha eseguito delle simulazioni per un totale di 20 milioni di orbite di TNO con un perielio superiore a 30 UA, che avrebbero confermato parametri orbitali in comune con i 13 detached object realmente osservati.

A questo punto, la migliore spiegazione per gli autori sembra essere la presenza non di una ma di ben due grandi super Terre, ossia pianeti rocciosi con massa fino a 10 volte quella della Terra, rispettivamente a 200 e 250 UA dal Sole, bloccate in risonanza 3:2, in modo da perturbare le orbite dei detached object oltre la fascia di Kuiper nelle posizioni attuali.

I due autori scrivono:
"Lo studio dei diversi scenari possibili suggerisce fortemente che devono esistere almeno due pianeti trans-plutoniani" ... "La nostra analisi conferma che un perturbatore massiccio può essere presente a quasi 200 UA, oltre al corpo proposto da Trujillo & Sheppard [scopritori di 2012 VP113]. L'oggetto ipotetico a quasi 200 UA potrebbe anche essere in risonanza (3:2) con uno a circa 250 UA" ... "Qualsiasi pianeta invisibile presente in quella regione deve incidere sulle dinamiche dei TNO e delle comete. In questo scenario, l'afelio dei TNO e delle comete (che si muovono in orbite eccentriche) può servire per tracciare l'architettura di tutta la regione trans-plutoniana".

Anche se le conclusioni dello studio sono sicuramente intriganti, gli autori sono pronti a riconoscere che l'intero documento è una simulazione che si basa su un numero veramente esiguo di oggetti realmente osservati (13) rispetto alla grande popolazione di corpi ospitata in questa zona e sicuramente, ulteriori osservazioni potrebbero aiutare a correggere eventuali errori statistici.

In ogni caso, il punto è che di tanto in tanto vengono pubblicati studi teorici a supporto di ipotetici pianeti ai confini del nostro Sistema Solare che fanno esultare i fan di Nibiru mentre puntualmente vengono rilasciati i report sui dati rilevati dai telescopi spaziali dai quali non emerge alcun Pianeta X.
Ogni volta allora ci poniamo le stesse domande: c'è e non lo abbiamo ancora visto oppure non esiste alcun grande oggetto oltre l'orbita di Plutone?

Ho avuto la possibilità di porre questi semplici ma ricorrenti quesiti via mail ad Abel Méndez, professore associato di fisica ed astronomia presso il Planetary Habitability Laboratory dell'University of Puerto Rico, ad Arecibo, che ringrazio infinitamente per la disponibilità.

Di seguito il testo dell'intervista tradotta:

  1. E' vero che abbiamo ancora molto da scoprire (fortunatamente!) ed immagino che i confini del Sistema Solare siano molto sorvegliati, quindi è davvero possibile che con le moderne tecniche ancora non abbiamo trovano, non uno, ma ben due super Terre?

    E' possibile che ci siano grandi pianeti ancora da scoprire più lontano di Plutone.
    Questi oggetti si potrebbero essere originariamente formati con il Sistema Solare o potrebbero essere "pianeti canaglia" [ossia mondi vagabondi ed erranti che non sono legati ad alcuna stella] intrappolati dal Sole molto tempo fa.

  2. Oggetti come 2012 VP113 sono stati visti quando erano al perielio (ossia nel momento in cui erano più vicini al Sole), dobbiamo aspettarci di essere così fortunati anche per trovare due super Terre?

    Mi aspetto che pianeti così lontani dal Sole abbiano grandi eccentricità ed inclinazioni orbitali e quindi siano più difficili da rilevare. Con 2012 VP113 siamo solo stati fortunati.

  3. Pianeta X a parte, ci sono elementi noti da tenere in considerazione che possono in parte spiegare le anomalie orbitali rilevate?

    In primo luogo, bisogna vedere quanto l'anomalia è reale. Queste simulazioni sono difficili da creare ed interpretare, ma non ho tutti i dettagli per un giudizio ragionevole.

  4. Ricordo il caso estremo del pianeta HD 106906 b, cosa significherebbe per la formazione del Sistema Solare se realmente trovassimo due pianeti a 200 e 250 UA?

    Sarebbe difficile spiegare la formazione di due super Terre in situ perché la densità del materiale è inferiore così lontano dal Sole. Potrebbero essere spiegate meglio come oggetti quasi espulsi dalla formazione del Sistema Solare originale o mondi alieni erranti intrappolati dal nostro Sole.

Alla fine, quindi, fino a prova contraria, i sostenitori del Pianeta X potranno continuare a sperare ma analogamente, fino a prova contraria, non esiste alcun pianeta gigante oltre l'orbita di Plutone. 

Per ora non ci resta che continuare ad osservare e qualche dato interessante potrebbe arrivare dalla missione della NASA New Horizons che raggiungerà Plutone il 14 luglio 2015 e, una volta studiato il pianeta, potrebbe proseguire la missione incontrando da vicino uno o più oggetti minori della fascia di Kuiper (KBO).

Il telescopio spaziale Hubble ha recentemente iniziato la ricerca di un corpo interessante sulla traiettoria della sonda. Un compito non semplice: nonostante Hubble sia abituato ad osservare galassie lontane, scovare un piccolo scuro oggetto ghiacciato sarà come cercare un ago in un pagliaio.

Riferimenti:
http://www.americaspace.com/?p=62547
http://www.americaspace.com/?p=55435
http://www.newscientist.com/article/dn25711-two-giant-planets-may-cruise-unseen-beyond-pluto.html#.U57zCJSSzla
http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/HistTopics/Neptune_and_Pluto.html

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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