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Adeus, Planeta Nove! Dados novos e melhores desfavorecem a existência de um mundo gigante além de Netuno.

Um possível mundo gigante poderia estar localizado no distante Sistema Solar externo, bem além da órbita de Netuno. Crédito da imagem: Caltech / Robert Hurt.

Um novo planeta, maior que a Terra, pode estar à espreita no sistema solar externo. Mas novas evidências dizem que 'provavelmente não'.

Embora inicialmente estivéssemos bastante céticos de que este planeta pudesse existir, à medida que continuamos a investigar sua órbita e o que isso significaria para o sistema solar externo, ficamos cada vez mais convencidos de que ele existe.
– Konstantin Batygin

Talvez tenha sido a ideia mais empolgante que surgiu da ciência no ano passado: que um mundo gigante não descoberto existe em nosso Sistema Solar , muito além da órbita de Netuno. Este não seria um mundo minúsculo e congelado como Plutão ou Eris, menor ainda que a Lua da Terra, mas uma super-Terra monstruosa, talvez dez vezes mais massiva que o nosso próprio mundo e quase tão grande quanto Urano ou Netuno em raio. Com o passar dos meses desde que foi proposto pela primeira vez por Konstantin Batygin e Mike Brown, eles compilou evidências adicionais para isso , e as coisas pareciam cor-de-rosa. Mas um novo estudo de Shankman et al. virou as evidências de cabeça para baixo, desfavorecendo a existência do planeta e revelando um viés nos próprios dados.

O alinhamento em latitude e longitude eclípticas de muitos dos objetos transnetunianos de período mais longo pode ter sido uma coincidência, resultado de pesquisas tendenciosas ou um indicador de um novo fenômeno físico. Crédito da imagem: K. Batygin e M. E. Brown Astronom. J. 151, 22 (2016).

Se houvesse um grande planeta localizado bem além de Netuno, esperaríamos que ele deixasse algumas assinaturas específicas:

• Deve produzir uma população excessiva de objetos que são esticados em órbitas de longo período a partir de interações gravitacionais,
• Esses objetos têm suas órbitas e seus planos orbitais inclinados de uma maneira particular, devido à influência do Planeta Nove,
• Deve haver uma população pequena, mas diferente de zero, de objetos com órbitas exatamente opostas ao excesso de população,
• E o próprio Planeta Nove deve estar lá fora, esperando para ser encontrado.

Batygin & Brown, à medida que estudos adicionais chegaram, têm apontado para alguns objetos diferentes – um aqui, um ali, outros dois em um estudo de acompanhamento – como evidência desses três primeiros pontos. Mas o próprio Planeta Nove escapou da detecção direta .

As órbitas extraordinariamente próximas de seis dos objetos mais distantes do Cinturão de Kuiper, conforme originalmente identificadas em 2016, podem indicar a existência de um nono planeta cuja gravidade afeta esses movimentos. Crédito da imagem: usuário da Wikimedia nagualdesign via Caltech.

Isso não é totalmente uma surpresa! Mesmo se o Planeta Nove fosse real e grande, seria incrivelmente fraco em sua distância prevista do Sol. Você pode pensar que, se fosse dez vezes mais distante que Urano e quase do mesmo tamanho, deveria ser apenas 100 vezes mais fraco, já que o brilho diminui como um ao quadrado da distância. Mas a luz do sol sofre esse problema duas vezes da nossa perspectiva: a luz do sol que atinge um mundo tão distante seria 100 vezes mais fraca do que a luz do sol que chega a um mundo mais próximo, mas então essa luz é refletida e tem que viajar dez vezes mais longe antes de chegar de volta ao Terra. Em vez de cair como 1/r2, a luz que efetivamente vemos cai como 1/r4, tornando qualquer mundo tão distante incrivelmente difícil de ver.

Esta visão comprimida de todo o céu visível do Havaí pelo Observatório Pan-STARRS1 é o resultado de meio milhão de exposições, cada uma com cerca de 45 segundos de duração. Mas as pesquisas das quais os dados originais do Planeta Nove foram extraídos não são nem mesmo no céu. Crédito da imagem: Danny Farrow, Pan-STARRS1 Science Consortium e Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.

Você pode pensar que fazer uma pesquisa de todo o céu seria a resposta, mas tais pesquisas, como Pan-STARRS, não são profundas o suficiente para ver um mundo assim. Até agora, tudo em que tivemos que confiar são as evidências indiretas que Batygin e Brown apresentaram. Eles reivindicaram um total, até agora, de dez desses objetos que correspondem às suas previsões. Isso é impressionante!

Mas eles não estavam usando dados de uma pesquisa de todo o céu para encontrar esses objetos; essas pesquisas não são profundas o suficiente. Os objetos transnetunianos, e suas órbitas peculiares pelas quais o hipotético Planeta Nove seria responsável, deveriam estar localizados em uma determinada região do céu. E então, se você quiser encontrar esses objetos, existem locais específicos que você procuraria para vê-los.

Impressão artística do Planeta Nove como um gigante de gelo eclipsando a Via Láctea central, com um Sol semelhante a uma estrela à distância. A órbita de Netuno é mostrada como uma pequena elipse ao redor do Sol. Crédito da imagem: usuários do Wikimedia Commons Tomruen, nagualdesign.

Tudo bem, mas toda a motivação na qual a teoria de Batygin e Brown se baseia não é que esses objetos existam, mas sim que esses objetos existem e é muito improvável que seu agrupamento aconteça apenas por acaso. Mas a probabilidade do que você vê depende muito de onde você observou e com que sensibilidade você fez essas observações. Se você encontrar objetos agrupados porque passou mais tempo observando os locais onde veria agrupamentos, isso não significa que haja algo incomum. Na verdade, é mais provável, se for o caso, que não haja nada incomum; é mais provável que você seja vítima de um fenômeno chamado viés de detecção .

Encontrar objetos ultra-fracos, ultralegais ou que se movem lentamente é possível com a tecnologia atual existente, mas depende inteiramente de olhar nos locais onde esses objetos existem por tempo suficiente. Aqui, a missão WISE encontra uma estrela anã rara e ultra-fria, mostrada em vermelho. Crédito da imagem: DSS/NASA/JPL-Caltech.

Esses dez objetos que Batygin e Brown identificaram vieram de uma variedade de pesquisas com uma variedade de profundidades e, mais importante, o efeito do viés de detecção nunca foi quantificado ou abordado adequadamente. Para visualizar isso, imagine que você tem um telescópio situado perto do equador na Terra e passa todas as noites olhando para o céu noturno, tentando ver o máximo possível o mais profundamente possível. Se você tivesse céu claro e escuro, com boa visão, por 365 dias do ano, seria capaz de obter todas as partes do céu igualmente. Mas você não. Em vez de:

• Algumas partes do ano são mais propensas ao mau tempo,
• Algumas partes do ano são mais propensas a ter ar turbulento e más condições de visão atmosférica,
• Algumas partes do céu, como o plano galáctico, estão muito contaminadas para localizar TNOs com segurança,

e assim por diante. O ponto é que, se você observar preferencialmente as duas regiões específicas do céu onde espera que os objetos sejam agrupados, você encontrará objetos agrupados lá. E pode ser simplesmente que você os está encontrando porque é onde você está procurando.

As órbitas 3D dos objetos do cinturão de Kuiper influenciados pelo Planeta Nove. Como disse Mike Brown, ‘Os objetos distantes com órbitas perpendiculares ao sistema solar foram previstos pela hipótese do Planeta Nove. E então encontrado 5 minutos depois.” Mas só poderia ter sido descoberto por causa de onde os dados válidos existem. Crédito da imagem: Mike Brown / http://www.findplanetnine.com/ .

Claro, a equipe de Batygin e Brown identificou 10 desses objetos até agora, e eles mostram esse agrupamento. Mas isso aponta para evidências do Planeta Nove? Existe uma maneira direta de testar se o efeito é real: faça uma pesquisa dedicada que não tenha esse viés ou, pelo menos, quantifique esse viés. Há uma grande pesquisa em andamento para caçar mundos além de Netuno em nosso Sistema Solar: OSSOS, o Levantamento das Origens do Sistema Solar Exterior . Ele encontrou mais de 800 objetos durante sua duração, observando oito diferentes trechos bem definidos do céu ao longo de um período de quatro anos. (Demora tanto tempo para encontrar movimento apreciável e medir os parâmetros orbitais, quando se trata de mundos tão distantes do nosso Sol!) E dessas centenas de objetos, oito deles têm as propriedades de longo período que mostrariam evidências para- ou contra o Planeta Nove.

Dos objetos transnetunianos de longo período identificados no estudo OSSOS, com um deles (mostrado em azul) tendo os parâmetros que seriam consistentes com a teoria Batygin & Brown do Planeta Nove. Crédito da imagem: Mike Brown / http://www.findplanetnine.com/ .

Os resultados são definitivos... e condenatórios. Independentemente, antes deste estudo, foram realizadas simulações com e sem um nono planeta massivo além de Netuno, indicando quais resultados favoreceriam a existência de um nono planeta e o que o desfavoreceria. Para os oito objetos encontrados, aqui está o que os resultados da pesquisa indicaram :

• As oito descobertas do OSSOS têm órbitas orientadas em uma ampla gama de ângulos.
• As órbitas observadas são estatisticamente consistentes com o aleatório.
• Nem todas as detecções de OSSOS seguem o padrão visto na amostra anterior.
• Um deles fica em ângulo reto com os dois clusters propostos.
• As órbitas não estão bem agrupadas.

Em teoria, o Planeta Nove provavelmente seria semelhante ao exoplaneta 55 Cancri e, que tem aproximadamente o dobro do raio da Terra, mas oito vezes a massa da Terra. Este novo estudo, no entanto, desfavorece inteiramente a existência de tal mundo em nosso Sistema Solar externo. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/R. Ferido (SSC).

Mais importante ainda, o que eles encontraram foi totalmente consistente com sem Planeta Nove , e que o argumento geral para a existência do Planeta Nove foi substancialmente enfraquecido por seu estudo. Em particular, o agrupamento na orientação de cada órbita no espaço (definido por múltiplas variáveis, ω e Ω) que estudos anteriores, como Batygin & Brown e Trujillo e Sheppard , notado anteriormente simplesmente não existe neste novo estudo imparcial .

Não encontramos nenhuma evidência na amostra OSSOS para o agrupamento ω que foi o impulso para a atual hipótese de planeta adicional.

Quatro dos Objetos Transnetunianos encontrados por OSSOS, mostrados junto com a órbita de Netuno para comparação. Os objetos OSSOS não apresentam as mesmas correlações que os anteriores identificados pela equipe do Planet Nine. Crédito da imagem: C. Shankman et al., arXiv:1706.05348v2.

Os dados deste novo estudo são bastante claros que a correlação observada anteriormente, que foi o impulso para a hipótese do Planeta Nove, não persiste na nova amostra. Os autores sugerem que o viés de detecção é a razão pela qual pesquisas anteriores pareciam favorecer a existência de tal mundo e que uma determinação cuidadosa de vieses observacionais - recentemente identificado no estudo OSSOS — explique por que essas correlações anteriores apareceram e por que elas não aparecem nos novos dados.

Sugerimos que esse agrupamento seja o resultado de uma combinação de viés de observação e estatísticas de pequeno número, embora não possamos testá-lo sem caracterizações publicadas das pesquisas que detectaram esses TNOs.

Claro, este estudo não é suficiente para descartar o Planeta Nove; ainda pode estar lá fora. Como contraponto, Mike Brown defende que uma estratégia de pesquisa diferente poderia ter sido definitiva, e OSSOS simplesmente não é uma boa pesquisa para indicar sim ou não no Planeta Nove. Mas lembre-se, diz o velho ditado, onde há fumaça, há fogo. Se você de repente descobrir que o que você pensava ser fumaça era uma invenção da sua imaginação, isso não significa que não houve um incêndio, mas com certeza torna a hipótese de que houve um incêndio muito menos convincente.

Ethan agradece a Michele Bannister pelas discussões extraordinariamente úteis e a Cory Shankman pelos comentários elucidativos em torno do novo trabalho do OSSOS.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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