Evidencias de que el Planeta Nueve existe

Crédito: Editor de imágenes / Flickr, CC BY-SA






Hay un debate entre los científicos planetarios después de que se hayan encontrado evidencias teóricas de un planeta invisible, llamado "Planet Nueve", de alrededor de diez veces la masa de la Tierra podría estar al acecho en el cinturón de Kuiper, una banda de objetos helados más allá de Neptuno. La última teoría fue propuesta después de que científicos notaran que seis objetos en el cinturón se comportaban de forma extraña, algo que dijeron podría explicarse por la existencia de un nuevo planeta.


No es la primera vez que se han encontrado indicios de un nuevo planeta. Entonces, ¿cómo sabemos que esta teoría es más real que las que se han dado en el pasado?



El Cinturón de Kuiper y el Planeta Nueve


El cinturón de Kuiper, que empezamos a descubrir a principios de 1990, es una región del sistema solar más allá de los principales ocho planetas que se está empezando a explorar en más detalle con sondas espaciales como la misión New Horizons. 

El cinturón de Kuiper es el hogar de muchos cometas que se formaron en la región de Urano-Neptuno hace 4.6 mil millones de años. El cometa 67P de Rosetta viene de aquí. Incluso hay más cometas que pueblan esta esférica región, pero hasta ahora no se ha visto la "nube de Oort", otro cinturón de rocas mucho más allá del cinturón de Kuiper, donde la mayoría de los cometas pasan la mayor parte de su vida. La nube de Oort está a 10.000 unidades astronómicas (UA) de distancia de nosotros (una UA es aproximadamente igual a la distancia entre la Tierra y el Sol, o 149.6m kilómetros).

La base de la nueva evidencia teórica del nuevo planeta es la extraña alineación de seis objetos del cinturón de  Kuiper, y la deformación fuera del plano de la eclíptica de los demás. Esto parecería indicar que los objetos están siendo perturbados por el tirón gravitatorio de un enorme planeta más allá de Neptuno y Plutón, y que ha sido calculado a tener una órbita alrededor del Sol de unos 15.000 años. Entonces, ¿cómo sabemos que es un planeta y no sólo un gran objeto en el cinturón de Kuiper? La masa implícita del objeto que podría perturbar a estas órbitas es simplemente demasiado alta para que sea un objeto del cinturón de Kuiper muy grande como un planeta enano o un asteroide.


En teoría, es posible explicar cómo un núcleo de un planeta exterior adicional podría haberse formado más lejos y al lado de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno usando modelos del nacimiento de nuestro sistema solar hace 4.6 mil millones de años. Y observaciones de exoplanetas muestran que, en otros lugares, objetos de gran tamaño se pueden formar a distancias relativamente grandes de su estrella madre. Sin embargo, otra posibilidad que podría explicar el extraño comportamiento de los objetos de Kuiper puede ser que el "Planet Nueve", si es que existe, podría ser un gran objeto en la nube de Oort interior en lugar de un planeta.


Puede parecer difícil de creer que podíamos descubrir de repente un nuevo planeta. Desde la antigüedad, el ser humano ha sido capaz de observar todos los planetas hasta Saturno y en la década de 1600 se dieron cuenta de que estaban en órbita alrededor del Sol. William Herschel entonces descubrió Urano en 1781, y las observaciones de su órbita condujo al descubrimiento de Neptuno en 1846. Plutón fue añadido en 1930, después de una búsqueda de un mayor "Planeta X", pero fue degradado a un planeta enano de hielo en 2006. También se han observado muchos objetos del cinturón de Kuiper, con al menos uno de ellos, Eris, más masivo que Plutón (que finalmente obligó a la degradación de Plutón).



La búsqueda del Planeta X


En el pasado ha habido reclamaciones por un "Planeta X extra" (ahora planeta IX, o el más familiar Planeta Nueve, debido a la degradación de Plutón). Pero ninguno de ellos se ha mantenido plenamente hasta ahora.

1. Cuando se observaron nuevas irregularidades en la órbita de Urano por primera vez en 1906 provocó la búsqueda de un planeta X que se pensaba que era enorme. Eventualmente, sin embargo, el menos masiva, Plutón no fue encontrado por Percival Lowell en 1930.

2. En la década de 1980, fue propuesto un Planeta X por Robert S Harrington basado en las órbitas irregulares de Neptuno y Urano. Más tarde fue desmentido por Myles Standish, quien fue capaz de explicar las irregularidades mediante la revisión de la masa de Neptuno usando datos del sobrevuelo de la Voyager.

3. En la década de 1990, un planeta grande cerca de la nube de Oort, apodado Tyche, fue propuesto para explicar las órbitas de ciertos cometas. Esto fue excluído para objetos del tamaño de Saturno o más grandes por el satélite infrarrojo Wide-field Survey Explorer, aunque objetos más pequeños aún no podían ser detectados.

4. Sedna, descubierto en 2003, es un planeta enano de nuestro Sistema Solar con una órbita elíptica de 11.400 años entre 76 UA y 937 UA (que es de 2,5 a 31 veces la distancia del Sol a Neptuno). Su descubrimiento llevó a la sugerencia que se trataba de un objeto en la nube de Oort interior, desviado, ya sea por una estrella pasajera o por un planeta grande, invisible. Si existiera tal planeta, las órbitas de otros objetos cercanos también se verían perturbadas, y esto recibió algún apoyo de observaciones de otro objeto, apodado 2012 VP113. Pero cálculos orbitales indican que éste puede ser más pequeño y orbitando a una distancia de 1,000 UA o más.

5. En diciembre de 2015, se insinuó que existía un gran objeto a 300 UA  cerca de seis veces más lejos que Plutón, según datos del telescopio Atacama Large Millimeter / submilimétrico. Sin embargo, la posibilidad de encontrar un objeto, con un telescopio es pequeña y muchos científicos pensaron que esto es más probable que un objeto del cinturón de Kuiper.

En comparación con todos estos ejemplos, "Planet Nueve" tiene la evidencia más real. Esto es en parte porque los efectos se han visto en las órbitas de los seis objetos del cinturón de Kuiper en lugar de sólo uno o dos, lo que hace que la teoría parezca potencialmente plausible. La dinámica del exterior del sistema solar está desentrañando más sorpresas, esto es por el desarrollo de nuestra tecnología de detección que cada vez es mejor, y podemos esperar descubrir mucho más del cinturón de Kuiper, o tal vez la nube de Oort en los próximos años.

Mientras tanto, vamos a tener que esperar a que haya una evidencia directa desde los telescopios en tierra o en el espacio para ver si el Planeta Nueve, o incluso otros objetos de gran tamaño, en realidad existen. Sólo con una prueba directa se acabaría el debate definitivo sobre el Planeta Nueve.

Los investigadores han encontrado evidencias reales de un noveno planeta

La representación de este artista muestra la vista del lejano Planeta Nueve alrededor del Sol. El planeta se piensa que es gaseoso, similar a Urano y Neptuno. Rayos hipotéticos iluminan el lado nocturno. Crédito: Caltech / R. Hurt (IPAC)







Investigadores de Caltech han encontrado evidencias de un planeta gigante que tiene una órbita extraña, muy alargada en el Sistema solar exterior. El objeto, que los investigadores han apodado Planeta Nueve, tiene una masa de 10 veces la de la Tierra y orbita alrededor de 20 veces más lejos del Sol que en promedio lo hace Neptuno (que orbita alrededor del Sol a una distancia media de 4.515 millones de kilómetros). De hecho, tomaría a este nuevo planeta entre 10.000 y 20.000 años en hacer una sola órbita completa alrededor del Sol.



Los investigadores, Konstantin Batygin y Mike Brown, descubrieron la existencia del planeta a través de modelado y de simulaciones matemáticas por ordenador, pero aún no ha observado el objeto directamente.

"Esto sería un noveno planeta real", dice Brown, el profesor Richard y Barbara Rosenberg de Astronomía Planetaria. "Sólo ha habido dos planetas verdaderos descubiertos desde la antigüedad, y éste sería un tercero. Nuestro Sistema Solar aún alberga misterios sorprendentes que todavía están por descubrir, es muy emocionante."

Brown señala que el supuesto noveno planeta es de 5.000 veces la masa de Plutón, suficientemente grande como para que no debería haber ningún debate acerca de si se trata de un verdadero planeta. A diferencia de la clase de objetos más pequeños ahora conocidos como planetas enanos, el Planeta Nueve domina gravitacionalmente su vecindad del sistema solar. De hecho, domina una región más grande que cualquiera de los otros planetas conocidos, un hecho que Brown dice que hace de este mundo el más planeta del Sistema Solar."

Batygin y Brown describen su trabajo en la edición actual de la revista Astronomical Journal y muestra cómo el Planeta Nueve ayuda a explicar una serie de características misteriosas del campo de objetos helados más allá de Neptuno y escombros conocidos como el Cinturón de Kuiper.

Los seis objetos conocidos más distantes del sistema solar con órbitas exclusivas más allá de Neptuno (magenta) todos se alinean misteriosamente en una sola dirección. También, cuando se ve en tres dimensiones, todos ellos de inclinación casi idénticamente lejos del plano del sistema solar. Batygin y Brown demuestran que se requiere de un planeta con 10 veces la masa de la Tierra en una distante órbita excéntrica anti-alineada con los otros seis objetos (naranja) para mantener esta configuración. El diagrama se ha creado usando WorldWide Telescope. Crédito: Caltech / R. Hurt (IPAC)







"Aunque al principio éramos bastante escépticos de que podría existir este planeta, ya que continuamos investigando su órbita y lo que significaría para el sistema solar exterior, nos hemos convencido cada vez más de que existe", dice Batygin, profesor asistente del planetario de ciencia. "Por primera vez en más de 150 años, hay evidencias sólidas de que el planetario del sistema solar es incompleto."

El camino hacia el descubrimiento teórico no fue sencillo. En 2014, un ex postdoc de Brown, Chad Trujillo, y su colega Scott Shepherd publicaron un artículo señalando que 13 de los objetos más distantes en el Cinturón de Kuiper son similares con respecto a una característica orbital oscura. Para explicar esta similitud, sugirieron la posible presencia de un pequeño planeta. Brown pensó que la solución del planeta era poco probable, pero su interés se despertó.


Batygin y Brown se dieron cuenta de que los seis objetos más distantes del Cinturón de Kuiper siguen órbitas elípticas que apuntan en la misma dirección en el espacio físico. Esto es particularmente sorprendente porque los puntos extremos de sus órbitas se mueven alrededor del sistema solar, y viajan a diferentes velocidades.

"Es casi como tener seis manos en un reloj donde todo se mueve a un ritmo diferente, dice Brown. Las probabilidades de que eso suceda son algo así como 1 en 100, dice. Pero además de eso, las órbitas de los seis objetos son también todos inclinados de la misma manera que apunta hacia abajo aproximadamente 30 grados en la misma dirección con respecto al plano de los ocho planetas conocidos. La probabilidad de que eso ocurra es de aproximadamente 0,007 por ciento. "Básicamente, no debería ocurrir al azar", dice Brown. "Así que pensamos que algo más debe perfila estas órbitas."


La primera posibilidad que investigaron fue que tal vez no están lo suficientemente distantes los objetos en el Cinturón de Kuiper, algunos de los cuales aún no se han descubierto para ejercer la gravedad necesaria para mantener esa subpoblación de objetos agrupados. Los investigadores descartaron rápidamente esto cuando resultó que tal escenario requeriría que el Cinturón de Kuiper tuviera alrededor de 100 veces la masa que tiene hoy.

Eso los dejó con la idea de un planeta. Su primer instinto fue hacer simulaciones que implican la existencia de un planeta en una órbita distante que rodeaba las órbitas de los seis objetos del Cinturón de Kuiper, que actuaba como un lazo gigante para modificar en ellos su alineación. Batygin dice que casi funciona, pero no proporciona las excentricidades observadas con precisión.

Entonces, efectivamente por accidente, Batygin y Brown se dieron cuenta de que si hacían sus simulaciones con un planeta masivo en una órbita antialineada con una órbita en la que la máxima aproximación del planeta al Sol, o perihelio, era de 180 grados frente al perihelio de todos los demás objetos y planetas: los objetos distantes del Cinturón de Kuiper conocidos en la simulación tenían la alineación que se observa en realidad.

"Su respuesta natural era que 'Esta geometría orbital no podía estar bien. Esto no podría ser estable a largo plazo, porque, después de todo, esto haría que el planeta y estos objetos se encontraran y chocaran con el tiempo'", dice Batygin. Pero a través de un mecanismo conocido como resonancia de movimiento medio, la órbita anti-alineada del noveno planeta en realidad impide que los objetos del Cinturón de Kuiper choquen con él y los mantiene alineados. Como los objetos que orbitan se aproximan entre sí intercambian energía. Así, por ejemplo, por cada cuatro órbitas que el Planeta Nueve hace, un objeto del Cinturón de Kuiper distante podría completar nueve órbitas. Así que nunca chocan. En cambio, al igual que uno de los padres mantienen a un niño en un columpio a distancia con empujones periódicos, el Planeta Nueve empuja las órbitas de los objetos del Cinturón de Kuiper distantes tales que su configuración con respecto al planeta se conserva.

"Sin embargo, yo era muy escéptico", dice Batygin. "Nunca había visto algo así en la mecánica celeste."

Una consecuencia prevista del Planeta Nueve es que también debe existir un segundo conjunto de objetos confinados. Estos objetos están forzadas a posiciones en ángulo recto con el Planeta Nueve y en órbitas que son perpendiculares al plano del sistema solar. Cinco objetos conocidos (azules) se ajustan a esta predicción precisa. Crédito: Caltech / R. Hurt (IPAC) El diagrama se ha creado usando WorldWide Telescope.






Poco a poco, a medida que los investigadores investigaron las características y consecuencias del modelo adicional, se convencieron de que el planeta en realidad existe.

Y de hecho la existencia del Planeta Nueve ayuda a explicar algo más que la alineación de los objetos del Cinturón de Kuiper distante. También proporciona una explicación para las órbitas misteriosas de dos objetos. El primero de esos objetos, llamado Sedna, fue descubierto por Brown en 2003. A diferencia de otra variedad de objetos del Cinturón de Kuiper, que gravitacionalmente son "expulsados" por Neptuno y luego regresan de nuevo a él, Sedna nunca se pone muy cerca de Neptuno. Un segundo objeto como Sedna, conocido como 2012 VP113, fue anunciado por Trujillo y Pastor en 2014. Batygin y Brown encontraron que la presencia del Planeta Nueve en su órbita propuesta produce naturalmente que objetos como Sedna cojan a un objeto estándar del Cinturón de Kuiper y lentamente lo aleje a una órbita menos unido a Neptuno.

Pero la verdadera sorpresa para los investigadores fue el hecho de que sus simulaciones también predijeron que habría objetos del Cinturón de Kuiper en órbitas inclinadas perpendicularmente al plano de los planetas. Batygin hizo pruebas para encontrar éstos en sus simulaciones y siempre se han correspondido con exactamente con las simulaciones", dice Brown. 

Con la existencia del planeta nueve explica todas estas anomalías y órbitas perpendiculares.

¿De dónde viene el Planeta Nueve y dónde se termina el sistema solar exterior? Los científicos han creído durante mucho tiempo que el sistema solar primitivo comenzó con cuatro núcleos planetarios que fueron cogiendo todo el gas a su alrededor, formando los cuatro planetas Júpiter gas, Saturno, Urano y Neptuno. Con el tiempo, las colisiones y las perturbaciones gravitacionales entre ellos los trasladaron a su ubicación actual. "Pero no hay ninguna razón para no pensar de que podrían haber sido cinco núcleos, en lugar de cuatro", dice Brown. El Planeta Nueve podría representar ese quinto núcleo, y si se acercaba demasiado a Júpiter o Saturno, podría haber sido expulsado en su órbita distante, excéntrica.

Batygin y Brown continúan refinando sus simulaciones y así aprender más sobre la órbita del planeta y su influencia en el sistema solar distante. Mientras tanto, Brown y otros colegas han comenzado a buscar en el cielo el Planeta Nueve. Se conoce la órbita del planeta, pero no la ubicación precisa en ese camino elíptico. Si el planeta pasa a estar cerca de su perihelio, Brown dice, los astrónomos deberían ser capaces de detectarlo en las imágenes captadas por los estudios anteriores. Si está en la parte más distante de su órbita, se necesitarán telescopios más grandes del mundo como los telescopios gemelos de 10 metros en el Observatorio WM Keck y el Telescopio Subaru, todos en Mauna Kea. Si, sin embargo, Planeta Nine se encuentra ahora en cualquier otro lugar, muchos telescopios tienen una oportunidad de encontrarlo.

"Me encantaría encontrarlo", dice Brown. "Pero también estaría muy feliz si alguien la encontró. Es por eso que estamos publicando este trabajo. Esperamos que otras personas vayan a inspirarse y empezar a buscar."

Este planeta nos ayudará a entender más sobre nuestro Sistema Solar y en definitiva sobre los mundos en otras estrellas.

"Uno de los descubrimientos más sorprendentes sobre otros sistemas planetarios ha sido que el tipo más común de planeta encontrado tiene una masa entre la de la Tierra y el de Neptuno", dice Batygin. "Hasta ahora, hemos pensado que el sistema solar se carecía de este tipo de planeta más común. Tal vez somos más normales de lo que parece después de todo."

Brown, conocido por el importante papel que desempeñó en la degradación de Plutón de planeta a planeta enano añade: "Todas aquellas personas que se pusieron como locas porque Plutón ya no es un planeta ahora pueden ser felices de nuevo al saber que hay otro planeta real en el sistema solar", dice. "Ahora podemos ir a buscar este planeta y hacer que el sistema solar tenga nueve planetas, una vez más."


El documento se titula "La evidencia de un lejano planeta gigante en el Sistema Solar."