در روزهای اخیر، در خیلی از خبرگزاری‌ها راجع به سیاره‌ی جدیدی در منظومه‌ی شمسی شنیده‌اید. در این مطلب، براساس مقاله‌ی اصلی محققان این پروژه به بررسی جزییات آن می‌پردازیم. اما قبل از شروع باید بر این نکته تاکید کنیم که نویسندگان این مقاله، خبر از کشف سیاره‌ی جدید نمی‌دهند و تنها «احتمال» حضور سیاره‌ی دیگری را براساس مدل‌های نظری و شبیه‌سازی‌های انجام‌شده اعلام می‌کنند.
خارج از دورترین سیاره‌ی شناخته‌‌شده‌ی منظومه‌ی شمسی، یعنی نپتون، محدوده‌ای از فضا وجود دارد که در آن تعداد زیادی اجرام کوچک آسمانی به دور خورشید در حال حرکتند. به این محدوده، حلقه یا کمربند کوییپر گفته می‌شود. در مطالعات اخیر، منجمان مشاهده کرده‌اند که شناسه‌ی حضیض(۱) تعداد زیادی از این اجرامِ کمربند کوییپر، در محدوده‌ی خاصی قرار می‌گیرند، بدین معنی که تجمعی (یا اصطلاحا خوشه‌ای) از آن‌ها مشاهده می‌شود. در این مقاله، اجرام کمربند کوییپر مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و سؤال اصلی آن است که این تجمعِ اجرام کمربند کوییپر به چه علت به وجود آمده است. تاکنون مدل‌های نظری مختلفی برای توجیه این تجمع‌ها ارائه شده‌اند که هیچ‌کدام به اندازه‌ی کافی قانع‌کننده نبوده‌اند.
شکل ۱. محل اجرام کمربند کوییپر. محور افقی، نیم‌قطر بزرگ مدار بیضوی یا در واقع فاصله‌ی مداری تا خورشید را نشان می‌دهد. محور عمودی در سه نمودار، به ترتیب، طول حضیض، طول گره‌ی صعودی، و شناسه‌ی حضیض را نشان می‌دهند. نقاط سبز-آبی در این شکل نماینده‌ی اجرام پایدار و نقاط سبز نماینده‌ی اجرام ناپایدار هستند. در دو نمودار سمت چپ، تجمع اجرام در فواصل بیشتر از ۲۵۰ واحد نجومی و در نمودار سمت راست، در فاصله‌ی بیشتر از ۱۵۰ واحد نجومی مشاهده می‌شوند.
نویسندگان این مقاله علاوه بر بررسی تجمع شناسه‌ی حضیض اجرام، نشان می‌دهند که این تجمع مربوط به فواصل فیزیکی اجرام نیز می‌شود. آن‌ها با استفاده از مدل‌های مختلف و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان می‌دهند که احتمال این‌که این تجمع‌ها تصادفی باشند کم‌تر از ۰.۰۰۷ درصد است و در واقع منشأ دینامیکی دارند. شکل ۱، محل اجرام کمربند کوییپر را نشان می‌دهد. محور افقی، نیم‌قطر بزرگ مدار بیضوی یا در واقع فاصله‌ی حضیض مدار جرم تا خورشید را نشان می‌دهد. محور عمودی در سه نمودار شکل ۱ به ترتیب، طول حضیض، طول گره‌ی صعودی(۲)، و شناسه‌ی حضیض را نشان می‌دهند. نقاط سبز-آبی در این شکل نماینده‌ی اجرام پایدار هستند. در دو نمودار سمت چپ می‌بینیم که تجمع اجرام در فواصل بیشتر از ۲۵۰ واحد نجومی و در نمودار سمت راست در فاصله‌ی بیشتر از ۱۵۰ واحد نجومی است. نکته‌ی قابل‌توجه دیگر در مورد این اجرام این است که حرکت مداری آن‌ها از جنوب به شمال است که این موضوع خطای مشاهداتی این اجرام را کم می‌کند.
این محققان برای کشف منشأ به‌وجود‌آمدن این تجمع، شبیه‌سازی‌های گسترده بر این اجرام انجام می‌دهند تا ببینند کدام‌یک تحت تأثیر نیروی گرانشی اجرام بزرگتر (مثل نپتون یا اجرام دیگر) قرار گرفته و ناپایدار شده‌اند (شکل ۲). آن‌ها در این شبیه‌سازی‌ها، برای شش جرم کمربند کوییپر مورد بررسی که پایدارترند، تجمع فضایی نزدیک‌تری نیز می‌یابند. با انجام محاسبات نظری و شبیه‌سازی‌های بیشتر نتیجه‌گیری می‌کنند که به احتمال زیاد این پایداری و تجمع منشائی دینامیکی مانند یک سیاره دارد. آن‌ها نشان می‌دهند که مدار این سیاره ممکن است مدار اجرام کمربند کوییپر را نیز در نقطه‌ای قطع کند. جالب است بدانید که سیاره‌ی نپتون نیز از همین روش یعنی مشاهده‌ی اختلالاتِ به‌وجودآمده در مدار اورانوس کشف شده است.
شکل ۲. مشابه شکل ۱ برای داده‌های شبیه‌سازی‌شده با درنظرگرفتن منشأ اختلال‌گر (سیاره‌ی فرضی). رنگ‌ها نمایانگر مقادیر فرضی برای نیم‌قطربزرگ مدار بیضوی است. (قرمز مقادیر کوچک‌تر را نشان می‌دهد.)
تخمین‌ها نشان می‌دهند که سیاره‌ای با جرم ۱۰ برابر جرم زمین، در فاصله‌ی حضیض بیشتر از ۲۵۰ واحد نجومی، می‌تواند منشأ مشاهده‌ی تجمع اجرام کمربند کوییپر باشد. اگر چنین سیاره‌ای وجود داشته باشد، سحابی خورشیدی اولیه به احتمال زیاد بسیار وسیع بوده است. مسلما برای تایید وجود چنین سیاره‌ای، شواهد رصدی لازم است.
(۱) شناسه‌ی حضیض: زاویه‌ی بین گره‌ی صعودی در یک مدار و حضیض مدار است.
(۲) طول گره‌ی صعودی: همانند طول جغرافیایی، اندازه‌ی زاویه‌ای را نشان می‌دهد که از نقطه‌ی محل برخورد صفحه‌ی مرجع (مانند استوای سمایی) و مدار جرم آسمانی اندازه‌گیری می‌شود.
عنوان اصلی مقاله: Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System
نویسنده: Konstantin Batygin and Michael E. Brown
این مقاله در Astronomical Journal منتشر شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: http://arxiv.org/abs/1601.05438
گردآوری: آزاده کیوانی
