La hipótesis del Planeta Nueve

Traducción a Español del artículo «The Planet Nine hypothesis», escrito por el profesor Mike Brown y publicado originalmente en Inglés en: https://physicstoday.scitation.org

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El supuesto planeta explica las similitudes en las órbitas de una colección de objetos en el lejano cinturón de Kuiper.

Mike Brown es un profesor de astronomía planetaria en Caltech en Pasadena, California.

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En 1820 Alexis Bouvard, el director del Observatorio de París, hizo lo que podría haber sido un gran descubrimiento. El planeta Urano, cuya posición había rastreado hace 130 años en antiguos catálogos de estrellas, no giró alrededor del Sol de la manera que él predijo. Viajó a lo largo de su órbita elíptica como se esperaba, pero a veces las antiguas observaciones sugerían que estaba un poco por delante de su posición prevista y a veces un poco por detrás. Bouvard pudo haberse dado cuenta de que había algo más allá de Urano, pero en cambio estaba convencido de que los viejos catálogos de estrellas estaban simplemente equivocados.

Veinte años más de cuidadosa observación mostraron que Urano aún se desviaba de su órbita prevista. Para 1840 se aceptó ampliamente que la razón probable de la discrepancia era que un planeta más distante estaba perturbando la órbita de Urano, a veces tirando de él un poco más rápido, a veces reteniéndolo. En los siguientes cinco años, el matemático francés Urbain Leverrier usó los datos de Bouvard para resolver la mecánica orbital. En una sola noche de búsqueda en 1846, el astrónomo Johann Galle descubrió a Neptuno a un solo grado de su posición prevista (véase el artículo de Deborah Kent, Physics Today, diciembre de 2011, página 46.)

Esa historia de predicción, discrepancia, nueva teoría y confirmación triunfal es clásica, y Leverrier se hizo famoso por ello; su estatua aún se encuentra en la Avenida del Observatorio en París hoy en día. Casi inmediatamente, la gente trató de predecir más planetas. En los últimos 173 años, docenas de científicos han utilizado algún tipo de supuesta discrepancia orbital para motivar el esfuerzo. Sus predicciones han sido invariablemente erróneas. El más famoso de ellos vino en los primeros años del siglo XX del hombre de negocios, matemático y astrónomo Percival Lowell, quien llamó “Planeta X” al planeta que él pensaba que estaba perturbando las órbitas de Urano y Neptuno.

Cuando Plutón fue descubierto en el Observatorio Lowell en 1930, se pensó que era el Planeta X. Los astrónomos ahora saben que Plutón es aproximadamente 0,03 % tan masivo como el Planeta X pronosticado. Después del paso del Voyager 2 de Neptuno en 1989, nuevos cálculos revelaron que los planetas gigantes estaban donde debían estar. No hay un Planeta X, después de todo.

Justo cuando nos estábamos olvidando de ese hipotético planeta, los astrónomos comenzaron a notar que el sistema solar exterior no está vacío, ni mucho menos. Miles de diminutos cuerpos helados orbitan alrededor del Sol justo más allá de los planetas conocidos. La mayoría de los objetos de esa región, ahora conocida como el cinturón de Kuiper, tienen órbitas ligeramente excéntricas. Son constantemente empujados y atraídos por la gravedad de los planetas, lo que produce intrincadas resonancias, vastas regiones inestables y una violenta dispersión gravitatoria. Una combinación de mecánica celeste analítica y poderosas simulaciones por computadora ha rastreado las influencias de los planetas a lo largo del cinturón de Kuiper y ha colocado los miles de objetos conocidos en el contexto del resto del sistema solar (véase mi artículo, Física Hoy, abril de 2004, página 49).

Todo está donde se supone que debe estar. Casi.

El descubrimiento de Sedna

En 2002 llevé a cabo una encuesta que descubrió un objeto ahora conocido como Sedna (véase Física hoy, junio de 2004, página 23). Tiene una órbita muy alargada que tarda 10.000 años terrestres en completarse. La extrema excentricidad es inusual, pero no sin precedentes. Un modesto número de objetos del Cinturón de Kuiper se han desviado demasiado cerca de Neptuno y han sido arrojados al sistema solar exterior. Si no son expulsados, regresan, y probablemente tendrán que volver a lidiar con Neptuno en el futuro. Lo sorprendente de la órbita de Sedna, sin embargo, es que nunca se acerca a Neptuno. En su aproximación más cercana al Sol, Sedna está dos veces y media más lejos que Neptuno. Su extraña órbita no puede ser culpa de Neptuno; tiene que haber otra explicación.

En el momento del descubrimiento de Sedna, Chadwick Trujillo (por entonces en el Observatorio Géminis), David Rabinowitz (Universidad de Yale) y yo sugerimos que la órbita de Sedna fue probablemente modificada por una estrella pasajera a principios de la historia del sistema solar, cuando el Sol todavía habría sido parte del cúmulo de estrellas en el que nació. La proximidad de potencialmente miles de estrellas podría haber dado a Sedna un empujón suficiente para alejar su órbita de la de Neptuno. Cuando el cúmulo de estrellas se dispersó, Sedna habría quedado como un registro fósil del pasado lejano. Pero en 2012 el astrónomo brasileño Rodney Gomes señaló que Sedna y otros similares podrían ser la consecuencia natural de un planeta masivo distante.

Otra extraña propiedad de objetos tan distantes fue señalada por Trujillo y Scott Sheppard (Instituto Carnegie para la Ciencia) en 2015. Observaron que, cuando los objetos con órbitas extremadamente alargadas están en los puntos más cercanos al Sol, se mueven preferentemente desde abajo del plano del sistema solar hacia arriba. Especularon que un planeta distante puede ser de alguna manera responsable, pero ninguna simple perturbación puede causar tal comportamiento. Desconcertados, muchos astrónomos asumieron que, aunque el cúmulo parecía estadísticamente robusto, era de alguna manera una simple casualidad.

Vistos desde la dirección del polo norte del sistema solar, casi todos los objetos estables del sistema solar exterior tienen órbitas que se agrupan en una dirección. Esas órbitas también están inclinadas en la misma dirección, lo que es evidente por el grosor de las líneas; las líneas más delgadas y débiles denotan cuando las órbitas están por debajo del plano del sistema solar. La elipse amarilla es nuestra mejor estimación de la órbita actual del Planeta Nueve. Un cuerpo masivo en una órbita excéntrica forzará a una población de órbitas distantes a estar en su mayoría antialineada a su dirección.

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Las piezas de ese rompecabezas encajaron en 2016, cuando Konstantin Batygin y yo nos dimos cuenta de que cuando se ven correctamente, todos los objetos más alargados apuntan y están inclinados en la misma dirección. En cuanto a los elementos orbitales, se agrupan en la longitud del perihelio y en el polo. Tal agrupación no debería persistir; sin nada que mantenga las órbitas en su lugar, la precesión diferencial aleatorizaría sus longitudes y posiciones de polos en unos escasos 100 millones de años.

Batygin y yo nos dimos cuenta de que un planeta masivo, distante, excéntrico e inclinado produciría exactamente ese resultado. También explica la confusa agrupación. Habíamos encontrado un efecto en el distante cinturón de Kuiper que podía ser causado por perturbaciones de un planeta gigante y distante. Así nació la hipótesis del Planeta Nueve (véase Física hoy, abril de 2016, página 23).

En los tres años desde la publicación original de la hipótesis, hemos llegado a un entendimiento mucho más detallado de cómo el Planeta Nueve podría afectar al sistema solar exterior. En una sofisticada comparación de las observaciones del sistema solar con las simulaciones numéricas, encontramos que la mejor coincidencia es un supuesto Planeta Nueve que tiene aproximadamente seis veces la masa de la Tierra, inclinado con respecto a la eclíptica por un poco menos de 20 grados, y en una órbita moderadamente excéntrica a unas 400 veces más de distancia del Sol que la Tierra (véase la figura).

Sorprendentemente, no se ha presentado ninguna hipótesis alternativa para explicar las observaciones de la agrupación orbital. Si las observaciones son fiables, parece que el Planeta Nueve es probablemente real. Pero, ¿lo son? Los astrónomos siempre se preocupan por el sesgo de observación. Por ejemplo, si un observador mirara en una sola dirección en el cielo, todos los objetos distantes que se encontraran allí parecerían estar inclinados en esa dirección. Corregir ese efecto ha resultado ser un reto para los resultados de las encuestas que se han hecho, pero finalmente tenemos la respuesta. Nuestro metaanálisis recientemente publicado de todos los descubrimientos previos de objetos del cinturón de Kuiper muestra solo un 0,2 % de probabilidad de encontrar que la agrupación extrema en el distante cinturón de Kuiper es el resultado del sesgo y la casualidad.

Aunque el análisis estadístico es convincente, el planeta aún está por encontrar. A su distancia extrema, el Planeta Nueve será casi invisible, pero no demasiado invisible para nuestros mejores telescopios. Nosotros y varios otros grupos estamos usando nuestras predicciones para rastrearlo. Hemos fallado en igualar el registro de un descubrimiento de un planeta en una noche por Leverrier y Galle, pero confiamos en que dentro de unos pocos años un astrónomo en algún lugar encontrará un punto de luz tenue y de movimiento lento en el cielo nocturno y anunciará triunfalmente el descubrimiento de otro nuevo planeta en nuestro sistema solar.

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[Nota del Traductor]

Traducción científica

Esta traducción ha sido realizada por Pedro J. Gómez, ingeniero y traductor de Inglés a Español y aficionado a la astronomía. Pedro colabora en la traducción de informes científicos, artículos científicos y manuales técnicos.