¿Existe realmente el Planeta Nueve?      

Si esta hipotética súper Tierra se esconde en el Sistema Solar exterior, deberíamos verla pronto.

Por David L. Chandler. Revista Astronomy.

Traducción y comentarios: Jesús A. Guerrero Ordáz, ALDA. 

        Cuando era niño, me enseñaron que había nueve planetas en el Sistema Solar. Todo eso cambió en 2006, cuando la Unión Astronómica Internacional votó degradar el estatus de Plutón al de planeta enano. Pero ahora, existe la posibilidad de que dentro de un año o dos, el Sistema Solar pueda volver a contar con nueve planetas oficiales y de pleno derecho.

        El recién llegado que reemplaza a Plutón actualmente se conoce como "Planeta Nueve". Si finalmente aparece, recibirá el honor de un nombre real, pero hasta ahora, la evidencia de este planeta hipotético es totalmente indirecta. Así como muchos de los miles de planetas conocidos que orbitan alrededor de otras estrellas se han encontrado observando sus efectos gravitacionales, en lugar de viéndolos realmente, el Planeta Nueve ha sido identificado gracias a la forma en que aparentemente ha estado tirando de una variedad de cuerpos pequeños en el Sistema Solar exterior y haciendo que sus órbitas sigan patrones de sincronía. Si existe, el Planeta Nueve orbita alrededor del Sol a una distancia promedio de alrededor de 550 unidades astronómicas (UA), o 550 veces la distancia que separa la Tierra del Sol. Los astrónomos también creen que tiene entre cinco y diez veces la masa de la Tierra.

        Algunos astrónomos creen que el conjunto de pruebas ya es abrumador. Otros no están convencidos. Pero este debate, que dura ya casi una década, está llegando a un punto crítico: se pondrá en funcionamiento un nuevo observatorio que debería dar a los astrónomos la oportunidad de encontrarlo. Si el Planeta Nueve existe, la oportunidad de verlo puede estar a la vuelta de la esquina.

Órbitas extrañas.

        La historia del Planeta Nueve comienza con rarezas en las órbitas de objetos del Sistema Solar.

        En 2016, los astrónomos de Caltech Michael Brown y Konstantin Batygin informaron sobre seis cuerpos pequeños en el Sistema Solar exterior que tenían órbitas extrañas y anómalas.

        Estos seis objetos, que orbitan mucho más allá de Neptuno, son miembros de la categoría de los llamados objetos transneptunianos extremos (ETNO), que orbitan en promedio 150 veces más lejos que la distancia que hay entre el Sol y la Tierra. Entre la media docena se encuentra el primer ETNO conocido, el planeta enano Sedna. Las seis curiosidades que identificaron Brown y Batygin tienen órbitas elípticas alargadas cuyos perihelios (sus puntos más cercanos al Sol) parecen estar alineados, aunque los investigadores esperarían que estuvieran distribuidos aleatoriamente. Es más, sus planos orbitales están todos inclinados unos 18° con respecto al plano de los planetas del Sistema Solar y, sin embargo, sus perihelios caen casi exactamente en ese plano. “Esa agrupación, ese confinamiento, requiere algún tipo de atracción gravitatoria”, dice Batygin.

        Las trayectorias de estos ETNO, argumentaron los dos, podrían explicarse mejor por la influencia de un gran planeta que orbita en una órbita altamente elíptica mucho más allá de Neptuno. En los años transcurridos desde esa propuesta original, se han encontrado ETNO adicionales que muestran esta misma agrupación orbital, lo que eleva el número a 14. Sin la influencia de otro gran planeta, dice, “si los dejáramos ir, se desalinearían en precesión”, terminando en la distribución aleatoria esperada.

        La tercera línea de evidencia provino de una población separada de asteroides inusuales. Sus órbitas son casi perpendiculares al plano del Sistema Solar. “Nadie había podido explicar” estas órbitas extrañas, dice Brown, “y son, nuevamente, una consecuencia muy natural del Planeta Nueve”. Además, hay una población de más de una docena de asteroides dentro del grupo conocido como Centauros (asteroides que orbitan entre Júpiter y Neptuno) con órbitas muy inclinadas, orbitando el Sol en la dirección opuesta a los planetas y la mayoría de los otros asteroides.

        “Esta es otra población de cuerpos que surge naturalmente de la hipótesis del Planeta Nueve”, dice Batygin. En conjunto, estas anomalías no pueden “explicarse con la comprensión convencional de cómo se formó y evolucionó el Sistema Solar”, dice Batygin.

Preguntas sobre agrupamiento

        La hipótesis inicial fue recibida con escepticismo. Al menos otros dos grupos que han descubierto ETNO adicionales han concluido que el aparente agrupamiento no alcanza el nivel de una anomalía estadística. En cambio, puede ser simplemente el resultado de nuestra capacidad limitada para encontrarlos. Debido a que los ETNO están en órbitas tan extremas, solo pueden detectarse cuando están cerca de su perihelio (su punto más cercano al Sol); de lo contrario, están demasiado distantes y son débiles. Y los telescopios terrestres que realizan búsquedas de estos objetos tienen limitaciones en cuanto a dónde pueden observar en el cielo. Samantha Lawler, astrónoma de la Universidad de Regina, Saskatchewan, fue coautora de uno de estos estudios, basado en un proyecto llamado Outer Solar System Origins Survey (OSSOS, Estudio de los orígenes del Sistema Solar Exterior).

        “Nuestros datos para estos objetos más extremos son completamente consistentes con una distribución aleatoria”, dice, y por lo tanto no requieren ninguna explicación especial como un planeta adicional. “Realmente no creo que haya ninguna agrupación”, agrega. Otro estudio que utilizó datos del Dark Energy Survey, “que fue completamente independiente de nosotros, también encontró lo mismo”, dice Lawler. “Así que son dos estudios en los que hicimos un seguimiento muy cuidadoso de los sesgos, y ninguno de los dos ve la evidencia allí”.

        Pero ella y sus colegas todavía están buscando, señala. Son parte de un estudio en curso que utiliza el Telescopio Canadá-Francia-Hawái en Maunakea, Hawái, “donde estamos tratando específicamente de encontrar los objetos extremos del Cinturón Kuiper más distantes que podamos, en direcciones uniformes alrededor del Sistema Solar. Así que la idea es probar la agrupación”.

Telescopio Canadá-Francia-Hawái, en Maunakea, Hawái.  

        Debido a que ambos estudios no lograron confirmar la agrupación, involucraron pequeñas cantidades de objetos (cada uno solo encontró cuatro ETNO). El estudio de su equipo ha sido criticado por datos insuficientes. “La crítica que hemos recibido del grupo [de Brown y Batygin] es que no hemos encontrado suficientes objetos extremos del Cinturón de Kuiper”, dice Lawler. De los cuatro que encontramon, dos eran consistentes con la agrupación sugerida, uno era perpendicular a la línea de ese cúmulo y el otro estaba a 180° de distancia. “Por lo tanto, de los cuatro que descubrimos, dos estaban completamente fuera de la agrupación. Por lo tanto, estadísticamente eso es consistente con una distribución uniforme”, dice.

Nuevas líneas de evidencia.

        El año pasado, Brown y Batygin, junto con tres coautores, publicaron una investigación en The Astrophysical Journal Letters citando nuevas líneas de evidencia en apoyo de la hipótesis del Planeta Nueve. Esperan que la pregunta se responda de una vez por todas dentro del próximo año.

        El nuevo trabajo descubrió que no son solo los objetos en el Sistema Solar exterior los que se ven perturbados por la gravedad de este distante planeta gigante. Según cientos de miles de simulaciones de órbitas de asteroides y su evolución, descubrieron que también debería haber un efecto claramente discernible en los asteroides que orbitan dentro de la órbita de Neptuno.

        Todo es parte, dice Batygin, de la forma en que "los planetas gigantes juegan al fútbol con estos objetos más pequeños". En este juego, Neptuno es el portero. De vez en cuando, los objetos del Cinturón Kuiper se ven perturbados por algún encuentro aleatorio y enviados hacia el interior, pero la influencia de la gravedad de Neptuno - el primer planeta gigante que encontrarían en su viaje hacia el interior - tiende a atraparlos y evitar un mayor avance. Al final, al permanecer demasiado cerca de la órbita de Neptuno, estos objetos serán expulsados ​​del Sistema Solar. Esto debería crear una caída brusca en la población de objetos con órbitas alargadas a medida que nos acercamos al Sol más que a Neptuno, ya que este último se interpone en el camino.

        Pero si el Planeta Nueve está más lejos y constantemente dispara a portería, perturbando más objetos del Cinturón Kuiper y enviándolos hacia adentro todo el tiempo, entonces Neptuno simplemente no puede seguir el ritmo y algunos lo lograrán. "En consecuencia", dice Brown, "si el Planeta Nueve existe, debería haber una población bastante uniforme de objetos que tienen una distancia de perihelio entre las órbitas de Urano y Neptuno e incluso más allá".

        Y eso es exactamente lo que encontraron cuando analizaron las órbitas de aproximadamente una docena de ETNO. “Con un análisis bastante bueno y difícil de rebatir, demostramos que definitivamente se trata de una población uniforme que llega hasta Urano y más allá, y no se detiene en Neptuno”, afirma Brown.

        Batygin afirma que “un Sistema Solar sin el Planeta Nueve es incompatible con estos datos a nivel de cinco sigma”, lo que significa que las probabilidades son de 3,5 millones a 1 en contra. Por otro lado, afirma, “una simulación del Sistema Solar que incluya al Planeta Nueve es indistinguible de los datos reales”.

Orbita de 96 de 109 objetos transneptunianos extremos (ETNO) conocidos hasta enero de 2021. Los puntos más lejanos de sus órbitas son mayores a 200 veces la distancia entre el Sol y la Tierra (1 AU). Las órbitas coloreadas en rojo son los ETNO alineados con el hipotéticos Planeta Nueva. Las órbitas en azul son los objetos en anti-alineación. Las órbitas en marrón son aquellos objetos que se acercan a la órbita de Neptuno. La órbita del hipotético Planeta Nueve se muestra en amarillo. Crédito: NRCODE/Wikimedia.

¿Hay algo ahí fuera?

        Brown admite que ninguna de las líneas de evidencia por sí sola proporciona una prueba de la existencia del Planeta Nueve. Pero todas estas diferentes anomalías requieren una explicación, y el concepto del Planeta Nueve las une a todas en una única imagen coherente. Sin el Planeta Nueve, cada una requeriría una explicación individual, que nadie ha propuesto todavía de forma coherente, dice. Y aunque algunos astrónomos son escépticos sobre la aparente agrupación que formó la base de la hipótesis inicial del Planeta Nueve, Lawler, que es uno de esos escépticos, admite que algunas de las características de esas órbitas distantes, incluidas algunos de estos hallazgos más recientes, no se pueden explicar fácilmente.

        "Creo que hay mucha distribución orbital en el Cinturón Kuiper que no podemos explicar actualmente", dice. "No se puede explicar solo con Neptuno. Hay otra física en juego. Parte de esto se puede explicar por las mareas galácticas”, que provienen del efecto gravitacional del movimiento oscilatorio del Sistema Solar por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea a medida que nuestro Sol orbita el centro de la galaxia. “Pero algo de esto… tiene que haber algo ahí afuera que aún no hemos descubierto”, dice. ¿Qué otra cosa podría ser? Algunos investigadores han sugerido los efectos gravitacionales de una estrella que pasó cerca hace mucho tiempo. Otros imaginan una distribución desigual de objetos en el Cinturón Kuiper que quedaron del enorme disco de escombros que formó el Sistema Solar. Y otros piensan que tal vez exista un noveno planeta mucho más cercano y menos masivo, aproximadamente del tamaño de Marte en lugar de cinco a diez veces la masa de la Tierra.

        “Hay un montón de teorías diferentes”, dice. Es cierto que la hipótesis del Planeta Nueve puede unir varios tipos diferentes de hallazgos anómalos en una única y simple explicación, coincide. “Eso es maravilloso; sería genial. Pero la línea de evidencia original para el Planeta Nueve es esta agrupación, de la que no creo que haya evidencia… No creo que el Planeta Nueve en esa configuración exacta sea algo que vayamos a encontrar”, dice Lawler.

Estimación de las características físicas del hipotético Planeta Nueve, comparadas con las de la Tierra, Urano y Neptuno.

Crédito: Wikimedia.

        Brown dice que aunque los resultados de su última investigación no son tan obvios como la similitud de órbitas que desencadenó la propuesta de un planeta en primer lugar, sí respaldan los parámetros del Planeta Nueve planteados inicialmente. “Aunque los resultados de este artículo no son tan dramáticos como la gran agrupación de objetos en el Sistema Solar exterior, son bastante irrefutables”, insiste. “No hay forma de tener los resultados que obtuvimos sin que haya algún tipo de planeta gigante ahí fuera”.

Poniéndolo a prueba.

        El análisis de las órbitas anómalas permitió a Brown y Batygin calcular la órbita probable del Planeta Nueve. Desde entonces, han estado buscando la parte del cielo donde es más probable que se encuentre.

        En un segundo artículo, más reciente, el año pasado, junto con el coautor Matthew Holman del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, realizaron una búsqueda exhaustiva utilizando la base de datos del sondeo Pan-STARRS. Combinando los resultados de búsquedas anteriores, dicen que ahora han descartado el 78 por ciento de las posibles ubicaciones en las que podría estar el planeta gigante. "Podemos hacer conjeturas bastante buenas", dice Batygin, "pero no podemos predecir dónde está en su órbita". Eso es diferente de la forma en que el astrónomo francés Urbain Le Verrier pudo predecir la posición precisa de Neptuno en 1846, lo que llevó casi de inmediato a su descubrimiento.

        Pero hay esperanza en el horizonte. Se espera que el Observatorio Vera C. Rubin, que está a punto de completarse en la cima de una montaña en Chile, entre en funcionamiento a finales de este año. Cuando lo haga, tomará imágenes de todo el cielo austral cada tres noches, utilizando la cámara digital más grande jamás construida.

Representación de telescopio de 8,4 metros del observatorio Vera C. Rubin. Su cámara de 3.200 megapixeles realizará una toma del cielo cada tres días. Crédito: LSST Project Office.

        El Planeta Nueve debería ser detectable por ese telescopio. Pero requeriría un ajuste en el protocolo de observación planificado para extender el sondeo del telescopio más al norte de lo previsto, dice Brown, y eso aún no se ha decidido. Si el observatorio hace la modificación, dice que debería detectar el Planeta Nueve, a menos que se encuentre en el extremo de su distancia prevista o en su mínimo brillo.

        “Hay algunas razones para pensar que podría estar más lejos de lo que predijimos inicialmente”, dice Brown, “y en ese caso, el telescopio Vera Rubin tampoco podrá rastrearlo, y me deprimiré”. Pero si se encuentra casi en cualquier lugar a lo largo de la trayectoria predicha y no es extraordinariamente oscuro, debería aparecer a la vista, probablemente durante el primer año de funcionamiento de Rubin, dice Brown.

        Incluso si el planeta en sí no se ve directamente, Rubin podría proporcionar nuevas pruebas. “Una cosa buena de Rubin es que, tanto si se encuentra el Planeta Nueve como si no, pondrá fin a cualquier duda sobre si hay agrupamiento”, dice Brown. “Se descubrirán muchos más objetos, y será bastante obvio que este agrupamiento es real”. El Planeta Nueve “es realmente la única explicación. No hay otras explicaciones para los otros fenómenos extraños que hay”, dice.

        Y si Rubin encuentra el planeta, probando su existencia y proporcionando una imagen de él, aunque sea solo como un punto de luz, ¿qué pasará entonces?

        “Lo que espero con ilusión no es solo el descubrimiento, sino lo que podamos hacer una vez que lo descubramos”, afirma Brown. “Lo estudiaremos con todos los telescopios del planeta y de otros lugares, y descubriremos si tiene lunas, si tiene anillos, qué tipo de atmósfera o superficie tiene, cuál es realmente su órbita completa. Y eso nos empezará a decir cosas sobre cómo llegó allí”.

        Los astrónomos se han sentido desconcertados por el descubrimiento de que otros sistemas estelares suelen contener planetas con masas entre las de la Tierra y Neptuno, llamados supertierras. Y, sin embargo, nuestro Sistema Solar no tiene un planeta así, lo que hace que las propiedades de toda esta clase de planetas abundantes sean relativamente desconocidas para nosotros. Encontrar el Planeta Nueve, que encaja perfectamente en ese rango, cambiaría todo eso. “Es nuestra oportunidad, en cierto sentido, de estudiar cómo podrían ser muchos de estos planetas que están alrededor de otras estrellas, un poco de cerca y en persona”, dice Brown.

        Y la comunidad científica querrá verlos más de cerca. “Habrá un gran incentivo para ir allí. Llevará un tiempo, está muy lejos”, a unas 400 a 800 UA de distancia, dice (una UA equivale a la distancia media entre la Tierra y el Sol, de 150 millones de kilómetros). “Pero, en cuanto determinemos su posición, creo que la emoción de enviar al menos una sonda rápida para tomar algunas fotografías de cerca será demasiado difícil de resistir”.

        Si finalmente se descubre el Planeta Nueve, como uno de los primeros que postuló su existencia, ¿tiene Brown alguna sugerencia para un posible nombre formal para este nuevo miembro del Sistema Solar?

        “No”, declara. “Como astrónomo observacional que tiene que quedarse despierto toda la noche y preocuparse por las nubes, soy una persona muy supersticiosa. Creo que la mayoría de los astrónomos lo son. Y una de mis supersticiones más arraigadas es que si propones un nombre, nunca lo encontrarás. Así que simplemente estamos esperando y viendo”.