Vår mystiska granne Planet 9

I början av 2016 föreslog de två astronomerna Mike Brown och Konstantin Batygin vid Caltech (California institute of technology) i Pasadena, USA, att solsystemet har en nionde planet långt bortom de övriga. Nej, inte Pluto, för det är definitivt ingen planet. I stället skulle det röra sig om en riktig jätte, vars massa är mellan 10 och 20 gånger jordens och vars bana ligger ännu längre bort än Plutos.

Den evidens de lägger fram går ut på att förstå banorna för de mest avlägsna bland de små himlakropparna bortom solsystemets yttre planeter. Dessa verkar linjera upp sig i ett gemensamt mönster på ett sätt som i förstone tycks oförklarligt. Men Brown och Batygin menar att förklaringen kan ligga i gravitationen hos denna avlägsna jätteplanet, när den rör sig i en lutande och starkt elliptisk bana.

Det här är en spännande möjlighet. Mycket teleskoptid ägnas nu åt att söka efter ”Planet nio”, som den brukar kallas. Samtidigt gömmer sig ett dilemma här. Det är inte alls klart att den möjliga planetens märkliga bana stämmer med den bild vi har av solsystemets ursprung.

Vi astronomer utgår från att solsystemet har utvecklats ur en roterande skiva av gas och stoft som kallas solnebulosan. Ur detta urmaterial koncentrerades de åtta planeter och otaliga mindre himlakroppar som vi har i dag. Men det solsystem vi ser avviker betydligt från vad enkla teorier kan förklara. Framför allt verkar de två yttersta jätteplaneterna, Uranus och Neptunus, inte kretsa där de borde ha kunnat bildas, utan mycket längre bort från solen. Men allt kan falla på plats ifall det ursprungliga planetsystemet var litet och tätt. Tanken är att det system vi ser nu uppstod senare, ur en period av kaos, när jättarna kom ur kurs och med sin tyngdkraft slungade varandra in i än den ena, än den andra banan.

Teorin om detta utvecklades för mer än tio år sedan vid observatoriet i Nice och kallas därför Nice-modellen (se också F&F 6/2011). Den vilda tiden, när solsystemet omstöptes, är modellens kärna, och konsekvenserna är många. Olika fenomen i solsystemets historia kan elegant få sin förklaring genom Nice-modellen.

Ett fenomen som förklaras mycket bra av Nice-modellen kallas det sena, stora bombardemanget. Utforskningen av månen har visat att den genomgick en våldsam tid för cirka fyra miljarder år sedan. Då drabbades månen av en oerhörd mängd nedslag från kometer eller asteroider. Det kraterlandskap som visar sig när vi studerar månen i teleskop härrör i huvudsak från denna tid, och de jättelika, lavafyllda bassänger som kallas månhaven gröptes ur av de största bland dessa nedslag.

Tiden för bombardemangets början debatteras, men det förefaller ha varat endast ett par hundra miljoner år och slutade ganska abrupt.

Men det står också klart att månen själv är mycket äldre. Planeternas födelse dateras till cirka 4,5 miljarder år sedan, och detta gäller även jorden och månen. Följaktligen existerade månen i nästan en halv miljard år före den vilda tid vi anar i dess kraterlandskap. Det är svårt att säga med säkerhet hur lugn eller vild månens första tid var, och alla forskare är som sagt inte överens. Men bilden av det sena, stora bombardemanget som en tillfällig episod har blivit gängse. Då krävs det en förklaring till att en skur av kometer och asteroider förekom under just denna tid, och Nice-modellen erbjuder en sådan: Mindre himlakroppar skulle kastas ur sina banor av de bångstyriga jätteplaneterna under den tid då dessa ändrade sina banor, och många skulle kollidera med månen.

Detta ger oss också en datering för jätteplaneternas vilda tid. Den skulle ha behövt inträffa för fyra miljarder år sedan, då månen härjades av nedslag.

Nice-modellen kan också hjälpa till att förklara Planet nio, även om den inte räcker riktigt ända fram. Om Brown och Batygin har rätt, pendlar planeten mellan minsta och största avstånd från solen på grovt räknat 200 respektive 1 200 gånger avståndet mellan solen och jorden. Banan skulle vara belägen i ett plan som lutar cirka 30 grader mot jordens banplan. Vilket ursprung kan en sådan planet ha? Enligt all den kunskap vi har är det orimligt att tro att den har bildats i sin nuvarande bana.

Faktum är att inget säger att solsystemet måste ha fötts med enbart de fyra jätteplaneter som vi nu känner till: Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Under den vilda tiden, då jättarna ”spelade biljard” med varandra, kan en femte planet ha kastats ut till en bana med mycket större omfång. Är detta Planet nio? Ja möjligen, men då krävs ett ingrepp som själva Nice-modellen inte kan erbjuda. Planet nio kan inte ha kastats in i en så avlägsen bana endast av de andra jätteplaneterna.

Den felande länken skulle kunna vara en annan stjärna, som passerade på nära håll vid samma tid då Planet nio sparkades ut eller strax efteråt. En förbipasserande stjärna kan ha ökat avståndet mellan solen och banan för Planet nio genom sin tyngdkraft. Problemet är bara att andra stjärnor ytterst sällan kommer tillräckligt nära solen. Vi blir alltså tvungna att tänka oss tillbaka till solsystemets verkliga barndom. Solen föddes i en stjärnhop, och en annan hopmedlem kan mycket väl ha kommit nära nog.

Frågan är hur länge det dröjde innan solen lämnade sin födelsehop. Kan det ha varit så sent som vid det sena, stora bombardemanget? Vi har ingen chans att datera denna händelse annat än med hjälp av statistik, eftersom hopen i fråga kan vara upplöst sedan länge och alltså inte kan observeras.

På Uppsala-observatoriet har vi närt tanken att solen kan ha bildats i den kända, stora hopen Messier 67 (M67), eftersom det finns en påfallande likhet mellan solens kemiska sammansättning och den som har observerats hos stjärnor i M67. Men om solen verkligen föddes i M67 är än så länge omöjligt att veta.

Med hjälp av observationer av stjärnhopar kan man uppskatta dels hur stor födelsehopen kan ha varit, dels hur snabbt stjärnor av solens massa tenderar att stanna kvar beroende på hopens storlek. Statistiken talar då för en ganska kort tid. Om planeternas vilda tid ska ha inträffat under detta korta intervall, måste den ha inträffat långt före det sena, stora bombardemanget.

Här har vi dilemmat. Inom ramen för Nice-modellen kan vi förstå dels hur Planet nio kan ha fått sin nuvarande bana, dels hur det sena, stora bombardemanget uppstod, men troligen inte båda två på samma gång. Samtidigt tycks Nice-modellen vara den enda möjliga förklaringen i bägge fallen, så det verkar som om bara det ena fenomenet kan vara sant. Om Planet nio verkligen existerar måste vi troligen överge idén om det stora bombardemanget som en kortvarig episod.

Naturligtvis måste astronomer söka efter Planet nio. Så länge ingen har sett den, kan man inte veta om den finns. Den dag den eventuellt upptäcks kommer mycket att förändras. Solsystemet har då återigen nio planeter. Och Brown och Batygin blir nog kandidater till Nobelpriset i fysik.

Den vilda tid som Nice-modellen föreskriver skulle då ha behövt inträffa medan solen var kvar i sin födelsehop. Om det kan visas att månen kontinuerligt bombarderades alltifrån sin födelse och inget särskilt hände för fyra miljarder år sedan, kan vi lugnt utgå från att födelsehopen var av det vanliga, kortlivade slaget och att den vilda tiden inträffade tidigt.

Men om å andra sidan bevisen hopar sig för det sena, episodiska bombardemanget, så måste allt ha inträffat sent och solen måste ha bildats i en mycket stor hop, som levde länge. Detta är statistiskt mindre sannolikt men kan inte uteslutas.

Skulle argumenten för en långlivad födelsehop utifrån Planet nio och det sena, stora bombardemanget hålla, så kunde det vara ett oberoende stöd för hypotesen att solen föddes i stjärnhopen M67.

Lösningen på problemen med Planet nio och månbombardemanget är mycket viktig och kan ge oss en väsentligt klarare bild av solsystemet och dess plats i vår galax.