احتمال وجود پدیده‌ای به جز سیاره نهم در لبه بیرونی منظومه شمسی

نظریه‌‌ای محبوب بین ستاره‌شناسان این است که یک شی دیده‌ نشده باعث تغییر وضعیت مدارهای اجرام آسمانی شده است که به شکل متفاوتی از سایر اجرام در حال گردش در مدار خود هستند. ازاین‌رو آن‌ها حریصانه به جستجوی این جرم آسمانی ناشناخته که به سیاره نهم معروف شده‌ است، برآمده‌اند. اما اکنون فیزیک‌دانان نظریه‌ی جایگزینی ارائه کرده‌اند، نطریه‌ای که گمان می‌رود احتمال نزدیکی آن به واقعیت بیشتر باشد.

دو فیزیک‌دان به نام‌های آنترانیک سفیلیان از دانشگاه کمبریج در انگلستان و جیهاد توما از دانشگاه آمریکایی بیروت در لبنان معتقدند آن چیزی که باعث نوسانات این اجرام در مدار خود می‌شود نه جرمی بزرگ، بلکه ناشی از ترکیب نیروی جاذبه‌ی چند جرم آسمانی کوچک‌تر متعلق به کمربند کویپر، ملقب به اجرام فرانپتونی یا به اختصار NTO، است.

شاید این نظریه برای شما آشنا باشد، دلیل آن این است که سفیلیان و توما اولین افرادی نیستند که چنین توضیحی برای این مسئله ارائه داده‌اند، اما اولین افرادی هستند که محاسبات آن‌ها توانسته است ویژگی‌های غیرعادی مدارهای این اجرام را توضیح دهد، آن هم در شرایطی که تاثیر هشت سیاره‌ی دیگر منظومه‌ی شمسی در محاسبات لحاظ شده است.

نظریه‌ی وجود یک سیاره‌ی نهم برای اولین‌بار در یکی از مطالعات سال ۲۰۱۶ ارائه شد. ستاره‌شناسانی که مشغول بررسی یک سیاره‌ی کوتولو متعلق به کمربند کویپر بودند، متوجه مدارهای عجیب چند جرم ماورای نپتونی شدند، مدارهایی که اصلا شبیه به مدار دیگر اجرام کمربند کویپر نبود، به نحوی که به نظر می‌رسید این اجرام تحت تاثیر نیروی جاذبه‌ی غول گازی منظومه‌ی شمسی، یعنی خورشید، قرار نداشتند و به بیان دیگر جداافتاده بودند.

اما مدار این شش جرم آسمانی همگی به مانند یکدیگر دستخوش تغییر شده بود به صورتی که به نظر نمی‌رسید این موضوع اتفاقی باشد. درواقع این طور به نظر می‌رسید که مدار آن‌ها تحت تاثیر جرم دیگری به یک سو کشیده شده بود. طبق شبیه‌سازی محققان یک جرم بزرگ، مانند یک سیاره‌ که تا پیش از این شناسایی نشده بود، می‌توانست چنین کاری انجام دهد.

اما تاکنون این سیاره رصد نشده است، البته این موضوع خیلی هم عجیب نیست، چرا که شناسایی یک شی تاریک که در فاصله‌ای بسیار دور قرار دارد چالش‌های فنی زیادی ایجاد می‌کند، به‌خصوص اینکه نمی‌دانیم این سیاره در هر لحظه کجا ممکن است قرار داشته باشد. اما عدم توانایی ستاره‌شناسان در رصد این جرم باعث شده آن‌ها به‌دنبال نظریه‌های دیگری نیز بروند.

نظریه‌ی سیاره‌ی نهم بسیار شگفت‌انگیز است، اما اگر این سیاره‌ی فرضی وجود داشته باشد،‌ باید اعتراف کنیم تا به حال به خوبی خود را از ما پنهان کرده است.

سفیلیان با گفتن این سخن می‌افزاید که او و تیم تحقیقاتی او می‌خواستند ببینند که آیا برای توضیح مدارهای عجیب اجرام فرانپتونی نظریه‌ای که کم‌تر دراماتیک باشد وجود دارد یا نه.

سفیلیان اضافه می‌کند:

ما با خود فکر کردیم به‌جای دنبال کردن یک سیاره‌ی فرضی نهم و سپس بررسی ساختار احتمالی عجیب و مدار عجیب‌تر آن، بهتر نیست که تاثیر جاذبه‌ی تمام اجرام کوچکی که در آن سوی مدار نپتون قرار دارد و چیزی شبیه به یک دیسک را تشکیل داده‌اند را در محاسبات خود وارد کنیم؟

برای رسیدن به این هدف، محققان یک مدل رایانه‌ای متشکل از اجرام فرانپتونی جداافتاده به همراه تمام سیارات منظومه‌ی شمسی (و نیروی جاذبه‌ی آن‌ها) و دیسک حاوی اجرام ریز آسمانی در آن سوی مدار نپتون را شبیه‌سازی کردند. آن‌ها با تغییر دادن برخی ویژگی‌های مدل مانند جرم، خروج از مرکز مداری و موقعیت دیسک توانستند مدارهای خوشه‌ای اجرام فرانپتونی جداافتاده را بازآفرینی کنند.

سفیلیان در این مورد توضیح می‌دهد:

اگر شما سیاره‌ی نهم را از مدل حذف کنید و در عوض تعداد بسیار زیاد اجرامی که در یک محیط وسیع پراکنده شده‌اند را در محاسبات وارد کنید، مجموع نیروهای جاذبه‌ی بین این اجرام به‌راحتی می‌تواند مدارهای ‌برون‌مرکزی برخی از اجرام فرانپتونی را توضیح دهد.

شبیه‌سازی انجام گرفته توسط سیفیلیان و توما مشکل محققان دانشگاه کلرادو که برای اولین‌بار نظریه‌ی گرانش جمعی را مطرح کردند را به آسانی حل می‌کند. با اینکه محاسبات آن محققان با موفقیت توانسته بود تاثیر نیروهای جاذبه‌‌ای بر اجرام فرانپتونی را توضیح دهد، اما در توضیح این مسئله که چرا مدار همه‌ی آن‌ها به یک سو کج شده است، ناکام مانده بود.

اما جدا از تمامی این مسائل هر دو نظریه دارای یک ایراد اساسی هستند: برای اینکه شبیه‌سازی‌ها بتوانند ویژگی‌های مشاهده شده در این اجرام و مدار آن‌ها را توضیح دهند، جرم کمربند کویپر باید چند برابر جرم زمین باشد تا نیروی گرانش جمعی لازم تولید شود. بااین‌حال ارزیابی‌های فعلی، جرم کمربند کویپر را در حدود ۴ تا ۱۰ درصد جرم زمین برآورد می‌کند.

اما طبق مدل‌های تشکیل منظومه‌ی شمسی جرم این کمربند باید بیشتر باشد، از طرف دیگر سفیلیان به این نکته اشاره می‌کند که دیدن تمامی دیسک متشکل از اجرام ریزی که در اطراف یک ستاره تشکیل شده است وقتی که شما در داخل آن دیسک قرار دارید بسیار سخت است. بنابراین این احتمال وجود دارد که کمربند‌ کویپر اجرام بیشتری در خود جای داده باشد.

سفیلیان درنهایت این طور می‌گوید:

ما مدارک عینی مستقیمی از بزرگی و جرم کمربند کویپر نداریم، همان‌طور که شواهد مستقیمی از وجود سیاره‌ی نهم نیز در اختیار نداریم، به همین دلیل است که ما در حال بررسی دیگر احتمالات هستیم. همچنین این احتمال وجود دارد که هر دو نظریه درست باشد، یعنی هم یکی دیسک بزرگ و هم یک سیاره وجود داشته باشد. با کشف هر جرم فرانپتونی جدید به شواهد جدیدتری دست پیدا می‌کنیم که درنهایت می‌تواند به ما در توضیح رفتار این اجرام کمک کند.