最近,来自卡内基科学研究所的 Scott Sheppard、北亚利桑那大学的 Chad Trujillo 和夏威夷大学的 David tholo 在冥王星以外的遥远空间发现了一个新的天体,又一次界定了太阳系边沿。而这颗新天体的的存在,或能证明在冥王星外还存在一个更大的行星 Planet X,这颗行星甚至比地球还大。
这个新发现的天体名为 2015 TG387,10 月 2 日由国际天文学会的小行星中心对外公开,同时该矮行星的细节和相关研究收录在一篇发表于Astronomical Journal的论文中。
研究发现 2015 TG387 时,该小行星距离太阳约 80 天文单位 (AU)。1 个 AU 相当于地球和太阳之间的距离。而同一度量衡下,冥王星大约只有 34 个天文单位。也就是说,2015 TG387 与太阳之间的距离大约是冥王星相距太阳距离的 2.5 倍。
图 | 2015 TG387、2012 VP113、Sedna 与其他几个太阳系天体的轨道对比图。2015 TG387 拥有最长的轨道半长轴比,最远端可达到 2300 AU。(来源:卡内基科学研究所)
新发现的星体目前正在一个细长轨道上运行,远离太阳。我们通常把行星轨道上距离太阳最近的一点称为近日点,这个新天体的近日点超过 65 天文单位(AU),只有 2012 VP113 和 Sedna 拥有比 2015 TG387 更远的近日点,二者近日点分别为 80AU 和 76 AU。虽然 2015 TG387 拥有已知第三远的近日点,但它的轨道半长轴比 2012 VP113 和 Sedna 大得多,这意味着三者中唯有它可以到达非常远离太阳的地方,它的最远端一直延伸至 2300 AU,2015 TG387 是少数已为人知的始终远离太阳系大行星 (如海王星和木星) 的天体之一。
图 | 2015 TG387 与太阳系已知行星进行比较。二者可被观测的距离分别为 65 天文单位和 10 天文单位,一个天文单位长度为地球到太阳的距离。(来源:卡内基科学研究所)
“这些所谓的内奥尔特云天体,如 2015 TG387、2012 VP113 和 Sedna,是从太阳系大部分已知物质中分离出来的,这实在太有趣了。”Sheppard 说道,“我们可以将它们当作探测器,去了解太阳系边缘发生了什么。”
2012 VP113 的轨道近日点最遥远,这个小天体也是由 Sheppard 和 Trujillo 在 2014 年发现并公开的。2012 VP113 的发现使得 Sheppard 和 Trujillo 注意到,几个极远太阳系星体的轨道具有相似性,由此,他们提出,太阳系中存在一个未知行星 Planet X,这个行星体积是地球几倍大小,它的轨道距离太阳足有上百天文单位,远超冥王星。
“我们认为在太阳系边缘可能会有成千上万个像 2015 TG387 这样的小天体,但距离过远使得找到它们非常困难。”Tholen 说道,“目前,我们只能在 2015 TG387 最接近太阳的时候探测到它,99% 的运行轨迹由于信号太过微弱而不可被观测。
这颗天体的发现,是该团队寻找未知矮行星和 Planet X 项目的一部分,这个进行中的项目是迄今为止对远太阳系天体进行的规模最大、最深入的调查。
图 | 艺术家对 Planet X 的构想,这个传说中的行星可能会影响如 2015 TG387 这样的太阳系外小天体的运行轨道(来源:卡内基科学研究所)
“这些遥远的天体能够引领我们追踪到 Planet X。我们找到的小星体越多,越有助于更好地理解外太阳系和那颗传说中的 Planet X,Planet X 可能支配着小天体们的运行轨道。一旦发现这颗行星,我们对太阳系演变的知识体系将被重新定义。”Sheppard 补充道。
该团队花了几年的时间观察才捕捉到 2015 TG387 的完整轨道,因为它的移动速度非常慢,轨道周期很长。2015 年 10 月,位于夏威夷莫纳克亚山顶的日本斯巴鲁 8 米望远镜首次观测到 2015 TG387。之后,经过四年时间,智利卡内基拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜和亚利桑那州的探索频道望远镜的后续观测一同确定了 2015 TG387 的轨道。
2015 TG387 有可能是个矮行星,因为它的直径接近 300 公里。空间中,2015 TG387 到达近日点的位置与 2012 VP113、Sedna 以及大多数已知距离极远的海王星外天体相似,这或能表明是某种天体的存在将它们推入类似的轨道。
Trujillo 和俄克拉何马大学的 Nathan Kaib 假设了不同的 PlanetX 轨道,并用计算机模拟了这些轨道对 2015 TG387 的运行轨道产生的影响。这些模拟包含一个具有超级地球质量的行星模型,它在一个几百天文单位(AU) 的细长轨道上运行,该模型由加州理工学院的 Konstantin Batygin 和 Michael Brown 在 2016 年提出。大量模拟结果显示,2015 TG387 的轨道不仅为太阳系所影响,同时又被 Planet X 的引力支配,这使得体型较小的 2015 TG387 能够保持和大行星的距离。这种引力支配解释了为什么远太阳系天体都具有相似的轨道。这些轨道使它们始终其他行星,与之同理,冥王星与海王星即使轨道交叉也不会互相靠近。
“有趣的是,Planet X 对 2015 TG387 与其他远太阳系天体的影响是一样的,这些模拟结果并不能证明太阳系中还有另一个大行星的存在,但这一发现也可能成为外面可以有更大行星存在的证据。”Trujillo 总结道。