惑星9は惑星ではないかもしれない

何世紀にもわたる空観察の結果、私たちの太陽系の地図はかなり詳細になってきました。私たちは岩石でできた内惑星の 1 つに住んでいます。次に小惑星帯、2 つのガス巨星、2 つの氷巨星、そして多数の小さな氷天体からなる 2 番目の帯があります。しかし、研究者たちは、侵入不可能な太陽系の外側に目に見えないドラゴンがいるのではないかと疑うようになりました。

天文学者たちは暗闇をスキャンして、海王星のはるか彼方の冥界を満たしているかもしれないもののかすかな姿をなんとか捉えた。そして彼らが見たものは意味をなさない。研究者たちが混沌、つまり太陽系の激動の形成から残った散らばった残骸を予想した場所に、彼らは予想外の秩序を見出している。遠くの物体の軌道は密集している。それらの最接近点は、特に理由もなく、ある線より手前で止まっている。多くの科学者は、そのようなパターンのいくつかに、目に見えない存在の働きを見ている。

「そこにはもっと多くの質量があるはずだ」とコロラド大学ボルダー校の天体物理学者アン・マリー・マディガン氏は言う。

有力な説は、地球の10倍ほど重い巨大惑星（プラネット・ナイン）が、その小さな隣の惑星を押しのけたというものだ。この暗い悪党の骨の折れる探索は数年前から行われており、探索が長引くにつれ、別の考えが浮上している。例えば、マディガン氏と共同研究者らは、小さな天体の巨大な円盤が同様の影響を及ぼす可能性があることを発見したと、サイエンティフィック・アメリカン誌が先週報じた。他の研究者らは、サイズの範囲の反対側まで調べ、謎の天体はソフトボール大のブラックホールかもしれないと示唆している。どちらかのチームが正しければ、発見すべき大きな天体がなければ、現在の望遠鏡による探索は引き続き成果が得られない可能性がある。その場合、天文学者はより忍耐強く、場合によってはより創造的になる必要があるだろう。

プラネット・ナイン理論に対する疑問の 1 つは、この理論が天文学者が現在見ている物体の奇妙な軌道を説明できる一方で、理論家たちは太陽系の外縁部にこれほど巨大な惑星が存在する理由がわからないということだ。太陽の重力は光とともに弱まるため、この惑星の外側で形成された大きな惑星は、通り過ぎる恒星にさらわれたはずだ。あるいは、太陽の近くで始まり、その後外側に流れていったとしたら、何がそれを止めたのだろうか。「もしそれが惑星だとしたら、惑星が存在するには奇妙な場所だ」と、イリノイ大学シカゴ校の物理学者、ジェームズ・アンウィンは言う。

しかしマディガンはシミュレーションによって、第 9 惑星の頭痛の種に悩まされることなく、奇妙で密集した軌道を実現できると確信した。太陽系が形成されると、木星と土星は多くの惑星の破片を長い楕円軌道に押し出し、冥王星の領域を超えて、検出されていないワッシャー型の円盤を形成したはずだとマディガンは言う。他の研究者は、そこにある物体の質量はごくわずかで、数学的およびモデル化の点で誤差の丸め誤差に過ぎないはずだと想定していたが、マディガンは結局、誤差が加算される可能性があることを発見した。

太陽系のデジタルモデルを実行すると、遠い過去のある時点で、円盤が短期間の円錐に変形し、その後「よりふっくらとした」円盤に戻った可能性があることがわかった。そして、そのようなシステムの塵が落ち着くと、プラネット・ナイン仮説のきっかけとなったのと同じ異常が現れる、とこの春に発表された2つの査読未了の論文で述べられている。「太陽系の外側で起こった異常現象はすべて説明できます」とマディガン氏は言う。「それは軽々しく言うことではありません」。

それでも、彼女は自分の話には大胆な推測が必要だと指摘する。円盤がプラネット・ナインを完全に置き換えるには、地球の20倍の質量の物質が必要であり、これは存在すると予測される残留デブリの絶対最大量である。「私たちはまさに、妥当な限界にたどり着いたばかりです」と彼女は言う。

別のチームは、異なるメカニズムで動作するより小さな円盤を提案している。この天体は、惑星9とともに太陽系の外縁部の形成を担う可能性があると、ケンブリッジ大学の博士課程の学生で共著者のアントラニク・セフィリアン氏は述べ、これにより、両方の構造の理論的なサイズが縮小することになるという。

原因が完璧な位置にある惑星なのか、非常に巨大な円盤なのか、あるいはその両方の組み合わせなのかはともかく、天体物理学者たちは、太陽系の外側で何かあり得ないことが起こったという結論に傾きつつある。そして、その結論は人によって大きく異なる。

昨年秋、アンウィンは、謎の質量は宇宙形成時に残された小さなブラックホールかもしれないと推測する論文を共同執筆した。そのような「原始的」ブラックホールはこれまで発見されていないが、ある調査で、惑星ナインのような質量を持つ放浪惑星かブラックホールが天の川銀河をさまよっているかもしれないという状況証拠が見つかった。太陽が前者を捕らえることができるのなら、なぜ後者なのかとアンウィンは考える。「これはクレイジーな考えですが、不合理なものではありません」と彼は言う。

不合理ではないアイデアの中から決定を下すという困難な仕事は、おそらく天文学者に委ねられるだろう。第9惑星説の有力な支持者であるマイク・ブラウンは、いつでも論争に終止符を打つ可能性がある、つかみどころのない天体の探索を率いている。ちょうど先週、天文学データを精査しているときに、有望そうな点を見つけたと、彼は最近ツイッターで語ったが、それは、探索プロセスがうまく機能していることを確認するために彼が注入した模造の天体であることが判明した。

ブラウンが何も発見しなかったとしても、今年中に最初の画像を撮影する予定の次世代のベラ・C・ルビン天文台が、おそらく5年以内に決定的な判断を下すだろう。この天文台は、現在の望遠鏡よりもはるかに暗い天体を発見できるため、第9惑星を正確に特定するか、その円盤の内側の縁にある天体のマッピングを開始するとマディガンは予想している。あるいは、十分な数の新しい天体を発見して、現在観測されているパターンが再び無秩序に溶け込み、説明すべき謎がなくなる可能性もある。

あり得ないが、現在の望遠鏡による調査がすべて失敗し、その異常現象がベラ・C・ルビン天文台の運用期間を通じて何年も続くとすれば、アンウィンの原始ブラックホール理論はさらに妥当なものに見えてくるかもしれない。理論物理学者で弦理論の先駆者であるエドワード・ウィッテン氏は先週、絶対に見えないものを見つけるための極端な手段、つまり捜索隊を派遣するというプレプリントを発表し、そのような未来を想像した。

いつか最も近い恒星にナノプローブを送ることを目指す野心的なプロジェクト、ブレークスルー スターショットに触発されて、ウィッテン氏は、ブラックホールを通り過ぎるときに 1 台が震えるかもしれないという期待を込めて、一連の単純なプローブをさまざまな方向に散布する計算を行った。光帆を装備したプローブは、おそらく光速の 1 パーセントの速度で飛行し (強力な地球ベースのレーザー ビームによって推進される)、理論上のブラックホールの領域までの旅を約 10 年に短縮する。このようなプローブは、感度が十分であれば、惑星、円盤、ブラックホール、またはこれらすべてを含む太陽系外縁部の質量の決定的な地図を完成させることができる。

今週発表された回答では、探査機が太陽風の風下を離れると、荷電粒子の揺れでブラックホールの引力は見えなくなる可能性があると指摘されている。しかし、大局的に考えることに慣れている人々でさえ、この計画がまずいくつかの差し迫ったハードルを乗り越えなければならないことを認めている。打ち上げインフラの開発には少なくとも5億ドルの費用がかかると予想されており、必要なレーザー技術や材料技術は現時点では存在しない。

「これはとても楽しいアイデアです」とアンウィン氏は言う。「ただし、値段は高額です。」