¿Cuáles son las posibilidades de que el LSST de próxima generación pueda encontrar nuevos planetas en el sistema solar?

En las últimas décadas, gracias a las mejoras en los observatorios terrestres y espaciales, los astrónomos han descubierto miles de planetas que orbitan estrellas vecinas y distantes (también conocidos como planetas extrasolares). Curiosamente, son estas mismas mejoras, y durante el mismo período de tiempo, las que permitieron el descubrimiento de más cuerpos astronómicos dentro del Sistema Solar.

Estos incluyen los «planetas menores» de Eris, Sedna, Haumea, Makemake y otros, pero también los objetos hipotéticos de masa planetaria conocidos colectivamente como Planeta 9 (o Planeta X). en un nuevo estudio dirigido por la Universidad del Norte de Arizona y la Observatorio Lowellun equipo de investigadores plantea la hipótesis de que la Telescopio de exploración sinóptica grande (LSST), un telescopio de próxima generación que estará en línea en 2022, tiene muchas posibilidades de encontrar este misterioso planeta.

Su estudio, titulado “Sobre la detectabilidad del Planeta X con LSST“, apareció recientemente en línea. El estudio fue dirigido por David E. Trilling, astrofísico de la Universidad del Norte de Arizona y el Observatorio Lowell, e incluyó a Eric C. Bellm de la Universidad de Washington y Renu Malhotra de la Laboratorio Lunar y Planetario en la Universidad de Arizona.

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Impresión artística del Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Crédito: lsst.org

Ubicado en la cordillera Cerro Pachón en el centro-norte de Chile, el LSST de 8,4 metros llevará a cabo un estudio del cielo de 10 años que entregará 200 petabytes de imágenes y datos que abordarán algunas de las preguntas más apremiantes sobre la estructura y evolución del Universo y de los objetos en él. Además de inspeccionar el Universo primitivo para comprender la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, también realizará estudios de las áreas remotas del Sistema Solar.

El planeta 9/X es uno de esos objetos. En los últimos años, se ha planteado la hipótesis de la existencia de dos cuerpos de masa planetaria para explicar la distribución orbital de objetos distantes del cinturón de Kuiper. Si bien se cree que ninguno de los planetas es excepcionalmente débil, las ubicaciones en el cielo de estos planetas están mal limitadas, lo que dificulta su localización. Como tal, se necesita un estudio de área amplia para detectar estos posibles planetas.

En 2022, el LSST llevará a cabo un estudio imparcial, amplio y profundo del cielo austral, lo que lo convierte en una herramienta importante en lo que respecta a la búsqueda de estos hipotéticos planetas. Como afirman en su estudio:

“La posibilidad de planetas no descubiertos en el sistema solar ha fascinado durante mucho tiempo a los astrónomos y al público por igual. Estudios recientes de las propiedades orbitales de objetos muy distantes del cinturón de Kuiper (KBO) han identificado varias anomalías que pueden deberse a la influencia gravitacional de uno o más objetos de masa planetaria no descubiertos que orbitan alrededor del Sol a distancias comparables a los KBO distantes.

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Diagrama animado que muestra el espaciado de los planetas del Sistema Solar, las órbitas inusualmente cercanas entre sí de seis de los KBO más distantes y el posible «Planeta 9» (también conocido como «Planeta X»). Crédito: Caltech/nagualdesign

Estos estudios incluyen Estudio de Trujillo & Sheppard de 2014 donde notaron similitudes en las órbitas de objetos transneptunianos distantes (TNO) y postularon que un objeto masivo probablemente los estaba influenciando. Esto fue seguido por un estudio de 2016 por Sheppard & Trujillo donde sugirieron que los objetos de alto perihelio Sedna y 2012 VP113 estaban siendo influenciados por un planeta masivo desconocido.

Esto fue seguido en 2016 por Konstantin Batygin y Michael E. Brown de Caltech, quienes sugirieron que un planeta no descubierto era el culpable. Finalmente, Malhotra et al. (2016) señaló que los KBO más distantes tienen relaciones de período casi enteras, lo que sugiere una resonancia dinámica con un objeto masivo en el Sistema Solar exterior. Entre estos estudios, se formaron varias estimaciones de masa y distancia que se convirtieron en la base de la búsqueda de este planeta.

En general, estas estimaciones indicaron que el Planeta 9/X era una súper Tierra con entre 5 y 20 masas terrestres, y orbitaba alrededor del Sol a una distancia de entre 150 y 600 UA. Al mismo tiempo, estos estudios también han intentado reducir hacia dónde la llevará la órbita de esta Súper-Tierra a lo largo del Sistema Solar exterior, como lo demuestran las perturbaciones que tiene en los KBO.

Desafortunadamente, las ubicaciones previstas y el brillo del objeto aún no están lo suficientemente limitados como para que los astrónomos simplemente miren en el lugar correcto en el momento correcto y lo elijan. En este sentido, un estudio del cielo de una gran área debe llevarse a cabo utilizando telescopios moderadamente grandes con un campo de visión muy amplio. Como le dijo el Dr. Trilling a Universe Today por correo electrónico:

“Los candidatos del Planeta X pronosticados no son particularmente débiles, pero las posibles ubicaciones en el cielo no están muy bien limitadas en absoluto. Por lo tanto, lo que realmente necesitas para encontrar el Planeta X es un telescopio de profundidad media que cubra una gran cantidad de cielo. Esto es exactamente LSST. La sensibilidad de LSST será suficiente para encontrar el Planeta X en casi todas sus configuraciones predichas, y LSST cubrirá alrededor de la mitad del cielo conocido hasta esta profundidad. Además, la cadencia se adapta bien a la búsqueda de objetos en movimiento y los sistemas de procesamiento de datos son muy avanzados. Si tuviera que diseñar una herramienta para encontrar el Planeta X, LSST es lo que diseñaría”.

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Las órbitas de varios KBO brindan indicaciones sobre la posible existencia del Planeta 9. Crédito: Caltech/R. Herido (IPAC)

Sin embargo, el equipo también reconoce que, dentro de ciertos parámetros, es posible que el LSST no detecte el Planeta 9/X. Por ejemplo, es posible que haya una porción muy estrecha de los parámetros predichos del Planeta 9/X donde podría ser un poco demasiado débil para detectarse fácilmente en los datos del LSST. Además, también existe una pequeña posibilidad de que las irregularidades en la cadencia del Planeta 9/X puedan hacer que se pase por alto.

Incluso existen formas poco probables en las que el Planeta 9/X podría pasar desapercibido en los datos del LSST, lo que se reduciría a un simple caso de mala suerte. Sin embargo, como indicó el Dr. Trilling, el equipo está preparado para estas posibilidades y tiene la esperanza de encontrar el Planeta 9/X, suponiendo que haya algo que encontrar:

“La conclusión más probable si el planeta X no se detecta en los datos del LSST es que el planeta X no existe, o al menos no es el tipo de planeta X que se ha predicho. En este caso, tenemos que esforzarnos más para comprender cómo el Universo creó este patrón de órbitas en el Sistema Solar exterior que describí anteriormente. Esta es una parte muy divertida de la ciencia: haz una predicción y pruébala, y descubre que el resultado rara vez es lo que se predijo. Así que ahora tenemos que trabajar más duro para entender el universo. Con suerte, esta nueva comprensión hace nuevas predicciones que luego podemos probar, y repetimos el ciclo”.

La existencia del Planeta 9/X ha sido una de las preguntas más candentes para los astrónomos en los últimos años. Si se puede confirmar su existencia, los astrónomos finalmente podrán tener una imagen completa del Sistema Solar y su dinámica. Si se puede descartar su existencia, ¡esto generará una nueva serie de preguntas sobre lo que está sucediendo en el Sistema Solar Exterior!

Otras lecturas: arXiv

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