Esiste davvero il Nono Pianeta del Sistema Solare?

Ieri questo mondo sconosciuto è stato protagonista, forse anche con eccessiva enfasi, dei media, dei social network, di siti e blog e c'è addirittura chi lo ha dato per certo. Ma non è esattamente così:

il Nono Pianeta è per ora solo frutto di un nuovo studio teorico ma non è mai stato né confermato né tantomeno osservato direttamente.

Tanto clamore è dovuto forse al fatto che questa volta i ricercatori coinvolti nella storia sono della famosa università statunitense, il California Institute of Technology ( Caltech) e non sono proprio degli sconosciuti: Mike Brown, ad esempio, è specializzato nello studio dei corpi ai confini del Sistema Solare ed è noto soprattutto per aver scoperto Eris che è il secondo pianeta nano per diametro dopo Plutone.

Brown ha collaborato in questa ricerca con Konstantin Batygin, assistente in scienze planetarie.
Dopo un anno e mezzo di simulazioni, i due non hanno dubbi: i loro modelli computerizzati confermano che deve esistere un altro mondo bizzarro nel Sistema Solare esterno, ancora non scoperto.
" C'è un pezzo importante del nostro Sistema Solare là fuori ancora da trovare e questo è molto eccitante", ha dichiarato Brown nella press release.
Brown fa anche notare che questo sarebbe un vero e proprio "nono pianeta":
" con una massa presunta pari a 5.000 volte quella di Plutone non ci dovrebbe essere alcun dubbio", ha commentato facendo riferimento all'agonia di Plutone declassato a pianeta nano nel 2006.

Secondo il team solo la presenza di un Nono Pianeta spiegherebbe alcune curiose caratteristiche osservate nelle orbite degli oggetti della remota Fascia di Kuiper, la regione che si estende dall'orbita di Nettuno cioè dalla distanza di 30 UA ( Unità Astronomiche) fino a 50 UA dal Sole.

L'idea non è nuova e divide la comunità scientifica da anni.
Carlos e Raul de la Fuente Marcos della Complutense University di Madrid avevano presentato ben due documenti, nel 2014 e nel 2015, teorizzando due super-Terre ai confini del Sistema Solare; di recente due gruppi indipendenti, uno svedese e l'altro messicano, hanno acclamato di aver individuato due grandi oggetti oltre l'orbita di Nettuno (addirittura nella Nube di Oort!) tra i dati dell'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Ma ogni volta, la comunità scientifica si è dimostrata scettica. Il fatto curioso è che era stato proprio Brown a commentare quest'ultima notizia scrivendo su Twitter:

" Fun fact: if it is true that ALMA accidentally discovered a massive outer solar system object in its tiny tiny tiny field of view, ... that would suggest that there are something like 200,000 earth sized planets in the outer solar system. Which, um, no."
[ Fatto curioso: se è vero che ALMA ha scoperto un grande oggetto del Sistema Solare esterno nel suo minuscolo minuscolo minusolo campo di vista, ... potremmo supporre che dvovrebbero esserci qualcosa come 200.000 pianeti grandi come la Terra nel Sistema Solare esterno. Il che, um, no.]

Ad ogni modo, Brown e la collega, dopo qualche esitazione, devono essersi conviti che almeno un pianeta può esistere da quelle parti:
" Siamo rimasti molto scettici inizialmente sull'esistenza di questo pianeta", ha detto Batygin, " ma continuando a studiare la sua orbita e quali conseguenze avrebbe nel Sistema Solare esterno, ci siamo convinti sempre di più che deve essere là fuori".

Tutta colpa dell'orbita di quei 13 oggetti transnettuniani noti ( TNO Trans Neptunian Object)!
Secondo l'idea maggiormente condivisa le orbite dei corpi che viaggiano oltre Nettuno dovrebbero essere distribuite in modo casuale e i loro percorsi dovrebbero soddisfare una serie di caratteristiche orbitali. Invece, quelli scoperti sembrano comportarsi in modo molto diverso, in particolare sei dei più distanti, le cui orbite ellittiche sembrano puntare nella stessa direzione dello spazio fisico (immagine in apertura), con un'inclinazione quasi identica rispetto al piano geometrico su cui si muove il Sistema Solare.

" Le probabilità che questo accada sono qualcosa come 1 su 100", ha detto Brown. Per di più, le probabilità che " le orbite di 6 di questi oggetti siano tutte inclinate nello stesso modo e puntino tutte circa 30 gradi verso il basso rispetto al piano geometrico degli otto pianeti conosciuti, sono dello 0.007 per cento", ha aggiunto.

Ma quello che ora bisognerebbe chiedersi è:

possono solo 13 oggetti, anzi 6, costituire un campione statistico valido rispetto alla distesa di TNO ai confini del Sistema Solare?

Per molti scienziati la risposta è NO.
Il Professor Abel Méndez, del Planetary Habitability Laboratory dell'University of Puerto Rico ad Arecibo, che aveva gentilmente risposto ad alcune domande via mail circa le super-Terre ai confini del Sistema Solare, mi aveva fatto notare: " In primo luogo, bisogna vedere quanto l'anomalia è reale".

Questa inizialmente era anche la posizione di Brown ma la curiosità lo ha spinto ad indagare l'argomento insieme a Batygin.
Proprio come un osservatore ed un teorico, i due hanno avuto un approccio molto diverso al problema, un connubio che ha consentito loro di vagliare diverse possibilità.
" E' stato forse l'anno più divertente che io abbia mai avuto, trascorso a lavorare su un problema che riguarda il Sistema Solare", ha commentato Brown.

Come prima ipotesi, il team ha considerato una ricca popolazione di oggetti nella nella Fascia di Kuiper, non ancora scoperta, in grado di esercitare una forza di gravità tale da mantenere altri piccoli corpi raggruppati. Ma se così fosse la Fascia di Kuiper dovrebbe avere una massa molto superiore rispetto a quella stimata. Di conseguenza è stata presa al vaglio la possibilità di un unico grande pianeta.

Nelle prime simulazioni la squadra ha disegnato un'orbita attorno a quella dei sei piccoli oggetti, come un enorme lazzo. Questa soluzione sembrava funzionare ma non spiegava pienamente le eccentricità osservate. Allora ha provato a spostare il pianeta massiccio su un'orbita opposta rispetto a quella degli oggetti, con un perielio praticamente di fronte a tutti gli altri perieli (immagine in apertura).

" Chiunque osservando questo modello avrebbe commentato 'la geometria non può essere giusta'. Questa configurazione non può essere stabile a lungo termine e gli oggetti finirebbero per incontrarsi e scontrarsi", ha detto Batygin. Ma secondo gli autori, il meccanismo noto come risonanza orbitale, che si verifica quando due corpi celesti sono bloccati in un movimento sincronizzato l'uno intorno all'altro, con l'orbita di uno pari ad un rapporto esatto dell'orbita dell'altro, eviterebbe la collisione.

La risonanza orbitale è molto diffusa nel Sistema Solare.
Qui a destra un esempio dei tre satelliti galileiani di Giove, Io, Europa e Ganimede, bloccati in una risonanza orbitale 4:2:1 con Giove, il che significa che ogni 4 orbite di Io intorno a Giove, Europa orbita 2 volte e Ganimede una. Anche Plutone ed alcuni corpi minori sono in risonanza 3:2 con Nettuno, ossia tre rivoluzioni di Nettuno corrispondono esattamente a due rivoluzioni di Plutone.

D'altra parte, il Nono Pianeta teorizzato non solo spiegherebbe l'insolito allineamenti dei sei TNO ma risolverebbe anche il problema delle strane orbite tracciate da due di essi.
Il primo è Sedna scoperto da Brown nel 2003, un grande corpo ghiacciato di circa 1.000 chilometri di diametro. E' uno dei più famosi, con un'orbita altamente ellittica di circa 11.400 anni ed un afelio stimato a 937 UA dal Sole. Sedna è stato annunciato come il primo elemento rilevato della Nube di Oort interna, l'ipotetica nube sferica che avvolge il Sistema Solare fino a 100.000 UA, pensata per essere la culla delle comete. La sua peculiarità è che a differenza di tutti gli altri oggetti noti, non si avvicina mai a Nettuno nel corso del suo percorso.
L'altra percora nera è , individuato nel 2014 da Chadwick Trujillo del Gemini Observatory delle Hawaii e da Scott Sheppard del Carnegie Institution in Washington. Questo potrebbe essere un pianeta nano e proprio come Sedna potrebbe già appartenere alla remota Nube di Oort.
Secondo il nuovo studio, l'orbita di Sedna e altri corpi simili sarebbe causata proprio dalla presenza del Nono Pianeta, il quale sul lungo periodo modificherebbe la traiettoria degli oggetti allontanandoli da Nettuno.

Ma uno degli elementi più convincenti è che la simulazione prevede anche corpi nella Fascia di Kuiper con orbite perpendicolari a quelle del piano geometrico dei pianeti, combaciando perfettamente con il percorso calcolato per quattro di questi, scoperti negli ultimi anni.

Alcun oggetti noti della Fascia di Kuiperseguono un'orbita perpendicolare al piano geometrico del Sistema Solare sul quale orbitano i principali pianeti.
Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC) Diagram was created using WorldWide Telescope

Ma da dove arriva il Nono Pianeta e come ha fatto a finire nel Sistema Solare esterno?

Uno dei problemi degli studi precedenti è che i pianeti teorizzati erano super-Terre, ossia pianeti rocciosi un po' più grandi della Terra, la cui formazione non è semplice da spiegare così lontano dal Sole, dove il materiale disponibile per formare un pianeta non sarebbe stato sufficiente. Questi, quindi, dovrebbero essere necessariamente mondi nati altrove, espulsi dal nostro Sistema Solare o pianeti alieni erranti intrappolati dalla nostra stella. La nuova simulazione, invece, ipotizza un gigante gassoso.
Gli astronomi ritengono che nel Sistema Solare si siano inizialmente formati quattro nuclei, Giove, Saturno, Urano e Nettuno, che hanno iniziato a catturare il gas dal disco protoplanetario. Nel corso del tempo, a causa delle violente collisioni, questi pianeti avrebbero raggiunto le loro attuali posizioni: "m a non c'è ragione per non credere che ci fossero cinque nuclei, anziché quattro", ha commentato Brown.
Il Nono Pianeta sarebbe quindi, secondo gli autori, quel quinto cuore gassoso nato nel giovane Sistema Solare, forse troppo vicino a Giove o a Saturno, tanto da essere espulso lontano in un orbita eccentrica.

EVIDENCE FOR A DISTANT GIANT PLANET IN THE SOLAR SYSTEM [abstract]
Recent analyses have shown that distant orbits within the scattered disk population of the Kuiper Belt exhibit an unexpected clustering in their respective arguments of perihelion. While several hypotheses have been put forward to explain this alignment, to date, a theoretical model that can successfully account for the observations remains elusive. In this work we show that the orbits of distant Kuiper Belt objects (KBOs) cluster not only in argument of perihelion, but also in physical space. We demonstrate that the perihelion positions and orbital planes of the objects are tightly confined and that such a clustering has only a probability of 0.007% to be due to chance, thus requiring a dynamical origin. We find that the observed orbital alignment can be maintained by a distant eccentric planet with mass 10 m_⊕ whose orbit lies in approximately the same plane as those of the distant KBOs, but whose perihelion is 180° away from the perihelia of the minor bodies. In addition to accounting for the observed orbital alignment, the existence of such a planet naturally explains the presence of high-perihelion Sedna-like objects, as well as the known collection of high semimajor axis objects with inclinations between 60° and 150° whose origin was previously unclear. Continued analysis of both distant and highly inclined outer solar system objects provides the opportunity for testing our hypothesis as well as further constraining the orbital elements and mass of the distant planet.