この研究のシミュレーションではプラネットナインが有った方が外縁天体の偏った分布を説明できる。しかし、想定したプラネットナインの質量が重いとジェームスウエッブ宇宙望遠鏡の登場を待たなくても見つかるぐらい明るい天体のはずが見つかっていない。地球質量程度の惑星で説明できる理論が有ると都合がいいのですが。以下、機械翻訳。
プラネット・ナインによる低傾斜の海王星交差TNOの生成
要約
太陽系の遠方では、豊富な異常な力学的構造が示されており、
まだ検出されていない巨大な海王星以遠天体の存在 — 惑星 9。以前の分析により、
この天体によって引き起こされた軌道進化が、さまざまな外来種の起源をどのように説明できるか
高い近日点を特徴とする軌道から、極端な傾斜角を持つ軌道までさまざまです。 この中で
作業にあたり、焦点をより従来型の TNO クラスに移し、観察された国勢調査を検討します。
これまで未踏の惑星探査機として、長周期でほぼ平面状の海王星以遠天体を観測
9 仮説。 この目的のために、私たちは自己一貫性のある包括的な N 体シミュレーションを実行します。
すべての巨大な惑星、銀河の潮流、および通過する星からの重力摂動をモデル化します。
原始的な巨大惑星の移動と太陽の初期の状態を説明する初期条件から生じる
星団内での進化。 観測バイアスを考慮すると、我々の結果は、軌道が
このオブジェクトのグループのアーキテクチャは、P9 を含むモデルの予測と密接に一致しています。 で
まったく対照的に、P9 のないシナリオは、〜 5 σ の信頼水準で統計的に拒否されます。 それに応じて、
この研究は、惑星 9 の存在を裏付ける新たな一連の証拠を導入し、さらに詳しく説明します。
一連の観測予測は、短期的な解決に向けて準備が整っています。
キーワード: 太陽系進化 (2293)、太陽系海王星天体 (1705)、軌道 (1184)
1. はじめに
小天体の海王星以遠集団の発見と特徴付けは、
私たちの物語を再考する上で極めて重要な役割を果たします。
太陽系の長期的な進化。 定性的なものを超えて
不安定性主導のシナリオ（一般的にはNice モデルと呼ばれます。 ツィガニスら。 2005年; モル・ビデリら。 2005年; ゴメスら。 2005)、詳細なモデリング
カイパーベルトの形成は、巨大惑星の移動の歴史に注目すべき歴史をもたらした
集中度 (Nesvorn´y 2018)。 の進歩として
観察調査により私たちの理解が深まりました
ただし、太陽系外部の軌道構造は、
容易には解明できない一連の異常なパターン
初期の動的彫刻に起因するものであることが明らかになりました。
これらの異常には、長周期太陽系太陽系外縁天体 (TNO) の後方線の明らかなクラスター化が含まれます。
軌道、その軌道面の配列、遠方に広がる近日点を持つ天体の存在
海王星の重力の影響、高度に拡張された
TNO傾斜の分布と驚くべきこと
逆行性のケンタウロスの蔓延。 これらをまとめると、
不規則性はまだ発見されていないものの存在を示唆しています
暫定的にプラネット・ナイン（P9）と名付けられた巨大な惑星、
その重力の影響が外側の領域を彫刻します
海王星以遠空間の (Batygin et al. 2019)。 その間
これらのパターンは一連の論文で主に特定されています
8 年以上前に遡ります (Brown et al. 2004; Gladman
他。 2009年; トルヒーヨ＆シェパード 2014; ゴメスら。 2015年;
Batygin & Brown 2016a)、多数の研究が実施
過去 10 年間にわたり、P9 の動的影響が太陽系の観察された特性にどのような影響を与えるかを研究してきました (Batygin & Brown 2016a,b; Brown
& バティギン 2016; ベスト2016; バティギン＆モルビデリ 2017;ミルホランド＆ラフリン 2017; ベッカーら。 2017年; セイル・レンフェストら。 2017年; ハッデンら。 2018年; リーら。 2018年;
ベッカーら。 2018年; バティギンら。 2019年; カイブら。 2019年;カインら。 2020年; クレメント＆カイブ 2020; オルドロイド＆トゥルーヒージョ2021; クレメント＆シェパード 2021; バティギン＆ブラウン
2021年; ブラウン＆バティギン 2021）。
一般的に言えば、観察された不規則性は、太陽系外縁天体は次のように分類できます。
動的に切り離されたオブジェクト (近日点経度と位置関係のクラスタリング軌道面の）およびカオスに関連するもの、
海王星と交差する軌道、特に顕著です。
傾きの高い人口。 しかし、プラネット ナイン仮説の下では、これらのカテゴリー間の境界はいくぶん曖昧になっています。
P9 によって駆動されると、長周期 TNO が分離状態と海王星横断状態の間で遅れて振動する可能性があります。
永年（〜Gyr）タイムスケール（例、Batygin et al. 2019）。
この単純な事実は、重要な結果を必然的にもたらします。
プラネット・ナインが存在するなら、継続的に生産されるはずです
ほぼ平面状 (i < 40 度)、長周期 (a > 100 AU)
q < 30 AU より小さい近日点を持つ天体。 驚くべきことに、十数個の複数の敵対オブジェクトが適合しています。
この説明は特定されていますが (図 1)、プラネット ナインの文脈におけるその重要性
仮説は未解明のままです。
この研究の主な目的は、これらの物体の力学的起源を分析し、その可能性を評価することです。
惑星9の新しい探査機としての役割を果たします。この目的のために、
私たちは 2 セットの包括的な数値シミュレーションを実行します。1 つは重力の影響を考慮したものです。
惑星 9 – P9 の重力によって、ほぼ平面的な長周期の低 Q 軌道の生成が促進されます – そして
それを除いたもう一方は、遠く離れたものの進化です。
TNO は主に海王星散乱によって引き起こされます。
銀河の潮流 (Fouchard et al. 2014)。 これらの数値実験を総合すると、海王星は
散在する円盤オブジェクトに対する正真正銘の障壁を構成します。
P9 主導の進化により、摂動軌道がこのしきい値を容易に超えることが可能になり、明確な特徴が作成されます。
さらに、観察バイアスを考慮すると、
これは新しいアプローチであり、私たちの計算は、観測された軌道の分布が強力に裏付けていることを示しています。
目に見えない惑星の存在。 この残りは
論文は以下のように構成されています。 セクション 2 では、数値シミュレーション手法の概要を説明します。 セクション 3 では、次のように説明します。
私たちの調査結果を基に、観察バイアスの扱いについて議論し、結果を両方の観察結果と比較します。
データと最先端の P9 フリー太陽電池モデル
システムのアーキテクチャ。 私たちの計算から得られた結論とさらなる観測予測
セクション 4 で説明します。
図 1. a > 100 AU、i < 40 deg、q < 30 AU のよく特徴付けられた TNO の調査。 内の 29 個のオブジェクトのうち、
これらの軌道基準を満たす小惑星センター データベースでは、私たちの分析は、軌道が確立されている 17 個の天体に制限されています。
複数の反対者の観察を通じて定量化されます。
左側のパネルは、軌道を上から見た図を示しています。 右側のパネルは、準長星に対する近日点距離のプロットを示しています。
軸; 点の横にある数字は、各天体の軌道傾斜角を度単位で示します。 注目すべきは近日点の広がり
距離は、〜 16 天文単位と海王星の軌道の間で比較的平坦な分布を形成します。
図 2. 積分の最後の 500 Myr 以内で、ほぼ平面 (i < 40 度) の海王星交差軌道に到達する計算内で選択された粒子の進化。
上、中、下のパネルは時系列を示しています。
それぞれ長半径、近日点距離、傾斜角です。 一部の粒子は大きな近日点振動を経験します
その期間中順行軌道に留まりながら、
シミュレーション。 他のものは、偏心と傾きの結合を示します
ドライブ軌道が反転するダイナミクス。 軌道の進化は常に確率的ですが、カオス的な拡散の速度は非常に大きくなります。
粒子が海王星を横切る軌道に達すると増加します。
図 3. P9 を含む N 体シミュレーション (左) と P9 を含まない N 体シミュレーション (右) の軌道分布の比較。 両方
パネルは、i < 40 度のシミュレートされた TNO の軌道フットプリントの長半径に対する近日点距離を示しています。 の
重なっている等高線は密度分布を表し、明るい色はオブジェクトの集中度が高いことを示します。 その間
パネル自体は生のシミュレーション データを示し、軸に沿ったヒストグラムは、
限界等級 Vlim = 24 を仮定した近日点距離 (垂直) と長半径 (水平)。
図 4. 観測された海王星横断天体 (TNO) の近日点分布と
プラネット 9 を使用した場合と使用しない場合のシミュレーション。上のパネルは、変数 ξ の分布を示しています。
近日点の累積分布関数値
数値モデルから導出された既知のオブジェクトに対して、
観察バイアスを説明します。 一様分布
0 と 1 の間の ξ は、両者の間の強い一致を示します。
観測データとシミュレーション。 P9 モデルは次のことを示します
ξ のより均一な分布 (p = 0.41)
P9 のないモデル (p = 0.0034) は、より良い一致を示唆しています。
観測データと一緒です。 下部パネルには、
対数統計量の確率分布関数、
ξ 分布の均一性を定量化する ξ
観察バイアスを調整した観察対象 の垂直線は、
P9 モデル (-7.9) と P9 フリー モデル (-16.5)、
-7.2 でマークされた予想される ζ 分布の平均。
分布の広がりは σ (標準偏差) で示され、1.8 です。 P9 モデル統計の近さ
P9 を含まないモデルと比較した全体平均 – より多くの嘘をついています
5 σ 以内 – 統計的に有意な選好を反映
プラネット9仮説の場合。
4。討議
この研究では、海王星を横切る、低傾斜、長周期の軌道分布を考慮しました。
TNO は、これまで未確認であった惑星 9 の存在の診断法として利用されています。太陽系の長期進化の N 体シミュレーションを実施することで、私たちは次のような結果を得ることができました。
P9 によって促進されるダイナミクスが海王星横断離心率を 100 AU 以上で自然に駆動またはビットすることを示しました。
さらに、新しいバイアス手順を考案しました。
シミュレーションデータを既存の観測結果と比較するため
そして、q < 30 AU TNO の国勢調査が有効であることを実証しました。
以下を含む太陽系モデルを強く支持します。
惑星9。
4.1. 観測による予測
既存の観測結果との比較と同様に重要なことですが、ここで示した結果は一連の結果を提供します。
短期的な見通しを備えた、容易に反証可能な予測
解決のために。 この目的のために、いかなる比較も
たとえバイアスが考慮されていても、現在のデータでは
なぜなら、 は本質的に不完全であり、より均一に取得された一連の観察は、モデルをテストするための優れた基礎となるからです。 幸いなことに、予想通り
ベラ・ルービン天文台による運用の開始、天体のクラスの軌道分布
ここで考慮すること (図 1) は、より明確になります。
焦点を合わせると、図 3 に示す a−q 軌道分布が直接テストされます。
別の観測ハンドルは、海王星を横切る天体の絶対比率を調べることによって提供されます。
q > 30 AU のもの。 図 3 の 2 つのパネルに示されている粒子の数はほぼ同じですが、軌道上の総フットプリントの数は
P9フリーパネルを生成するために使用されました
P9 を含むパネルの値を上回ります。 この不一致は、オブジェクトの注入がより効率的になった結果です。
惑星の存在下で q < 30 AU 領域へ
9. より定量的には、海王星横断の比率
傾斜 i < 40 度および準メジャーの天体
100 ～ 1000 AU の軸から q > 30 AU の軸は
プラネット 9 シナリオでは 〜 3% であるのに対し、わずか 〜 0.5%
P9フリーの場合。 現在の観察国勢調査は、これを定量化する厳密な手段を提供していません。
価値観、総合調査の登場
VRO による研究は、この予測を評価するためのより決定的な機会を提供するでしょう。
最後に、予測された傾斜分布は次のようになります。
探究の道。 ここでは傾向バイアスについて詳しくは掘り下げていませんが、注目すべき点は次のとおりです。
P9 と P9- によって生成される傾斜分布
無料のシミュレーションは著しく異なります。 具体的には、
P9 の存在下での分布は急激な上昇を示します。
私は30度以下です。 一方、P9 を含まないモデル ex は、かなり平坦な分散を抑制します (図 5)。 これ
予測は、確固たる統計的根拠に基づいて行われます。
VRO からの今後の結果。
4.2. プラネット 9 の代替品
結論として、P9 で次のことが説明されていることに注意してください。
太陽系外縁部の異常な構造
統一された枠組みではあるが、いくつかの代替理論が存在する
P9 仮説の個々の側面を説明するために提案されました。 ここでこれらの理論を簡単にレビューし、私たちの研究がこのより広い文脈にどのように適合するかについて議論します。 初め、
すでに上で述べたように、Nesvorn´y et al。 (2023) 持っています
クラスター誘発ダイナミクスがどのようにして
近日点で分離された TNO の集団は、次のことを示しています。
q-broadening プロセスは原始的なものであった可能性があります。
そして、P9 はこの観察を説明するのに厳密には必要ではない7
。 同様に、Huang et al. (2022) 持っています
地球数個の質量のルージュが存在する可能性を提案した。
海王星以遠惑星は、何らかのプロセスによって除去されるまでに、数億年にわたって外部システムの構造に影響を与えた可能性があります
軌道クラスタリングに関しては、Shankman et al. (2017);Bernardinelli et al. (2020)そしてNapier et al. (2021)は、空の限られた領域を調べた個々のサーベイが、軌道整列の有無を厳密に判断するのに十分な固有の観測バイアスを克服するのに一般的に苦労していることを示している。この制限により、一部の著者は、観測された軌道の整列を錯覚であると解釈しています。これらの課題にもかかわらず、DES調査の強いバイアスがあっても、Bernardinelli et al. (2020)と報告した。
∼2σ昇順ノードの経度のクラスタリングにおける重要度。さらに、入手可能なすべてのデータの包括的な可観測性分析は、観測バイアスを考慮した後、遠隔KBOがルンゲ・レンツ(離心率)ベクトルと角運動量ベクトルに共同でクラスター化され、有意水準が約99.6%であることが示された(ブラウン、2017;ブラウン&バティギン、2019,2021).最後に、データ内の軌道拡散率とクラスタリングの間に観察された反相関(Batygin等。2019)は、観察バイアスのみに起因する可能性は低い。別の開発では、Huang & Gladman (2023)最近、3つの特定のTNOのアライメントを提案しました—セドナ、2012VP113
、Leleakuhonua— は実在するが、P9 によって創造されたものではない。それどころか、彼らの写真では、これらの天体の軌道は、太陽系の歴史の初期の出来事によって形作られ、その後、現在の時代に再調整されるのに十分な歳差運動をした可能性があります。
高傾斜人口の場合、Kaib et al. (2019)は、OSSOSの調査から推測されたように、逆行するケンタウロスのフラックスが、惑星9を除外した太陽系モデルで説明するには大きすぎることを示しました。彼らの計算はさらに、惑星9の存在がこの不一致を調和させることができることを示しましたが、採用されたP9パラメータは、観測値よりも数度高い模擬検出の傾きの中央値をもたらしました。それでも、別の説明として、Kaib et al. (2019)また、過去に太陽が銀河系を通過したことでオールトの雲が豊かになり、それによって逆行するケンタウロスのフラックスが増強された可能性も示唆されている。
上記のすべてとは対照的に、この研究で焦点を当てた海王星を横切る天体は、決定的な点で異なっている:傾斜角が低く、近日点が短いため、これらの天体は急速な軌道カオスを経験し、力学的寿命が短い(単純なリバウンドシミュレーションは、惑星9がない場合、図1に示されている天体は、
∼100ミル;手綱とタマヨ2015).これは、現在の軌道の原因となる力学的過程が、遠い過去の遺物ではなく、進行中であることを示唆している。したがって、この母集団を説明することを目的としたP9の代替案は、Nesvorný et al. (2023).そのような可能性の1つが修正ニュートンダイナミクス(MOND)であり、最近の提案はブラウン&マトゥール(2023)そしてミガシェフスキ (2023)MONDは、惑星9に起因するいくつかの現象を説明できるかもしれないと示唆しました。しかし、この仮説は次のような大きな課題に直面しています。Vokrouhlický et al. (2024)は、MONDが長周期彗星の観測された比エネルギー分布を著しく乱すことを示し、さらに、MONDの特定の変種が分離した天体のダイナミクスを正確に説明できないことを明らかにした。かつBanik et al. (2024)は、Gaia DR3データセットの幅広いバイナリデータを用いて、太陽系外縁部スケールでニュートン重力がMONDよりも非常に強く支持されることを実証しました。同等の結論は、Fienga et al. (2016);フィエンガ & ミナッツォーリ (2023)惑星の暦の見晴らしの良いところから。
代替理論の別のクラスには、自己引力力学が含まれます。マディガン&マコート(2016)は、太陽系外縁部の現在の構造を形作るメカニズムとして、傾斜不安定性を最初に提唱した。その後の研究では、この図式が精緻化され、この不安定性は、最初は平面的ではあるが、非常に偏心した小天体の円盤内に自然に現れ、合計で地球の質量の約10倍になる可能性があると主張している(ズデリック&マディガン2023およびその中の参照)。しかし、GPU で高速化されたシミュレーションで示されているように、ダス&バティギン(2023)このような巨大な円盤であっても、海王星散乱を自己無撞着にモデル化すれば、傾きの不安定性は完全に抑制されます。無関係な努力で、セフィリアン & トウマ (2019)は、P9のようなダイナミクスの潜在的な推進力として、約700天文単位まで伸びる微惑星の同様に巨大でやや偏った円盤のアイデアを模索しました。それにもかかわらず、このような羊飼いの円盤の起源、そしてさらに重要なことに、マルチジャイルの時間スケールで首尾一貫した状態を維持する能力についての適切な説明は、とらえどころのないままです。
私たちの仕事と密接に関連する研究では、Nesvorný et al. (2023)は、巨大な惑星の散乱と銀河団による進化の相互作用が、遠くのTNOの近日点を上昇させたのと同じ相互作用を、
∼3オールトの雲の内側にある地球の物質の塊は、自明ではない軌道の進化を促進する可能性がある。最近の論文では、(Batygin & Nesvorný,2024)では、このシナリオの創発的位相平均ダイナミクスを解析し、物理像がvon Zeipel-Lidov-Kozai(vZLK)サイクルと質的に同一であることを発見しました。また、オールトの雲の内側の質量が不当に大きい(地球の数十倍から数百倍の質量)とされない限り、これらの周期の特徴的な時間スケールは太陽の年齢をはるかに超えていることも計算で示されました。それゆえ、現在のところ、惑星9は、長周期の海王星-交差者の観測された分布についての唯一のもっともらしい説明であり続けています。
要約すると、この研究は、プラネット9仮説を支持する新しい証拠を導入しました。興味深いことに、ここに記述されているダイナミクスは、惑星9に関する他のすべての証拠と共に、ベラ・ルービン天文台の運用開始と共に、間もなく厳しい試練に直面するでしょう。この探査の次の段階は、太陽系の外縁部の謎に重要な洞察をもたらすことを約束します。
Fred Adams氏、Gabriele Pichierri氏、Max Goldberg氏、Juliette Becker氏には、洞察に満ちた議論をいただき、感謝しています。原稿の改善につながった完全で洞察力に富んだ報告をしてくれた匿名の査読者に感謝します。K.B.は、カリフォルニア工科大学とデビッド&ルシール・パッカード財団の寛大な支援に感謝しています。
要約
太陽系の遠方では、豊富な異常な力学的構造が示されており、
まだ検出されていない巨大な海王星以遠天体の存在 — 惑星 9。以前の分析により、
この天体によって引き起こされた軌道進化が、さまざまな外来種の起源をどのように説明できるか
高い近日点を特徴とする軌道から、極端な傾斜角を持つ軌道までさまざまです。 この中で
作業にあたり、焦点をより従来型の TNO クラスに移し、観察された国勢調査を検討します。
これまで未踏の惑星探査機として、長周期でほぼ平面状の海王星以遠天体を観測
9 仮説。 この目的のために、私たちは自己一貫性のある包括的な N 体シミュレーションを実行します。
すべての巨大な惑星、銀河の潮流、および通過する星からの重力摂動をモデル化します。
原始的な巨大惑星の移動と太陽の初期の状態を説明する初期条件から生じる
星団内での進化。 観測バイアスを考慮すると、我々の結果は、軌道が
このオブジェクトのグループのアーキテクチャは、P9 を含むモデルの予測と密接に一致しています。 で
まったく対照的に、P9 のないシナリオは、〜 5 σ の信頼水準で統計的に拒否されます。 それに応じて、
この研究は、惑星 9 の存在を裏付ける新たな一連の証拠を導入し、さらに詳しく説明します。
一連の観測予測は、短期的な解決に向けて準備が整っています。
キーワード: 太陽系進化 (2293)、太陽系海王星天体 (1705)、軌道 (1184)
1. はじめに
小天体の海王星以遠集団の発見と特徴付けは、
私たちの物語を再考する上で極めて重要な役割を果たします。
太陽系の長期的な進化。 定性的なものを超えて
不安定性主導のシナリオ（一般的にはNice モデルと呼ばれます。 ツィガニスら。 2005年; モル・ビデリら。 2005年; ゴメスら。 2005)、詳細なモデリング
カイパーベルトの形成は、巨大惑星の移動の歴史に注目すべき歴史をもたらした
集中度 (Nesvorn´y 2018)。 の進歩として
観察調査により私たちの理解が深まりました
ただし、太陽系外部の軌道構造は、
容易には解明できない一連の異常なパターン
初期の動的彫刻に起因するものであることが明らかになりました。
これらの異常には、長周期太陽系太陽系外縁天体 (TNO) の後方線の明らかなクラスター化が含まれます。
軌道、その軌道面の配列、遠方に広がる近日点を持つ天体の存在
海王星の重力の影響、高度に拡張された
TNO傾斜の分布と驚くべきこと
逆行性のケンタウロスの蔓延。 これらをまとめると、
不規則性はまだ発見されていないものの存在を示唆しています
暫定的にプラネット・ナイン（P9）と名付けられた巨大な惑星、
その重力の影響が外側の領域を彫刻します
海王星以遠空間の (Batygin et al. 2019)。 その間
これらのパターンは一連の論文で主に特定されています
8 年以上前に遡ります (Brown et al. 2004; Gladman
他。 2009年; トルヒーヨ＆シェパード 2014; ゴメスら。 2015年;
Batygin & Brown 2016a)、多数の研究が実施
過去 10 年間にわたり、P9 の動的影響が太陽系の観察された特性にどのような影響を与えるかを研究してきました (Batygin & Brown 2016a,b; Brown
& バティギン 2016; ベスト2016; バティギン＆モルビデリ 2017;ミルホランド＆ラフリン 2017; ベッカーら。 2017年; セイル・レンフェストら。 2017年; ハッデンら。 2018年; リーら。 2018年;
ベッカーら。 2018年; バティギンら。 2019年; カイブら。 2019年;カインら。 2020年; クレメント＆カイブ 2020; オルドロイド＆トゥルーヒージョ2021; クレメント＆シェパード 2021; バティギン＆ブラウン
2021年; ブラウン＆バティギン 2021）。
一般的に言えば、観察された不規則性は、太陽系外縁天体は次のように分類できます。
動的に切り離されたオブジェクト (近日点経度と位置関係のクラスタリング軌道面の）およびカオスに関連するもの、
海王星と交差する軌道、特に顕著です。
傾きの高い人口。 しかし、プラネット ナイン仮説の下では、これらのカテゴリー間の境界はいくぶん曖昧になっています。
P9 によって駆動されると、長周期 TNO が分離状態と海王星横断状態の間で遅れて振動する可能性があります。
永年（〜Gyr）タイムスケール（例、Batygin et al. 2019）。
この単純な事実は、重要な結果を必然的にもたらします。
プラネット・ナインが存在するなら、継続的に生産されるはずです
ほぼ平面状 (i < 40 度)、長周期 (a > 100 AU)
q < 30 AU より小さい近日点を持つ天体。 驚くべきことに、十数個の複数の敵対オブジェクトが適合しています。
この説明は特定されていますが (図 1)、プラネット ナインの文脈におけるその重要性
仮説は未解明のままです。
この研究の主な目的は、これらの物体の力学的起源を分析し、その可能性を評価することです。
惑星9の新しい探査機としての役割を果たします。この目的のために、
私たちは 2 セットの包括的な数値シミュレーションを実行します。1 つは重力の影響を考慮したものです。
惑星 9 – P9 の重力によって、ほぼ平面的な長周期の低 Q 軌道の生成が促進されます – そして
それを除いたもう一方は、遠く離れたものの進化です。
TNO は主に海王星散乱によって引き起こされます。
銀河の潮流 (Fouchard et al. 2014)。 これらの数値実験を総合すると、海王星は
散在する円盤オブジェクトに対する正真正銘の障壁を構成します。
P9 主導の進化により、摂動軌道がこのしきい値を容易に超えることが可能になり、明確な特徴が作成されます。
さらに、観察バイアスを考慮すると、
これは新しいアプローチであり、私たちの計算は、観測された軌道の分布が強力に裏付けていることを示しています。
目に見えない惑星の存在。 この残りは
論文は以下のように構成されています。 セクション 2 では、数値シミュレーション手法の概要を説明します。 セクション 3 では、次のように説明します。
私たちの調査結果を基に、観察バイアスの扱いについて議論し、結果を両方の観察結果と比較します。
データと最先端の P9 フリー太陽電池モデル
システムのアーキテクチャ。 私たちの計算から得られた結論とさらなる観測予測
セクション 4 で説明します。
図 1. a > 100 AU、i < 40 deg、q < 30 AU のよく特徴付けられた TNO の調査。 内の 29 個のオブジェクトのうち、
これらの軌道基準を満たす小惑星センター データベースでは、私たちの分析は、軌道が確立されている 17 個の天体に制限されています。
複数の反対者の観察を通じて定量化されます。
左側のパネルは、軌道を上から見た図を示しています。 右側のパネルは、準長星に対する近日点距離のプロットを示しています。
軸; 点の横にある数字は、各天体の軌道傾斜角を度単位で示します。 注目すべきは近日点の広がり
距離は、〜 16 天文単位と海王星の軌道の間で比較的平坦な分布を形成します。
図 2. 積分の最後の 500 Myr 以内で、ほぼ平面 (i < 40 度) の海王星交差軌道に到達する計算内で選択された粒子の進化。
上、中、下のパネルは時系列を示しています。
それぞれ長半径、近日点距離、傾斜角です。 一部の粒子は大きな近日点振動を経験します
その期間中順行軌道に留まりながら、
シミュレーション。 他のものは、偏心と傾きの結合を示します
ドライブ軌道が反転するダイナミクス。 軌道の進化は常に確率的ですが、カオス的な拡散の速度は非常に大きくなります。
粒子が海王星を横切る軌道に達すると増加します。
図 3. P9 を含む N 体シミュレーション (左) と P9 を含まない N 体シミュレーション (右) の軌道分布の比較。 両方
パネルは、i < 40 度のシミュレートされた TNO の軌道フットプリントの長半径に対する近日点距離を示しています。 の
重なっている等高線は密度分布を表し、明るい色はオブジェクトの集中度が高いことを示します。 その間
パネル自体は生のシミュレーション データを示し、軸に沿ったヒストグラムは、
限界等級 Vlim = 24 を仮定した近日点距離 (垂直) と長半径 (水平)。
図 4. 観測された海王星横断天体 (TNO) の近日点分布と
プラネット 9 を使用した場合と使用しない場合のシミュレーション。上のパネルは、変数 ξ の分布を示しています。
近日点の累積分布関数値
数値モデルから導出された既知のオブジェクトに対して、
観察バイアスを説明します。 一様分布
0 と 1 の間の ξ は、両者の間の強い一致を示します。
観測データとシミュレーション。 P9 モデルは次のことを示します
ξ のより均一な分布 (p = 0.41)
P9 のないモデル (p = 0.0034) は、より良い一致を示唆しています。
観測データと一緒です。 下部パネルには、
対数統計量の確率分布関数、
ξ 分布の均一性を定量化する ξ
観察バイアスを調整した観察対象 の垂直線は、
P9 モデル (-7.9) と P9 フリー モデル (-16.5)、
-7.2 でマークされた予想される ζ 分布の平均。
分布の広がりは σ (標準偏差) で示され、1.8 です。 P9 モデル統計の近さ
P9 を含まないモデルと比較した全体平均 – より多くの嘘をついています
5 σ 以内 – 統計的に有意な選好を反映
プラネット9仮説の場合。
4。討議
この研究では、海王星を横切る、低傾斜、長周期の軌道分布を考慮しました。
TNO は、これまで未確認であった惑星 9 の存在の診断法として利用されています。太陽系の長期進化の N 体シミュレーションを実施することで、私たちは次のような結果を得ることができました。
P9 によって促進されるダイナミクスが海王星横断離心率を 100 AU 以上で自然に駆動またはビットすることを示しました。
さらに、新しいバイアス手順を考案しました。
シミュレーションデータを既存の観測結果と比較するため
そして、q < 30 AU TNO の国勢調査が有効であることを実証しました。
以下を含む太陽系モデルを強く支持します。
惑星9。
4.1. 観測による予測
既存の観測結果との比較と同様に重要なことですが、ここで示した結果は一連の結果を提供します。
短期的な見通しを備えた、容易に反証可能な予測
解決のために。 この目的のために、いかなる比較も
たとえバイアスが考慮されていても、現在のデータでは
なぜなら、 は本質的に不完全であり、より均一に取得された一連の観察は、モデルをテストするための優れた基礎となるからです。 幸いなことに、予想通り
ベラ・ルービン天文台による運用の開始、天体のクラスの軌道分布
ここで考慮すること (図 1) は、より明確になります。
焦点を合わせると、図 3 に示す a−q 軌道分布が直接テストされます。
別の観測ハンドルは、海王星を横切る天体の絶対比率を調べることによって提供されます。
q > 30 AU のもの。 図 3 の 2 つのパネルに示されている粒子の数はほぼ同じですが、軌道上の総フットプリントの数は
P9フリーパネルを生成するために使用されました
P9 を含むパネルの値を上回ります。 この不一致は、オブジェクトの注入がより効率的になった結果です。
惑星の存在下で q < 30 AU 領域へ
9. より定量的には、海王星横断の比率
傾斜 i < 40 度および準メジャーの天体
100 ～ 1000 AU の軸から q > 30 AU の軸は
プラネット 9 シナリオでは 〜 3% であるのに対し、わずか 〜 0.5%
P9フリーの場合。 現在の観察国勢調査は、これを定量化する厳密な手段を提供していません。
価値観、総合調査の登場
VRO による研究は、この予測を評価するためのより決定的な機会を提供するでしょう。
最後に、予測された傾斜分布は次のようになります。
探究の道。 ここでは傾向バイアスについて詳しくは掘り下げていませんが、注目すべき点は次のとおりです。
P9 と P9- によって生成される傾斜分布
無料のシミュレーションは著しく異なります。 具体的には、
P9 の存在下での分布は急激な上昇を示します。
私は30度以下です。 一方、P9 を含まないモデル ex は、かなり平坦な分散を抑制します (図 5)。 これ
予測は、確固たる統計的根拠に基づいて行われます。
VRO からの今後の結果。
4.2. プラネット 9 の代替品
結論として、P9 で次のことが説明されていることに注意してください。
太陽系外縁部の異常な構造
統一された枠組みではあるが、いくつかの代替理論が存在する
P9 仮説の個々の側面を説明するために提案されました。 ここでこれらの理論を簡単にレビューし、私たちの研究がこのより広い文脈にどのように適合するかについて議論します。 初め、
すでに上で述べたように、Nesvorn´y et al。 (2023) 持っています
クラスター誘発ダイナミクスがどのようにして
近日点で分離された TNO の集団は、次のことを示しています。
q-broadening プロセスは原始的なものであった可能性があります。
そして、P9 はこの観察を説明するのに厳密には必要ではない7
。 同様に、Huang et al. (2022) 持っています
地球数個の質量のルージュが存在する可能性を提案した。
海王星以遠惑星は、何らかのプロセスによって除去されるまでに、数億年にわたって外部システムの構造に影響を与えた可能性があります
軌道クラスタリングに関しては、Shankman et al. (2017);Bernardinelli et al. (2020)そしてNapier et al. (2021)は、空の限られた領域を調べた個々のサーベイが、軌道整列の有無を厳密に判断するのに十分な固有の観測バイアスを克服するのに一般的に苦労していることを示している。この制限により、一部の著者は、観測された軌道の整列を錯覚であると解釈しています。これらの課題にもかかわらず、DES調査の強いバイアスがあっても、Bernardinelli et al. (2020)と報告した。
∼2σ昇順ノードの経度のクラスタリングにおける重要度。さらに、入手可能なすべてのデータの包括的な可観測性分析は、観測バイアスを考慮した後、遠隔KBOがルンゲ・レンツ(離心率)ベクトルと角運動量ベクトルに共同でクラスター化され、有意水準が約99.6%であることが示された(ブラウン、2017;ブラウン&バティギン、2019,2021).最後に、データ内の軌道拡散率とクラスタリングの間に観察された反相関(Batygin等。2019)は、観察バイアスのみに起因する可能性は低い。別の開発では、Huang & Gladman (2023)最近、3つの特定のTNOのアライメントを提案しました—セドナ、2012VP113
、Leleakuhonua— は実在するが、P9 によって創造されたものではない。それどころか、彼らの写真では、これらの天体の軌道は、太陽系の歴史の初期の出来事によって形作られ、その後、現在の時代に再調整されるのに十分な歳差運動をした可能性があります。
高傾斜人口の場合、Kaib et al. (2019)は、OSSOSの調査から推測されたように、逆行するケンタウロスのフラックスが、惑星9を除外した太陽系モデルで説明するには大きすぎることを示しました。彼らの計算はさらに、惑星9の存在がこの不一致を調和させることができることを示しましたが、採用されたP9パラメータは、観測値よりも数度高い模擬検出の傾きの中央値をもたらしました。それでも、別の説明として、Kaib et al. (2019)また、過去に太陽が銀河系を通過したことでオールトの雲が豊かになり、それによって逆行するケンタウロスのフラックスが増強された可能性も示唆されている。
上記のすべてとは対照的に、この研究で焦点を当てた海王星を横切る天体は、決定的な点で異なっている:傾斜角が低く、近日点が短いため、これらの天体は急速な軌道カオスを経験し、力学的寿命が短い(単純なリバウンドシミュレーションは、惑星9がない場合、図1に示されている天体は、
∼100ミル;手綱とタマヨ2015).これは、現在の軌道の原因となる力学的過程が、遠い過去の遺物ではなく、進行中であることを示唆している。したがって、この母集団を説明することを目的としたP9の代替案は、Nesvorný et al. (2023).そのような可能性の1つが修正ニュートンダイナミクス(MOND)であり、最近の提案はブラウン&マトゥール(2023)そしてミガシェフスキ (2023)MONDは、惑星9に起因するいくつかの現象を説明できるかもしれないと示唆しました。しかし、この仮説は次のような大きな課題に直面しています。Vokrouhlický et al. (2024)は、MONDが長周期彗星の観測された比エネルギー分布を著しく乱すことを示し、さらに、MONDの特定の変種が分離した天体のダイナミクスを正確に説明できないことを明らかにした。かつBanik et al. (2024)は、Gaia DR3データセットの幅広いバイナリデータを用いて、太陽系外縁部スケールでニュートン重力がMONDよりも非常に強く支持されることを実証しました。同等の結論は、Fienga et al. (2016);フィエンガ & ミナッツォーリ (2023)惑星の暦の見晴らしの良いところから。
代替理論の別のクラスには、自己引力力学が含まれます。マディガン&マコート(2016)は、太陽系外縁部の現在の構造を形作るメカニズムとして、傾斜不安定性を最初に提唱した。その後の研究では、この図式が精緻化され、この不安定性は、最初は平面的ではあるが、非常に偏心した小天体の円盤内に自然に現れ、合計で地球の質量の約10倍になる可能性があると主張している(ズデリック&マディガン2023およびその中の参照)。しかし、GPU で高速化されたシミュレーションで示されているように、ダス&バティギン(2023)このような巨大な円盤であっても、海王星散乱を自己無撞着にモデル化すれば、傾きの不安定性は完全に抑制されます。無関係な努力で、セフィリアン & トウマ (2019)は、P9のようなダイナミクスの潜在的な推進力として、約700天文単位まで伸びる微惑星の同様に巨大でやや偏った円盤のアイデアを模索しました。それにもかかわらず、このような羊飼いの円盤の起源、そしてさらに重要なことに、マルチジャイルの時間スケールで首尾一貫した状態を維持する能力についての適切な説明は、とらえどころのないままです。
私たちの仕事と密接に関連する研究では、Nesvorný et al. (2023)は、巨大な惑星の散乱と銀河団による進化の相互作用が、遠くのTNOの近日点を上昇させたのと同じ相互作用を、
∼3オールトの雲の内側にある地球の物質の塊は、自明ではない軌道の進化を促進する可能性がある。最近の論文では、(Batygin & Nesvorný,2024)では、このシナリオの創発的位相平均ダイナミクスを解析し、物理像がvon Zeipel-Lidov-Kozai(vZLK)サイクルと質的に同一であることを発見しました。また、オールトの雲の内側の質量が不当に大きい(地球の数十倍から数百倍の質量)とされない限り、これらの周期の特徴的な時間スケールは太陽の年齢をはるかに超えていることも計算で示されました。それゆえ、現在のところ、惑星9は、長周期の海王星-交差者の観測された分布についての唯一のもっともらしい説明であり続けています。
要約すると、この研究は、プラネット9仮説を支持する新しい証拠を導入しました。興味深いことに、ここに記述されているダイナミクスは、惑星9に関する他のすべての証拠と共に、ベラ・ルービン天文台の運用開始と共に、間もなく厳しい試練に直面するでしょう。この探査の次の段階は、太陽系の外縁部の謎に重要な洞察をもたらすことを約束します。
Fred Adams氏、Gabriele Pichierri氏、Max Goldberg氏、Juliette Becker氏には、洞察に満ちた議論をいただき、感謝しています。原稿の改善につながった完全で洞察力に富んだ報告をしてくれた匿名の査読者に感謝します。K.B.は、カリフォルニア工科大学とデビッド&ルシール・パッカード財団の寛大な支援に感謝しています。
※コメント投稿者のブログIDはブログ作成者のみに通知されます