Πλανήτης 9, MOND ή κάτι άλλο ;

Πλανήτης 9, MOND ή κάτι άλλο ;

Σε μια εποχή που τα διαστημικά ταξίδια χαρακτηρίζονται ρουτίνα, ακούγεται ίσως σοκαριστικό πως η πιθανή ανακάλυψη ενός 9ου πλανήτη στο ηλιακό μας σύστημα, θα μπορούσε να υποδηλώσει ότι η γνώση μας για την πιο κοινή και φαινομενικά πιο απλή δύναμη τριγύρω μας, την βαρύτητα, είναι ελλιπής.
Έχει εκτιμηθεί ότι ο ένατος πλανήτης, αν υπάρχει, θα έχει περίπου 5.000 φορές η μάζα του Πλούτωνα, δηλαδή 5-10 φορές, την μάζα της γης, καθιστώντας τον, τον 5ο μεγαλύτερο πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος. Για άλλα ηλιακά συστήματα είναι ένα συνηθισμένο μέγεθος, μοναδικό όμως για το δικό μας, με μια μάζα μεταξύ Γης και Ουρανού. Βαρυτικά θα πρέπει να είναι κυρίαρχος στη γειτονιά του, πιθανόν πιο φωτεινός και πιο κοντά σε εμάς από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, αυξάνοντας έτσι τις πιθανότητες ανακάλυψής του.

Θα μπορούσαν όμως τα δεδομένα που «δείχνουν» έναν μυστηριώδη πλανήτη στην άκρη του ηλιακού συστήματος, να υποδηλώνουν πραγματικά ότι ήρθε η ώρα να επανεξετάσουμε τη θεωρία της βαρύτητας;

Πρόβλημα στην άκρη της γειτονίας μας ;
Η ανακάλυψη (1992) και η μελέτη της Ζώνης Kuiper (ένας «δίσκος» στην εξωτερική περιοχή του ηλιακού συστήματος που φιλοξενεί διάφορα παγωμένα σώματα, όπως κομήτες και αστεροειδείς), αποτέλεσε πρόσθετο σημάδι ότι ο Πλανήτης 9 μπορεί κάλλιστα να υπάρχει, αφού προτείνεται για να εξηγήσει τις περίεργες τροχιές ορισμένων μακρινών αντικειμένων της (όπως η Sedna και το 2012 VP113), τα οποία δεν «εκδιώκονται» βαρυτικά από τον Ποσειδώνα, όπως τα υπόλοιπα αντικείμενα της Ζώνης.
Συγκεκριμένα, το 2016, ορισμένα από αυτά τα παγωμένα αντικείμενα βρέθηκαν να έχουν τροχιακές ανωμαλίες και συσσωματώσεις σε αντίθεση με τα υπόλοιπα σώματα της ζώνης Kuiper. Επειδή η παρουσία του Ποσειδώνα ανακαλύφθηκε σαν αποτέλεσμα της βαρυτικής του έλξης πάνω σε άλλα αντικείμενα του ηλιακού συστήματος, οι ειδικοί πιστεύουν ότι αυτές οι περίεργες τροχιές, θα μπορούσε να είναι και εδώ το αποτέλεσμα έλξης ενός άγνωστου πλανήτη.
Οι Harsh Mathur και Katherine Brown, δύο ερευνητές από το Case Western Reserve University και το Hamilton College αντίστοιχα, μελέτησαν την βαρυτική επίδραση που θα είχε ευρύτερα ο Γαλαξίας μας σε τέτοια σώματα (που βρίσκονται στα εξωτερικά άκρα του ηλιακού μας συστήματος), εάν οι δυνάμεις της βαρύτητας θα περιγραφόταν από μία θεωρία γνωστή ως Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική (Modified Newtonian Dynamics-MOND).

Τι είναι όμως η ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗ ΝΕΥΤΩΝΙΑ ΔΥΝΑΜΙΚΗ (MOND) ;
Είναι μια εναλλακτική θεωρία της βαρύτητας που προτείνεται ως τροποποίηση στη δυναμική του Νεύτωνα για να εξηγήσει ορισμένα παρατηρούμενα φαινόμενα, ιδιαίτερα σε γαλαξιακή κλίμακα, χωρίς την ανάγκη για παραδοχή της σκοτεινής ύλης.  Αν και παραδοσιακά σχετίζεται με την εξήγηση φαινομένων γαλαξιακής κλίμακας, η MOND έχει διερευνηθεί ΚΑΙ ως δυνατότητα ερμηνείας των τροχιακών ανωμαλιών κάποιων σωμάτων στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα, ιδιαίτερα εκείνων που σχετίζονται με τον υποθετικό Πλανήτη 9.
Απο την φύση της δεν είναι αντίθετη με τη ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (ΓΘΣ). Στοχεύει να εξηγήσει τις μαζικές αποκλίσεις στις παρατηρούμενες γαλαξιακές βαρυτικές συμπεριφορές χωρίς να επικαλείται τη σκοτεινή ύλη αλλά και χωρίς να ακυρώνει απαραίτητα τη ΓΘΣ.
Θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε μια εκτεταμένη θεωρία όπως η Tensor-Vector-Scalar (TeVeS), η οποία περιλαμβάνει τις αρχές της ΓΘΣ, αλλά προσθέτει και επιπλέον όρους για να εξυπηρετήσει τις προβλέψεις της MOND.
Ωστόσο, η MOND και η ΓΘΣ παραμένουν διαφορετικές θεωρίες μεταξύ τους, καθώς η καθεμία αντιμετωπίζει διαφορετικές πτυχές της βαρύτητας και της δομής του σύμπαντος.
Εάν η MOND αποδεικνυόταν αληθινή, η ΓΘΣ θα εφαρμοζόταν προσεγγιστικά στα περισσότερα σενάρια κίνησης, αλλά για ορισμένα συστήματα θα απαιτούνταν μία πρόσθετη πολυπλοκότητα θεωρίας, όπως η TeVeS.
Θα λέγαμε ότι η MOND και η ΓΘΣ είναι συμπληρωματικές θεωρίες, με την MOND να επικεντρώνεται σε χαμηλές επιταχύνσεις, ενώ η ΓΘΣ διατηρεί την κυριαρχία της σε ισχυρά βαρυτικά πεδία και στον καμπύλο χωροχρόνο.

Τελικά, Πλανήτης 9 ή MOND ;
Οι Brown και Batygin, με βάση τις παρατηρήσεις τους σε έξι ακραία «υπερποσειδώνια αντικείμενα» (ETNOs) [1], ερεύνησαν εάν η MOND θα μπορούσε να προσφέρει μια εναλλακτική εξήγηση αντί για τον Πλανήτη 9.
Η «σύνδεση» που προτάθηκε μεταξύ της MOND και του υποθετικού πλανήτη 9 μπορεί να φαίνεται περίεργη, αλλά προκύπτει από το γεγονός της παράξενης κινητικής συμπεριφοράς μιας ομάδας συγκεκριμένων σωμάτων σε αυτή την Ζώνη.
Προς έκπληξή τους, διαπίστωσαν ότι πράγματι η MOND θα μπορούσε να εξηγήσει τις ίδιες παρατηρούμενες τροχιακές ευθυγραμμίσεις, όπως θα εξηγούσε βεβαίως και η πιθανή ύπαρξη του Πλανήτη 9, θέτοντας έτσι εν αμφιβόλω την αναγκαιότητα της ύπαρξης ενός πλανήτη που δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί…
Θα μπορούσαν όμως αυτές οι κινήσεις να εξηγηθούν, πράγματι, με βάση μόνο την MOND, εάν αυτή είναι η σωστή θεωρία για τη βαρύτητα ;
«Θέλαμε να δούμε αν τα δεδομένα που υποστηρίζουν την υπόθεση του Πλανήτη 9 θα απέκλειαν αποτελεσματικά τη MOND», είπε ο Brown, ωστόσο ανακάλυψαν ότι η παρατηρούμενη περίεργη ομαδοποίηση θα μπορούσε, πράγματι, να οφείλεται μόνο στην MOND και όχι σε πλανήτη.
Οι Mathur και Brown προτείνουν ότι κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, οι τροχιές ορισμένων αντικειμένων του εξωτερικού ηλιακού συστήματος θα μπορούσαν να έχουν «συρθεί βαρυτικά» και αντί να ευθυγραμμίζονται με το υπόλοιπο ηλιακό σύστημα, να ευθυγραμμίζονται με το βαρυτικό πεδίο του Γαλαξία, μία ευθυγράμμιση που το δίδυμο των επιστημόνων διαπίστωσε ότι ταυτιζόταν «εντυπωσιακά».
Προς τιμήν τους οι ίδιοι οι επιστήμονες προτρέπουν να είμαστε προσεκτικοί στην αξιολόγηση των ευρημάτων τους, παραδεχόμενοι, ότι το σύνολο δεδομένων που εξάγεται από αυτήν την έρευνα είναι μικρό και υποδηλώνει ότι οποιαδήποτε άλλη πιθανότητα θα μπορούσε να είναι σωστή.
«Ανεξάρτητα από το αποτέλεσμα, αυτή η εργασία υπογραμμίζει τη δυνατότητα για το εξωτερικό ηλιακό σύστημα, να χρησιμεύσει ως εργαστήριο για τον έλεγχο της βαρύτητας και τη μελέτη θεμελιωδών προβλημάτων της φυσικής», κατέληξε ο Μπράουν.

Συμπέρασμα
Αποδείξεις του ένατου πλανήτη μέχρι σήμερα δεν υπάρχουν, παρόλο την εμμονή των επιστημόνων στην αναζήτησή του, αφού μια πιθανή ανακάλυψή του, θα αποτελούσε φετίχ στην σύγχρονη αστρονομία.
Πρόσφατα, με την χρήση προηγουμένων μελετών και δεδομένων από τα Data Release 2 (DR2) [2], κατάφεραν να περιορίσουν σημαντικά τις πιθανές τοποθεσίες του Πλανήτη 9, που είχαν υπολογιστεί από προηγούμενες μελέτες.
Ο Brown σε πρόσφατη συνέντευξη μεταξύ άλλων ανέφερε «…θα ήθελα πολύ να πω ότι το πιο σημαντικό αποτέλεσμα θα ήταν η εύρεση του Πλανήτη Εννέα, που εμείς δεν το καταφέραμε. Βέβαια, έχουμε περιορίσει σημαντικά την περιοχή αναζήτησης, έχοντας ερευνήσει μέχρι τώρα περίπου το 80% των περιοχών όπου πιστεύουμε ότι μπορεί να βρίσκεται ο Πλανήτης 9. Θεωρώ οτι το LSST [3] θα αποτελέσει το κομβικό στοιχείο στην έρευνα για την εύρεση του Πλανήτη Εννέα. Όταν ξεκινήσει η λειτουργία του σε 1-2 χρόνια, θα καλύψει γρήγορα μεγάλο μέρος του χώρου αναζήτησης και αν ο Πλανήτης Εννέα είναι εκεί, θα τον βρει».
Ωστόσο, μια τέτοια ανακάλυψη δεν θα επηρέαζε άμεσα τις αρχές ούτε της ΓΘΣ του Αϊνστάιν, αλλά και ούτε της Νευτώνειας βαρύτητας, θεωρίες που είναι εδραιωμένες, επιβεβαιωμένες και δοκιμασμένες. Επίσης, δεν θα επιβεβαίωνε άμεσα την Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική (MOND). Όμως, θα μπορούσε να προσφέρει νέες γνώσεις για τη βαρυτική δυναμική και ενδεχομένως βελτιώσεις στην κατανόηση της ουράνιας μηχανικής εντός του ηλιακού μας συστήματος.
Από την άλλη, η επιτυχία της MOND στην εξήγηση της κίνησης του εξωτερικού τμήματος του ηλιακού μας συστήματος εξακολουθεί να είναι υπό κρίση, ενώ συνεχίζει να αντιμετωπίζει δυσκολίες στους υπολογισμούς ακριβών προβλέψεων για μικρότερα σώματα μέσα στο δικό μας ηλιακό σύστημα.
Στην επιστημονική κοινότητα επικρατεί η άποψη ότι η de facto επιβεβαίωση της MOND θα απαιτούσε ανεξάρτητα στοιχεία και δοκιμές σε διαφορετικές κλίμακες, όπως η γαλαξιακή δυναμική.
Επιπλέον, η παραδοχή της MOND για πλήρη αντικατάσταση της σκοτεινής ύλης παραμένει αβέβαιη, καθώς αποτυγχάνει να ερμηνεύσει πλήρως τη μάζα που λείπει από το σύμπαν.

[1]
ETNOs : Extreme Trans-Neptunian Objects

[2]
Το Data Release 2 (DR2) αναφέρεται στη δεύτερη σημαντική έκδοση δεδομένων αστρονομικών ερευνών ή αποστολών. Για παράδειγμα, το Dark Energy Survey (DES) DR2 και Gaia DR2 είναι σημαντικές εκδόσεις στην αστρονομία.

[3]
LSST (Legacy Survey of Space and Time)  Είναι ένα προηγμένο επίγειο τηλεσκόπιο που βρίσκεται υπό κατασκευή στη Χιλή (στο Παρατηρητήριο Vera C. Rubin) για να διεξάγει μια ευρεία, γρήγορη και βαθιά έρευνα ολόκληρου του ορατού ουρανού. Θα χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη ενός ευρέος φάσματος αστρονομικών φαινομένων, συμπεριλαμβανομένων της σκοτεινής ύλης, της σκοτεινής ενέργειας, των σουπερνόβα και των δυνητικά επικίνδυνων αστεροειδών.
Θα βασίζεται σε έναν κύριο κάτοπτρο 8,4 μέτρων και μια κάμερα 3,2 gigapixel, καθιστώντας το ένα από τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια έρευνας που κατασκευάστηκαν ποτέ. Τα δεδομένα του θα χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός λεπτομερούς τρισδιάστατου χάρτη του σύμπαντος και θα παρέχουν πολύτιμες γνώσεις για διάφορα κοσμικά μυστήρια, φέρνοντας επανάσταση στην κατανόησή μας για το σύμπαν.

Αναφορές :

https://www.space.com/planet-9-mystery-deepens-gravity-theory

https://www.popularmechanics.com/space/solar-system/a45562334/planet-9-mond-hypothesis/

https://www.scientificamerican.com/article/modified-gravity-may-make-planet-nine-disappear/

https://www.livescience.com/physics-mathematics/gravity/elusive-planet-nine-could-be-an-alternative-form-of-gravity-masquerading-as-a-planet-study-claims

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Modified_Newtonian_dynamics

http://www.scholarpedia.org/article/The_MOND_paradigm_of_modified_dynamics