Астрофизики попробовали поискать ещё неизвестную планету Солнечной системы, используя телескоп миллиметрового диапазона ACT в пустыне Атакама, в основном предназначенный для исследования реликтового космического излучения. Гипотетическая планета, согласно недавним расчётам, должна иметь массу примерно с десяток земных и вращаться на расстоянии нескольких сотен астрономических единиц от Солнца. В миллиметровом диапазоне излучения удалось выделить несколько тысяч новых объектов-кандидатов из пояса Койпера. Но планету пока не нашли.
В Солнечной системе, как мы уже знаем, расположено всего восемь планет. В 2006 году астрономы переклассифицировали открытый в 1930 году Плутон из девятой планеты в карликовые планеты, вместе с открытыми позднее Седной, Эрис, Кваваром и другими «транснептуновыми объектами» или Церерой в Главном поясе астероидов. Этот класс объектов не совсем строго определяется как тела, вращающиеся по орбитам вокруг Солнца, но в отличие от «настоящих» планет не настолько массивные, чтобы доминировать на своей орбите, убрав с неё конкурентов сопоставимой массы. После истории с Плутоном астрономы больше задавались вопросом не столько о том, нет ли где-то за Нептуном ещё не открытой девятой планеты, а обращали внимание на поиск объектов в поясе Койпера (за Нептуном) и облаке Оорта на расстояниях в сотни или тысячи астрономических единиц от Солнца.
Мысли о поисках возможной массивной планеты во внешней части Солнечной системы, в сущности, никогда не исчезали. Время от времени энтузиазм искателей «Планеты X» оживает в связи с новыми астрофизическими данными или расчётами. Так, недавние результаты расчёта параметров орбит малых тел за орбитой Нептуна (то есть наклонение орбит, перигелии, ретроградное движение и т. д.) указывают на присутствие неизвестного массивного объекта сильно за пределами известных орбит планет Солнечной системы. Эти данные имеют множество лакун, связанных со статистической неопределённостью и смещённой выборкой наблюдений. Тем не менее они в очередной раз возродили интерес астрофизиков к поиску неизвестной планеты. Так, согласно оценкам, эта «Планета 9» должна иметь массу 5—10 масс Земли и находиться на орбите на расстоянии 400—800 астрономических единиц от Солнца. Нужно напомнить, что самая внешняя планета Солнечной системы, Нептун, обращается на расстоянии всего 30 а.е., а Плутон, о котором в последние пять лет мы много узнали благодаря его облёту кораблём New Horizons в 2015 году — на 40 а.е. Расстояния в сотни астрономических единиц от своих звёзд встречаются у экзопланет в некоторых звёздных системах (например, см. эту и эту заметку). На таком расстоянии планету прямым наблюдением обнаружить малореально даже для таких флагманов в мире телескопов, как PanSTARRS и LSST. Большинство известных объектов Солнечной системы были открыты в видимом диапазоне спектра по отражённому от них солнечному свету. Отражённое излучение от планеты на таком расстоянии будет слишком слабым, но в некоторых случаях можно воспользоваться собственным излучением небесного тела. Объект будет излучать в инфракрасном диапазоне, и такое излучение может в каких-то случаях быть мощнее оптического — для этого объект должен быть нагрет до температур хотя бы порядка пары сотен градусов Кельвина. Так, максимум излучения Земли и объектов на ней с типичными температурами порядка 300K как раз приходится на инфракрасную область. Астрономы ранее безуспешно пытались обнаружить «Девятую планету» при помощи инфракрасных обзоров неба, например, с камер космической обсерватории WISE (Wide-field Infrared Explorer).
В новом исследовании для поиска интересных удалённых объектов Солнечной системы решили задействовать излучение миллиметрового диапазона при помощи телескопа ACT (Atacama Cosmology Telescope). Как следует из названия, это один из многочисленных научных инструментов южного полушария, расположенных в высокогорной чилийской пустыне. Телескоп ACT предназначен для исследования космического фонового излучения в микроволновом диапазоне с длинами волн порядка миллиметров — намного более длинных по сравнению с инфракрасным спектром. Его высокое угловое разрешение и чувствительность позволяют использовать его и в качестве «подзорной трубы» для поиска небесных тел в Солнечной системе, в частности, попробовать поискать с его помощью и «Планету 9». Статья по результатам работы коллектива из нескольких десятков астрономов коллаборации ACT вышла в начале 2022 года в The Astrophysical Journal.
Астрономы просканировали около 87% небесной сферы, доступной для наблюдений из южного полушария на протяжении шести лет работы. Снимки в миллиметровом диапазоне длин волн обрабатывались при помощи нескольких весьма нетривиальных математических алгоритмов. Например, такие методики позволяют «накапливать» сигнал от множества снимков разных участков для обнаружения очень слабых источников излучения (как раз то, что нужно для далёкой «девятой планеты»), но ценой утраты информации о точном положении источника. Поиск дал около 3500 объектов-кандидатов, но ни один из них пока не удалось подтвердить в строгом статистическом смысле. Астрофизикам зато удалось исключить с 95%-ной вероятностью «Планету 9» с указанными свойствами из поискового ареала. Результат может показаться так себе — естественно, с гораздо большим воодушевлением была бы воспринята новость о том, что планету наконец открыли. Но такой результат на самом деле неплох. Во-первых, он согласуется с подобными исследованиями на других диапазонах волн, показывая, что, возможно, планеты нет именно с этими физическими свойствами. Для поисков астрономы за неимением лучшего молчаливо предполагали несколько моделей небесного тела, как видно на рисунке; например, пять или десять земных масс, расстояния порядка 300 или 1600 астрономических единиц и т.д. По крайней мере, теперь мы знаем, где и что не надо искать. Во-вторых, в распоряжении астрофизиков остаются несколько тысяч новых объектов для исследования, среди которых могу оказаться небесные тела, не менее интересные, чем сама планета.
И самое главное: результаты поисков покрывают всего 10—20% возможностей в этом диапазоне поисковых параметров, то есть возможных расстояний до планеты, положения на небе, размеров и излучательной способности небесного тела. В скором времени ожидается ввод в эксплуатацию новых более чувствительных телескопов миллиметрового диапазона, например, в ближайшее время начнёт работу комплекс под названием Simons Observatory (SO), также в пустыне Атакама. Исследование на телескопе ACT в этом смысле может считаться пилотным проектом, работающим именно в этом диапазоне волн. Следующие инструменты будут использовать уже опробованную методику наблюдений и обработки и вероятно смогут закрыть весь поисковый диапазон.
