第九行星简历：或许并不特别，这里记录了它的另一种选择

行星9的另一种选择：也许没有什么特别的

检验暗能量巡天（Dark Energy Survey）项目中发现的超海外天体是否是各向同性的

在海王星的轨道之外，存在一些小型太阳系天体，被称为海外天体 (TNOs)。它们是岩石和冰混合成的“脏球”，其运行轨道大部分处于海王星之外很远的地方，但它们的近日点却在海王星轨道内或距太阳不到30个天文单位。

图1：暗能量巡天项目发现的7个海外天体的轨道。这些是极坐标图，所以它和我们从太空鸟瞰这些天体的轨道时看到的很相似。左图完整地显示了它们的轨道；绿色轨道的远日点大于250个天文单位，紫色轨道的远日点在150~250天文单位之间，虚线的近日点离太阳的最近距离小于37个天文单位（所以他们非常接近海王星），实线的近日点大于37个天文单位（所以他们受海王星引力的影响不大），右侧放大图比较了它们的近日点和海王星的轨道（蓝色）。[伯纳迪内利 等2020]

发现反对称轨道

本文使用了暗能量巡天（DES）的数据，项目在探索太阳系外的暗能量特征时，发现了一些超海外天体(eTNOs，更加遥远的海外天体)。基于从暗能量巡天项目中观测到的海外天体，我们可以观察到它们的轨道似乎是一致的。如图1所示，它们似乎位于天空的一侧，具有相似的黄经。这是很奇怪的，因为太空中的物体往往是对称分布的，或者说是各向同性的。所以，在天文学家看到这些古怪的有序轨道后不久，一个有趣的假设出现了。在海王星轨道之外可能有一个”超级地球“将这些海外天体推到了这些有序的轨道上。这颗假设的行星被命名为“第九行星”，在四年的寻找后仍未被发现。

如果只是因为我们观察的还不够多呢？

在我们宣扬这个行星的劣势之前，我们必须问自己，第九行星真的是海外天体群最可能的解释吗？我们还没有观察到全部的海外天体群。如果这个天体群实际上是各向同性的，而我们只是碰巧观察到了天体群中处于天空同侧的几个行星呢?这就是这篇文章提出的问题。考虑到我们观察这些天体的方式，以及我们将望远镜对准的位置，这些观测到的海外天体是否可能只是各向同性天体群的一部分?如果是这样，那么第九行星就不需要存在了。

本文通过模拟一个含有4000万个轨道参数确定的海外天体群来探索这个问题。升交点经度(ᘯ)，近日点幅角()和平近点角（M，也就是物体到其中心的角距离），都是给定的随机值，即它们是各向同性分布的，没有优选值。偏心率、倾斜度和远日点保持在暗能量巡天项目中观测到的7个海外天体的范围内。

图2：示意图，标明了本研究中用于表征海外天体的不同轨道参数。这项研究创建了一个模拟的海外天体群，该族群具有随机的升交点经度(ᘯ)，近日点幅角()和平近点角（M）参数，但保持轨道参数（如倾斜度，偏心率和远日点）与观测到的海外天体一致。图源：阿帕德·霍瓦斯（Arpad Horvath）

随后他们试图减少模拟族群中的天体数，只包括那些能被暗能量巡天项目观测到的超海外天体。这指那些在天空中运行足够长的距离、足够明亮、能够连续多日被观察到的超海外天体。如果一个海外天体符合这些条件，那么它将被视为是可观测的。这个可观测的族群是他们可以进行统计检验的最终样本。他们想要比较的是模拟族群和已观测到的海外天体的轨道参数。

图3：直方图显示了三个海外天体轨道参数的最高似然值。基于超海外天体的不同定义，有4种不同的超海外天体的样本。绿色和紫色的线是暗能量巡天项目发现的超海外天体。[伯纳迪内利等 2020]

本研究进行了两个统计检验来比较两个样本：柯伊伯检验（ Kuiper’s test）和似然比检验（likelihood test），根据柯伊伯检验，他们计算出一个p值，p值越高说明两个天体群越相似。这个检验被用来进行模拟天体群中天体的升交点经度(ᘯ)，近日点幅角()以及二者相加的值和实际观测值的比较。在似然比检验中，他们比较观测到的每个样本的轨道角度，得出一个f值。这个f值可以转化成一个a%的似然值。低的百分比意味着观测样本不太可能来自各项同性的天体群，而高的百分比则有很大的可能性。

他们还有4个不同的观测样本，每个样本都是已知超海外天体的子集，每种样本根据超海外天体的不同定义分类。每种样本在某种程度上是一致的。样本1-4对超海外天体的定义由宽泛到严格，样本1包括所有的7个超海外天体，而样本4只包括远日点超过250天文单位和近日点大于37天文单位的天体，其中只有三个天体的轨道看上去是一致的。大多数超海外天体很少受到海王星的影响，更多的会被第九行星影响，如果第九行星存在的话。

然后他们对这4种情况进行了统计检验。他们发现把所有的7个超海外天体包含在检验中时，它们与一个各向同性天体群符合的很好——这意味着第九行星对解释海外天体的轨道是非必要的。但是当他们使用超海外天体最严格的定义时，p值开始下降。这意味着已知超海外天体来自各向同性天体群变得不太可能，然而p值还不够低，不能完全排除这种可能。

那么，作者是否在试图将第九行星扼杀在摇篮里？

最终，这篇文章能够使用一个各向同性分布的海外天体群来重新解释已知海外天体的轨道。这意味着第九行星无需存在。然而，当他们使用7个已知海外天体中的3个再进行相同的统计检验时，结论改变了。在这种情形下，很难说明这些已知海外天体来自一个各向同性天体群，这给第九行星的存在留下了一丝希望。当我们的研究只能使用如此小的样本（七个天体！）时，确实很难得出令人深信的结论。作者期待暗能量巡天项目能够持续更久，使更多超海外天体被发现，从而深化我们对海外天体和神秘的第九行星的理解。

作者：Astrobites

FY：Astronomical volunteer team

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审核：天文志愿文章组-

排版：零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://aasnova.org/2020/05/05/an-alternative-to-planet-9-maybe-there-is-nothing-special/

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