Es könnte sich ein weiterer Planet in den äußeren Bereichen des Sonnensystems verstecken – oder Hinweise auf eine Änderung der Schwerkraftgesetze. Zwei theoretische Physiker berichten, dass dieselben Beobachtungen, die die Suche nach Planet Neun inspirierten, im Sonnensystem ein Beweis für ein modifiziertes Gravitationsgesetz sein könnten, das ursprünglich entwickelt wurde, um die Rotation von Galaxien zu verstehen.
Eine künstlerische Darstellung der Kuipergürtel-Objekte (KBOs), die sich in den äußeren Bereichen des Sonnensystems in einer atemberaubenden Entfernung von 4 Milliarden Meilen von der Sonne befinden. Bildquelle: NASA, ESA und G.Bacon (STScI)
Harsh Mathur, Professor für Physik an der Case Western Reserve University, und Katherine Brown, außerordentliche Professorin für Physik am Hamilton College, kamen zu dieser Schlussfolgerung, nachdem sie den Einfluss der Milchstraße auf Objekte im äußeren Sonnensystem untersucht hatten – wenn das Gesetz der Schwerkraft durch eine Theorie namens Modified Newtonian Dynamics (MOND) bestimmt wird.
MOND geht davon aus, dass das berühmte Gravitationsgesetz von Isaac Newton bis zu einem gewissen Grad gültig ist. Das heißt, wenn die durch Newtons Gesetze vorhergesagte Gravitationsbeschleunigung klein genug wird, lässt MOND zu, dass an ihre Stelle ein anderes Gravitationsverhalten tritt.
Die erfolgreiche Beobachtung von MOND auf Galaxienskala ist der Grund, warum einige Wissenschaftler glauben, dass es „Dunkle Materie“ ersetzen kann. „Dunkle Materie“ ist ein Begriff, den Physiker verwenden, um eine hypothetische Form von Materie zu beschreiben, die Gravitationswirkungen hat, aber kein Licht aussendet.
„MOND erklärt Beobachtungen im galaktischen Maßstab sehr gut, aber ich habe nicht erwartet, dass es einen signifikanten Einfluss auf das äußere Sonnensystem haben würde“, sagte Mathur.
Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in Acta Astronomica veröffentlicht.
Mather und Brown haben zuvor die Auswirkungen von MOND auf die Galaxiendynamik untersucht. Doch nachdem Astronomen 2016 bekannt gaben, dass einige Himmelskörper im äußeren Sonnensystem Bahnanomalien aufwiesen, die durch Planet Neun erklärt werden könnten, begannen sie, sich für die lokalen Auswirkungen von MOND zu interessieren.
Orbitale Anomalien haben zu historischen Entdeckungen geführt: Neptun wurde durch seine Anziehungskraft auf die Umlaufbahnen nahegelegener Objekte entdeckt, Merkurs winziger Vorwärtsschub lieferte frühe Beweise zur Unterstützung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und Astronomen nutzten kürzlich die Orbitaldynamik, um auf die Existenz eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße zu schließen.
Brown erkannte, dass die Vorhersagen von MOND möglicherweise nicht mit den Beobachtungen übereinstimmten, die den Anstoß für die Suche nach Planet Neun gaben. „Wir wollten wissen, ob die Daten, die die Planet Nine-Hypothese stützen, MOND tatsächlich ausschließen würden“, sagte sie.
Stattdessen fanden Musser und Brown heraus, dass MOND genau die von den Astronomen beobachtete Häufung vorhersagte. Sie glauben, dass die Umlaufbahnen einiger Objekte im äußeren Sonnensystem über Millionen von Jahren durch das eigene Gravitationsfeld der Milchstraße in eine Linie gebracht werden.
„Als sie die Umlaufbahnen der Objekte im Datensatz von Planet 9 mit dem Gravitationsfeld der Milchstraße selbst verglichen, fanden sie eine verblüffende Übereinstimmung“, sagte Mather.
Die Autoren weisen darauf hin, dass der aktuelle Datensatz klein ist und sich jede andere Möglichkeit als richtig erweisen könnte; Andere Astronomen glauben beispielsweise, dass die Besonderheiten der Umlaufbahn das Ergebnis von Beobachtungsfehlern sind.
„Was auch immer das Ergebnis sein mag“, sagte Brown, „diese Arbeit unterstreicht das Potenzial des äußeren Sonnensystems als Labor zur Prüfung der Schwerkraft und zur Untersuchung grundlegender Fragen der Physik.“