Im Jahr 2016 präsentierten zwei Astronomen des Caltech den Beweis, dass sechs Himmelskörper jenseits der Neptunbahn in einer Weise gebündelt sind, die darauf schließen lässt, dass sie von einer bedeutenden Gravitationskraft "geschoben" werden. Seitdem haben viele versucht, das mysteriöse Objekt zu finden, das auch als neunter Planet bezeichnet wird. Und obwohl dies noch immer nicht gelungen ist, glauben viele Astronomen, dass sein Vorhandensein viele Rätsel erklären könnte, von der Neigung der Bahnen langperiodischer Objekte im Kuipergürtel bis hin zu den Bahnen von Himmelskörpern, die die Sonne retrograd zu den Hauptplaneten umkreisen.

"Das gesamte Sonnensystem würde durch die Existenz eines neunten Planeten ein wenig normalisiert", sagen die NASA-Experten. "Basierend auf Untersuchungen von Planeten, die andere Sterne in unserer Galaxie umkreisen, sind die häufigsten Planeten Supererden, die größer als die Erde, aber kleiner als Neptun sind. In unserem Sonnensystem sind jedoch noch keine bekannt. Ein neunter Planet würde helfen, diese Lücke zu füllen.

In den letzten Jahren haben Untersuchungen anderer Sternensysteme die Existenz von Planeten in weiten Umlaufbahnen ergeben - Gasriesen und Gesteinsplaneten, die Tausende von astronomischen Einheiten von ihren Muttersternen entfernt kreisen. Dies wirft zwei Fragen auf: Wie bilden sich diese Planeten, und gibt es Beispiele in unserem eigenen Sonnensystem?

"Der Ursprung von Planeten mit sehr großen Umlaufbahnen ist nach wie vor schwer zu erklären. Planeten, die in Entfernungen von einigen Hundert oder einigen Tausend Astronomischen Einheiten um ihren Wirtsstern kreisen, sind dynamisch von den gravitativen Störungen der inneren Planeten sowie von Galaxieneffekten isoliert", erklärt das Team in der neuen Studie . "Selbst die Hunderte von Astronomischen Einheiten sind breiter als die meisten Planeten bildenden Scheiben, und die Scheibe, aus der das Sonnensystem entstand, war kleiner, höchstens 80 Astronomische Einheiten. Aber bisher haben wir etwa ein Dutzend Exoplaneten mit Bahnen entdeckt, die breiter als 100 Astronomische Einheiten sind."

In der neuen Studie haben Forscher der Rice University und des Planetary Science Institute verschiedene Planetensysteme simuliert - einige, die unserem eigenen ähneln, andere, die exotischer sind, etwa solche mit zwei Sternen. Die Forscher fanden heraus, dass die Planeten mit weiten Umlaufbahnen eine natürliche Folge der chaotischen frühen Wechselwirkungen während der Entstehung von Planetensystemen sind.

"Wenn massereiche Planeten durch Gravitationswechselwirkungen auseinandergesprengt werden, fliegen einige von ihnen weit von ihren Sternen weg. Wenn das Timing und die Umweltbedingungen stimmen, fliegen diese Planeten nicht aus dem System heraus, sondern werden in extrem weite Umlaufbahnen geschleudert", sagt André Izidoro, ein Rice-Forscher und der Leiter der Studie. Die durch den Vorbeiflug der nahen Sterne verursachten Störungen stabilisieren die Umlaufbahn, indem sie den Planeten von den Wechselwirkungen mit dem inneren System abkoppeln", erklärt er weiter.

Das Team fand heraus, dass nicht alle Systeme diese ausstoßenden Planeten so effektiv einfangen und auf einer stabilen, weiten Umlaufbahn halten können. Systeme wie das unsere sind jedoch recht gut darin, mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 5-10 Prozent. Andere Systeme, etwa solche mit vielen eisigen Riesenplaneten, sind weit weniger effizient beim Einfangen. "Auf tausend Sterne kommt etwa ein Planet mit einer weiten Umlaufbahn", fügt Izidoro hinzu. "Das mag wie eine kleine Zahl erscheinen, aber bei den Milliarden von Sternen in der Galaxie wird es letztendlich eine hohe Zahl sein."

Das Team fand heraus, dass Planeten mit großer Umlaufbahn eher um Sterne mit hoher Metallizität zu finden sind, die auch Gasriesen haben. Das Sonnensystem erfüllt beide Kriterien. "Unsere Simulationen zeigen, dass, wenn das frühe Sonnensystem zwei bestimmte Phasen der Instabilität durchlief - das Wachstum von Uranus und Neptun, gefolgt von der anschließenden Ausbreitung der Gasriesen -, eine bis zu 40-prozentige Chance besteht, dass ein Objekt wie der neunte Planet zu dieser Zeit gefangen war", sagt Izidoro.

Weitere Beobachtungen von Sternen mit hoher Metallizität könnten andere weiträumig umlaufende Planeten aufspüren, während bevorstehende Beobachtungen des Vera C. Rubin Observatoriums auch einen Blick auf den neunten Planeten selbst ermöglichen könnten, falls er tatsächlich existiert. Die Untersuchung könnte auch Aufschluss über nomadische Planeten geben, die zwischen den Sternen umherwandern und keinen eigenen Stern haben. "Nicht alle verstreuten Planeten haben das Glück, gefangen zu werden", sagt Nathan Kaib, Mitautor der Studie und leitender Forscher am Planetary Science Institute. "Die meisten von ihnen landen im interstellaren Raum. Aber die Häufigkeit, mit der sie eingefangen werden, könnte die Verbindung zwischen Planeten, die in weiten Bahnen kreisen, und Planeten, die allein in der Galaxie umherwandern, aufzeigen."