Eris (hành tinh lùn)

Phát hiện

2003 UB₃₁₃ được phát hiện bởi một nhóm bao gồm Michael Brown, Chad Trujillo và David Rabinowitz vào ngày 5 tháng 1 năm 2005 từ bức ảnh chụp ngày 21 tháng 10 năm 2003 và phát hiện này đã được thông báo vào ngày 29 tháng 7 năm 2005, cùng một ngày với 2 TNO lớn khác, 2003 EL₆₁ và 2005 FY₉. Đội tìm kiếm đã quét một cách có hệ thống trong nhiều năm để tìm kiếm các thiên thể nằm ở phía ngoài của hệ Mặt Trời, và trước đây đã từng tham gia vào việc tìm kiếm một số thiên thể lớn khác ngoài Hải Vương Tinh, bao gồm 50000 Quaoar, 90482 Orcus và 90377 Sedna.
Các quan sát định kỳ được đội thực hiện vào ngày 21 tháng 10 năm 2003 với việc sử dụng kính thiên văn phản xạ 48 inch Samuel Oschin ở trạm thiên văn đỉnh Palomar, California, nhưng thiên thể chụp được trong các ảnh đã không được phát hiện ra vào thời điểm đó do chuyển động rất chậm của nó trên bầu trời: phần mềm tìm kiếm ảnh tự động của đội đã loại bỏ tất cả các thiên thể chuyển động chậm hơn 1,5 giây góc trên giờ để giảm số lượng các dương tính giả đã trả lại. Tuy nhiên, khi 90377 Sedna được phát hiện thì nó di chuyển với tốc độ 1,75 giây góc/h và theo ý tưởng ấy đội quyết định phân tích lại các dữ liệu cũ của mình với giới hạn thấp hơn của chuyển động góc, phân loại thông qua các dương tính giả bằng mắt. Tháng 1 năm 2005, việc tái phân tích này cho thấy chuyển động rất chậm của 2003 UB₃₁₃ so với các ngôi sao.
Các quan sát tiếp theo đã được thực hiện để xác định sơ bộ quỹ đạo của nó, điều này cho phép ước tính khoảng cách và kích thước của nó. Đội có kế hoạch tạm thời chưa công bố phát hiện của mình cho đến khi các quan sát kế tiếp được thực hiện để có thể xác định chính xác hơn kích thước và khối lượng của thiên thể này, nhưng đã phải thay đổi ý định khi phát kiến của một thiên thể khác mà họ đã theo vết (2003 EL₆₁) đã được một nhóm khác ở Tây Ban Nha công bố. Nhóm của Brown sau đó lên án nhóm Tây Ban Nha về hành vi nghiêm trọng trong nguyên tắc xử thế có liên quan đến việc phát hiện ra 2003 EL₆₁ và yêu cầu họ cần phải rút khỏi việc nhận phát hiện đó là của mình (xem 2003 EL₆₁ hay các bài báo của Michael E. Brown để có thêm chi tiết).

Phân loại

2003 UB₃₁₃ được phân loại như là SDO, một thiên thể thuộc TNO mà người ta tin rằng đã "bị rải" từ vành đai Kuiper vào không gian xa hơn và có quỹ đạo bất thường do các tương tác hấp dẫn với Hải Vương Tinh khi hệ Mặt Trời hình thành. Mặc dù độ nghiêng quỹ đạo lớn của nó là bất thường trong số các SDO hiện nay đã biết, các mô hình lý thuyết cho rằng các thiên thể mà nguyên thủy nằm gần góc bên trong của vành đai Kuiper bị ném vào các quỹ đạo có độ nghiêng cao hơn so với các thiên thể ở phía ngoài vành đai. Các thiên thể bên trong vành đai nói chung là nặng hơn so với các thiên thể ở mé ngoài, và vì thế các nhà thiên văn dự tính là có thể phát hiện ra nhiều thiên thể lớn giống như 2003 UB₃₁₃ trong các quỹ đạo có độ nghiêng lớn.
Do 2003 UB₃₁₃ xuất hiện dường như còn lớn hơn cả Diêm Vương Tinh, nó có thể được coi là hành tinh thứ mười của hệ Mặt Trời, và nó đã được NASA và các phương tiện thông tin đại chúng miêu tả như thế trong các thông tin về việc phát hiện ra nó. Tuy nhiên, nó vẫn chưa được gọi chính thức là như thế, do ngay cả địa vị của Diêm Vương Tinh như là một hành tinh cũng là chủ thể của các tranh cãi. Một số nhà thiên văn tin rằng có một lượng lớn các TNO chưa phát hiện ra cũng to lớn hơn cả Diêm Vương Tinh. Phân loại tất cả chúng như là hành tinh được coi là điều gây khó khăn.
IAU đang xem xét lại định nghĩa của thuật ngữ 'hành tinh' vì sự trông đợi ngày càng tăng là một thiên thể nào đó còn to hơn Diêm Vương Tinh sẽ được tìm ra. IAU dự kiến sẽ nhanh chóng công bố định nghĩa trong thời gian sớm nhất, nhưng hiện nay điều này còn chưa chắc chắn. Cho đến khi định nghĩa này được đưa ra thì IAU vẫn tiếp tục coi mọi thiên thể được phát hiện ở khoảng cách xa hơn 40 AU như là một phần của quần thể ngoài Hải Vương Tinh nói chung (xem ở đây).
Chủ nhiệm của nhóm công tác của IAU trong việc xác định thuật ngữ hành tinh đã cam kết là Diêm Vương Tinh vẫn giữ sự phân loại hiện nay của nó do các lý do lịch sử, và không có gì khác nữa được gọi là hành tinh. Quan điểm này cũng được ít nhất là một thành viên khác của nhóm chia sẻ

Quỹ đạo

2003 UB₃₁₃ có chu kỳ quỹ đạo 557 năm, và hiện nay đang nằm gần như ở khoảng cách cực đại của nó tới Mặt Trời (điểm viễn nhật). Hiện tại nó là thiên thể xa nhất đã biết của hệ Mặt Trời với khoảng cách tới Mặt Trời là 97 AU, mặc dù có khoảng 40 TNO đã biết (nổi tiếng nhất là 2000 OO₆₇ và Sedna), mà hiện tại nằm gần với Mặt Trời hơn 2003 UB₃₁₃ lại có khoảng cách quỹ đạo trung bình lớn hơn của nó .
Giống như Diêm Vương Tinh, quỹ đạo của nó có độ lệch tâm cao và sẽ đưa nó tới khoảng cách khoảng 35 AU với Mặt Trời khi nó ở điểm cận nhật (Khoảng cách của Diêm Vương Tinh tới Mặt Trời là 29 tới 49,5 AU, trong khi Hải Vương Tinh chỉ quay trong quỹ đạo trên 30 AU). Không giống như các hành tinh có đất và các hành tinh khí khổng lồ, mà quỹ đạo của chúng đều nằm trên gần như một mặt phẳng giống như Trái Đất, quỹ đạo của 2003 UB₃₁₃ là rất nghiêng —nó nghiêng một góc khoảng 44 độ so với mặt phẳng hoàng đạo.
Thiên thể mới này hiện nay có độ sáng biểu kiến khoảng 19, làm cho nó đủ sáng để có thể phát hiện được bằng các kính thiên văn nghiệp dư. Kính thiên văn với thấu kính 8" hay gương và CCD có thể chụp ảnh 2003 UB₃₁₃ trong bầu trời đen sẫm (ví dụ về ảnh nghiệp dư của 2003 UB₃₁₃, xem ). Nguyên nhân mà nó không được thông báo cho đến tận bây giờ là do quỹ đạo rất dốc của nó: phần lớn các nhà tìm kiếm các thiên thể lớn nằm mé ngoài hệ mặt trời tập trung vào mặt phẳng hoàng đạo, mà ở đó phần lớn vật chất của hệ mặt trời được tìm thấy.

Kích thước

Độ sáng của thiên thể trong hệ Mặt Trời phụ thuộc vào kích thước của nó cũng như lượng ánh sáng mà nó phản xạ (suất phản chiếu của nó). Nếu như khoảng cách tới thiên thể và suất phản chiếu của nó đã biết, thì bán kính có thể dễ dàng xác định từ độ sáng biểu kiến của nó, với suất phản chiếu cao hơn đưa đến bán kính nhỏ hơn. Hiện tại, suất phản chiếu của 2003 UB₃₁₃ là không rõ, và vì thế kích thước thực sự của nó cũng chưa thể xác định. Tuy nhiên, các nhà thiên văn đã tính toán rằngt thậm chí nếu nó có phản xạ toàn bộ ánh sáng mà nó nhận được (tương ứng với suất phản chiếu cực đại 1,0 hay 100%) thì nó vẫn lớn cỡ như Diêm Vương Tinh (2.390 km). Trên thực tế, suất phản chiếu của nó gần như chắc chắn nhỏ hơn 1,0 vì thế thiên thể mới có lẽ là lớn hơn Diêm Vương Tinh. Dự đoán tốt nhất hiện nay coi nó có suất phản chiếu tương tự như Diêm Vương Tinh, điều đó có nghĩa là khoảng 0,6 hay tương ứng với đường kính 2.900 km.
Các quan sát của kính thiên văn vũ trụ Spitzer có thể đưa ra giới hạn trên trong kích thước của 2003 UB₃₁₃. Lượt quan sát đầu tiên đã thất bại trong việc phát hiện thiên thể mới, kết quả mà nó thông báo ban đầu chỉ ra giới hạn trên là khoảng 3.500 km, nhưng sau đó đã bị phát hiện là do sai sót kỹ thuật , vì thế ước tính giới hạn trên của nó là khoảng 5.000 km vẫn chưa bị bỏ đi. Các quan sát mới diễn ra trong ngày 23 tháng 8 và 25 tháng 8 năm 2005 và hiện nay đang được phân tích .
Để xác định tốt hơn bán kính của 2003 UB₃₁₃, tổ phát hiện được cho thời gian quan sát trên Kính thiên văn vũ trụ Hubble (HST). Ở khoảng cách 97 AU, một thiên thể có bán kính khoảng 3.000 km sẽ có kích thước góc vào khoảng 40 miligiây, nó có thể đo được nhờ HST: mặc dù phân tích các thiên thể nhỏ như thế nằm ở mức giới hạn của Hubble, các công nghệ xử lý ảnh phức tạp như giải xoắn có thể sử dụng để đo các kích thước góc như thế khá chính xác. Trước đây tổ tìm kiếm cũng đã từng áp dụng công nghệ này đối với 50000 Quaoar, sử dụng ACS để đo trực tiếp bán kính của nó.

Bề mặt

Đội tìm kiếm đã tuân theo sự xác định ban đầu của họ về 2003 UB₃₁₃ với các quan sát bằng kính quang phổ thực hiện trên Kính thiên văn Gemini Bắc 8 m tại Hawaii ngày 25 tháng 1 năm 2005. Ánh sáng hồng ngoại từ thiên thể cho thấy sự hiện diện của băng mêtan, chỉ ra rằng bề mặt của 2003 UB₃₁₃ là tương tự như của Diêm Vương Tinh, là TNO duy nhất đã biết đến nay là có mêtan. Vệ tinh của Hải Vương Tinh Triton có lẽ là có liên quan tới các thiên thể vành đai Kuiper, và cũng có mêtan trên bề mặt nó.
Không giống như Diêm Vương Tinh và Triton có ánh đỏ, 2003 UB₃₁₃ xuất hiện gần như là có màu xám. Màu ánh đỏ của Diêm Vương Tinh có lẽ là do các trầm tích của tholin trên bề mặt nó, và ở đâu các trầm tích này làm sẫm màu bề mặt thì ở đó suất phản chiếu thấp dẫn tới nhiệt độ cao hơn và làm cho mêtan bay hơi. Ngược lại, 2003 UB₃₁₃ là đủ xa từ Mặt Trời đến mức mêtan có thể ngưng tụ trên bề mặt nó thậm chí khi suất phản chiếu rất thấp. Sự ngưng tụ của mêtan đồng đều trên bề mặt đã làm giảm độ tương phản và có thể che phủ lên bất kỳ một trầm tích của tholin có màu đỏ nào.
Mêtan là một chất dễ bay hơi và sự hiện diện của nó chỉ ra rằng hoặc là 2003 UB₃₁₃ luôn luôn nằm ở khoảng cách rất xa của hệ Mặt Trời ở đó nó đủ lạnh để lớp băng mêtan tồn tại, hoặc là nó có nguồn mêtan bên trong để bổ sung cho khí đã thoát ra ngoài khí quyển của nó.Điều này ngược lại với các quan sát của một thiên thể vành đai Kuiper khác cũng mới phát hiện gần đây, 2003 EL₆₁, ở đó có sự hiện diện của nước đá chứ không phải mêtan.

Vệ tinh

Trong năm 2005, đội quang học thích ứng tại đài thiên văn Keck ở Hawaii tiến hành quan sát 4 thiên thể sáng nhất của vành đai Kuiper (Diêm Vương Tinh, 2005 FY9, 2003 EL61, và Eris), sử dụng hệ thống quang học thích ứng với sao laze định hướng trang bị mới nhất. Các quan sát thực hiện vào ngày 10 tháng 9 cho thấy có một vệ tinh quay quanh 2003 UB₃₁₃, được tạm thời đặt tên là S/2005 (2003 UB313) 1. Để gắn với tên "Xena" đã sử dụng cho 2003 UB₃₁₃, vệ tinh này còn được các nhà phát hiện gọi là Gabrielle, lấy theo tên của người bạn của nữ chúa chiến binh.
Vệ tinh này mờ hơn Eris khoảng 60 lần, và đường kính của nó ước tính khoảng 8 lần nhỏ hơn. Chu kỳ quỹ đạo của nó hiện nay tính sơ bộ là khoảng 2 tuần, các quan sát tiếp theo sẽ cho phép đo đạc chính xác hơn. Khi các nhà thiên văn biết chu kỳ và bán trục chính của quỹ đạo vệ tinh thì họ sẽ có khả năng xác định khối lượng của cả hệ thống. Cùng với việc đặt tên Eris, vê tinh này được đặt tên là Dysnomia.
Các nhà thiên văn hiện nay biết rằng 3 trong số 4 thiên thể vành đai Kuiper sáng nhất có vệ tinh, trong khi các thành viên mờ hơn của vành đai chỉ khoảng 10% là đã biết có vệ tinh. Điều này được tin là các va chạm giữa các KBO lớn là thường xuyên trong quá khứ. Các va chạm giữa các thiên thể kích thước khoảng 1000 km có thể phát tán ra một lượng lớn vật chất để sau đó chúng kết hợp lại thành vệ tinh. Cơ chế tương tự được coi là đã dẫn tới sự hình thành của vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất là Mặt Trăng khi Trái Đất đã bị va chạm với một thiên thể khổng lồ trong thời kỳ lịch sử đầu tiên của hệ Mặt Trời.