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Geistermaterie lauert in der Milchstraße

Eine mysteriöse Form von Materie durchzieht unser Universum. Sie ist etwa fünf Mal häufiger als die sichtbare Materie, jedoch von nach wie vor unbekannter, „dunkler“ Natur. Dass diese mysteriöse Entität, der man den Namen “Dunkle Materie” oder Geistermaterie gab, existieren muss, belegten Forschungsarbeiten bereits in den 1970er Jahren. Erstmals ist es nun einem internationalen Wissenschaftlerteam gelungen, Dunkle Materie auch im Inneren unserer Galaxie zu belegen. Woraus Dunkle Materie  besteht, konnte allerdings nicht herausgefunden werden.

Die allgegenwärtige Präsenz der Dunklen Materie im Universum ist heute ein zentraler Grundsatz der modernen Kosmologie und Astrophysik. In verschiedenen Galaxien wurde ihre Existenz seit den 1970er Jahren mit einer Reihe von Methoden belegt. Eine dieser Methoden ist die Messung der Drehgeschwindigkeit von Gas und Sternen. Wissenschaftler können so eine Galaxie „wiegen“ und ihre Gesamtmasse bestimmen. Dabei zeigt sich, dass die gewöhnliche Materie nur einen Bruchteil des Gesamtgewichts ausmacht, den überwiegenden Teil trägt die Dunkle Materie bei.

Auch in den äußeren Bereichen unserer eigenen Galaxie, die wir bei klarem Nachthimmel als „Milchstraße“ sehen können, wurden die Astronomen mit diese Methodik fündig. Doch im inneren Bereich unserer Galaxie war es bisher unmöglich, die Anwesenheit Dunkler Materie sicher zu belegen.

Der Durchmesser unserer Galaxie beträgt etwa 100.000 Lichtjahre. Unser Sonnensystem ist etwa 26.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt. Je näher man der Mitte kommt, desto schwieriger wird es, die Rotation des Gases und der Sterne mit der benötigten Genauigkeit zu messen.

Auf Basis der Messung von Sternenbewegungen haben nun Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM), der Universität Stockholm, der Freien Universität Madrid, des Internationalen Zentrums für Theoretische Physik des Südamerikanischen Instituts für Grundlagenforschung (ICTP-SAIFR) in São Paulo und der Universität Amsterdam erstmalig einen Beweis für die Anwesenheit Dunkler Materie im Inneren der Milchstraße vorgelegt. Dunkle Materie existiert danach auch im Bereich unseres Sonnensystems und in unserer direkten „kosmischen Nachbarschaft“.

In einem ersten Schritt erstellten die Forscher die umfassendste Sammlung veröffentlichter Messungen der Bewegung von Gas und Sternen in der Milchstraße. Dann berechneten sie auf Basis aktuellster Forschungsergebnisse die Rotationsgeschwindigkeit, die die Milchstraße haben müsste, wenn sie nur aus sichtbarer Materie bestünde. Der Vergleich der gemessenen und der berechneten Geschwindigkeit zeigte eindeutig, dass hier die Dunkle Materie einen entscheidenden Beitrag leistet.

„Wir konnten mit unserer Arbeit belegen, dass sich das Gas und die Sterne in unserer Galaxie ohne den Beitrag von Dunkler Materie nicht mit den beobachteten Geschwindigkeiten drehen könnten“, sagt Dr. Miguel Pato, der die Analyse an der TU München durchführte. „Allerdings wissen wir immer noch nicht, aus was die Dunkle Materie besteht. Dies ist eine der wichtigsten Wissenschaftsfragen unserer Zeit“.

Auch für geringe Entfernung vom Zentrum der Milchstraße besitzen die Daten der Forschungsarbeit eine hohe Evidenz. Sie erschließen damit neue Wege zur Bestimmung der Verteilung Dunkler Materie in unserer Galaxie. Zukünftige astronomische Beobachtungen könnten damit die Verteilung der Dunklen Materie in unserer Galaxie mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen.

„Damit können wir das Verständnis der Struktur und der Entwicklung unserer Galaxie wesentlich verbessern. Und es wird präzisere Vorhersagen für die vielen Experimente ermöglichen, die weltweit nach Teilchen der Dunklen Materie suchen“, sagt Miguel Pato, der inzwischen zum Oskar Klein-Zentrum für Astroteilchen-Physik an der Universität Stockholm gewechselt ist. (Quelle: idw)

Publikation:
Evidence for dark matter in the inner Milky Way
Fabio Iocco, Miguel Pato, Gianfranco Bertone
Nature Physics, advanced online publication, 9 February 2015
DOI: 10.1038/nphys3237 – Link: https://nature.com/articles/doi:10.1038/nphys3237
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Die Rätsel des Universums

München (ots) – Unser Wissen über das Universum ist enorm – doch viele Fragen sind noch unbeantwortet. Wie groß ist das Universum, woher kommen die Kometen und was hält die Galaxien zusammen – diesen und weiteren Rätseln des Universums geht das Weltraum-Magazin SPACE  nach.

Wie groß unser Universum ist – diese Frage ist nur teilweise gelöst. Seit dem Urknall konnte es sich “nur” 13,8 Milliarden Jahre lang ausdehnen. Das von weiter weg gelegenen Objekten abgestrahlte Licht hat uns einfach noch nicht erreicht. Das heißt also, das für uns von der Erde aus beobachtbare Universum ist eine kugelförmige Blase mit einem Radius von 13,8 Milliarden Lichtjahren. Wie weit es sich darüber hinaus ausdehnt, ist heiß umstritten.

Ebenfalls nur teilweise geklärt ist die Herkunft der Kometen. Ihren Ursprung erklären sich die Wissenschaftler mit Hilfe der sog. Oortschen Wolke, einer riesigen, das Sonnensystem in einer Entfernung von 20.000 Astronomischen Einheiten (1 AE entspricht etwa 149,6 Mio. km) umgebenden Wolke. Diese bildete sich wahrscheinlich, als die gerade entstandenen Planeten sonnennahe Kometen weiter “hinausbeförderten”. Und obwohl sie für uns (noch) nicht sichtbar ist, gilt diese Oortsche Wolke als Ursprung aller unserem Sonnensystem zugehörigen Kometen.

Ungelöst ist nach wie vor die Frage, was Galaxien zusammenhält. An die Gesetze der Physik halten sich manche von ihnen nicht, denn sie rotieren so schnell, dass die Gravitationswirkung ihrer sichtbaren Bestandteile nicht ausreicht, sie zusammenzuhalten. Sie müssten zerreißen, tun es aber nicht. Hier vermuten Wissenschaftler, dass eine mit modernen Instrumenten nicht messbare Materie für den Zusammenhalt der Galaxien verantwortlich sein muss – die sog. “Dunkle Materie”. Diese interagiert nicht mit der elektromagnetischen Wechselwirkung, das erschwert es, sie aufzuspüren. Die Lösung dieses Rätsels wäre eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen.

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Bedrohung aus dem All: Komet ISON kommt uns nahe

München (ots) – Einst bombardierten Kometen unser Sonnensystem, brachten vermutlich Wasser und Leben auf die Erde und hinterließen bis heute sichtbare Krater. Würde heute ein Komet der Größe von Shoemaker-Levy 9, der 1994 auf Jupiter einschlug, auf die Erde treffen, gäbe es sie nicht mehr. Das schreibt das Weltraum-Magazin SPACE in seiner Ausgabe 1/2014.

Großes Bombardement – so nennt die Wissenschaft den Kometensturm, der vor vier Milliarden Jahren die Planeten und Monde unseres Sonnensystems traf und bis heute sichtbare Krater hinterließ. Wie viele Kometen am Rande unseres Sonnensystems – im Kuipergürtel und in der sogenannten Oortschen Wolke – herumfliegen und jederzeit der Erde gefährlich werden können, lässt sich nicht sagen. Gelegentlich verlässt ein Komet diesen Bereich und fliegt durch das Sonnensystem; das kann man von der Erde aus beobachten. Wenn die Theorie von der Oortschen Wolke stimmt, besteht durchaus Gefahr: “Wenn da 100 Millionen Kometen in der hypothetischen Ooortschen Wolke in einem Lichtjahr Entfernung herumkreisen und es dort zu einer Störung kommt, dann könnte es wirklich zu einem erneuten Großen Bombardement kommen”, meint Astronomie-Experte Nick Howes.

Die Folgen eines solchen Kometensturms auf unser Sonnensystem wären verheerend. Glücklicherweise lenken die Großplaneten wie Jupiter viele der anfliegenden Objekte auf sich, etwa den Kometen Shoemaker-Levy 9, der im Juli 1994 in Trümmer von bis zu zwei Kilometern Durchmesser zerbarst und auf dem Jupiter aufschlug. Würde ein ähnliches Ereignis die Erde treffen, wären die Folgen apokalyptisch. “Solch ein Komet könnte in 100 Millionen Jahren kommen oder nächste Woche. Wir wissen es nicht”, so Nick Howes.

Aktuell ist Komet Ison in Sichtweite gerückt: Seit Ende November 2013 ist er der Sonne besonders nah. Wissenschaftler vermuten, dass er unterwegs in Fragmente zerbersten könnte. Viele gehen davon aus, dass sein Schweif bis Januar hell leuchten und für auch für Hobby-Astronomen am Nachthimmel sichtbar sein wird.

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Vorstoß zum Planeten Vesta geglückt.

Heidelberg. Die US-Raumsonde Dawn zeigte, dass Vesta ein Protoplanet aus der Frühzeit unseres Sonnensystems ist und auch wertvolle Informationen über die Entwicklung unseres Planeten enthält. Zudem wissen wir nun, dass einige seltene auf der Erde gefundene Meteoriten von Vesta stammen.

Für rund ein Jahr umkreiste die US-Raumsonde Dawn den Kleinplaneten Vesta im Asteroidengürtel zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter. In dieser Zeit funkte die Sonde tausende von Bildern und einen Strom von Messdaten über den rund 530 Kilometer großen Himmelskörper zur Erde. Sie zeigten, dass Vesta eine eigene geologische Entwicklung durchlief und einer Miniaturausgabe eines erdähnlichen Planeten gleicht. Darüber berichten in der Juni-Ausgabe von “Sterne und Weltraum” Ralf Jaumann, Wissenschaftler am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, und Thorsten Dambeck, Wissenschaftsautor aus Weinheim. Ralf Jaumann ist am DLR an der Auswertung der Bilddaten von Dawn direkt beteiligt.

Mit Dawn trat im Juli 2011 erstmals eine Raumsonde in eine Umlaufbahn um ein Mitglied des Asteroidengürtels ein. Sie bewies, dass Vesta zu den so genannten differenzierten Asteroiden gehört. Vesta gliedert sich also wie die Erde in eine Kruste und einen Mantel aus silikatischen Gesteinen und einen metallischen Kern aus Eisen und Nickel. Kurz nach ihrer Entstehung vor rund 4,5 Milliarden Jahren war Vesta so heiß, dass sie völlig aufschmolz und ein glühender Ball war. Unter dem Einfluss der Schwerkraft des Kleinplaneten trennten sich die schwereren Metalle von den weniger dichten Silikatmineralen. Auf die Spur dieses von außen nicht erkennbaren inneren Aufbaus kamen die Wissenschaftler, indem sie das Schwerefeld des Himmelskörpers im Zuge vieler Umläufe von Dawn vermaßen.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse der Dawn-Mission ist jedoch, dass wir bereits Bruchstücke von Vesta hier auf der Erde in unseren Händen halten können. Es ließ sich beweisen, dass einige seltene Meteoritentypen von Vesta stammen: die so genannten HED-Meteoriten. Sie ähneln in Aussehen und Zusammensetzung vulkanischen und Erdmantelgesteinen. Dawn zeigte, dass die spektralen Eigenschaften der Vesta-Oberfläche denjenigen der HED-Meteoriten bis auf das Haar gleichen. Somit wurden Bodenproben von Vesta in irdischen Laboren bereits untersucht und können nun der durch Dawn ermittelten geologischen Geschichte des Kleinplaneten zugeordnet werden.

Wie die HED-Meteoriten zur Erde gelangen konnten, offenbaren die Bilder, die mit den in Deutschland entwickelten und gebauten Bordkameras zur Erde gefunkt wurden. Auf ihnen lässt sich an Vestas Südpol ein riesiger, rund 500 Kilometer großer Einschlagkrater erkennen. Vor rund einer Milliarde Jahren schlug hier ein kleinerer Himmelskörper mit großer Wucht ein und hätte Vesta beinahe völlig zertrümmert. Der Einschlag beschleunigte viele Trümmerstücke auf derart hohe Geschwindigkeiten, dass sie das Schwerefeld von Vesta verlassen konnten. Sie treiben seitdem im All und umrunden die Sonne auf individuellen Bahnen. Hin und wieder gelangen kleine Trümmer durch Störungen im Asteroidengürtel auf Kurs ins innere Sonnensystem, und einige von ihnen schlagen schließlich als Meteoriten auf der Erde auf.

Dawns Reise zu Vesta war ein Besuch bei einem Protoplaneten. Die Sonde konnte somit einen Zeugen aus der Frühzeit des Sonnensystems unter die Lupe nehmen. Himmelskörper wie Vesta waren das Material, aus dem sich vor rund 4,5 Milliarden Jahren die Erde und ihre Schwesterwelten bildeten. Dawn erlaubte uns dadurch auch eine Zeitreise in die Jugend unseres eigenen Planeten. Vesta wurde bereits im Jahr 1807 vom deutschen Astronomen Heinrich Wilhelm Olbers entdeckt und ist das drittgrößte Objekt im Asteroidengürtel. Zu manchen Gelegenheiten wird er so hell, dass er sich als einziger Kleinplanet sogar mit dem bloßen Auge sichten lässt. Dawn hat nun dem seit rund 200 Jahren nur als Lichtpunkt bekannten Objekt ganz andere Erkenntnisse hinzugefügt. (Quelle: Sterne und Weltraum, Juni 2013)

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Leben auf dem Jupitermond Europa?

In der eisigen Kruste des Jupitermonds Europa befinden sich in Hohlräumen große Ansammlungen flüssigen Salzwassers. Diese Oasen in der Eiswüste sind auch für die Suche nach möglichem Leben auf dieser fernen Welt von großer Bedeutung, wie die Zeitschrift Sterne und Weltraum in ihrer aktuellen Ausgabe berichtet.

Der Jupitermond Europa gilt aus geologischer und biologischer Sicht nach der Erde als einer der interessantesten Himmelskörper in unserem Sonnensystem. Er besteht wie der Erdmond überwiegend aus Gesteinen und metallischem Eisen, ist aber von einer rund 100 Kilometer dicken Schicht aus Wasser umgeben. Dieses bildet eine 30 Kilometer dicke Eiskruste. Darunter befindet sich ein bis zu 70 Kilometer tiefer Ozean aus flüssigem Wasser. Reibung durch Gezeiteneffekte sorgt im Inneren des Jupitermonds für genügend Wärme, die verhindert, dass die Wasserschicht bis zum Grund gefriert.

Die gleißend helle Eisoberfläche von Europa ist auffallend eben und zeigt kaum größere Einschlagkrater. Sie ist offenbar sehr jung. Die Planetenforscher um Britney Schmidt vom Geophysikalischen Institut an der University of Texas in Austin geben in ihrem kürzlich im Wissenschaftsjournal Nature erschienenen Artikel ein Alter von 30 bis 70 Millionen Jahren an. Dies ist im Vergleich zum Gesamtalter von Europa von 4,5 Milliarden Jahren ein äußerst geringer Wert. Offenbar wird die Eisoberfläche durch geologische Vorgänge stetig erneuert.

Das Forscherteam um Schmidt erkannte als Ursache für die auf Europa weit verbreiteten „chaotischen Terrains” einen der Vorgänge, die zur Verjüngung der Mondoberfläche beitragen. Ihr Anblick erinnerte die Wissenschaftler stark an irdische Packeisregionen und polare Gletscherströme. Die chaotischen Terrains bestehen aus einer Aufwölbung in der Eiskruste, in der große Eisblöcke in einem breiigen See aus feinen Eisbruchstücken schwimmen.

Für die Entstehung der chaotischen Terrains gehen die Wissenschaftler von einem Szenario aus, bei dem Effekte eine Rolle spielen, die sich beim Einsatz von Streusalz auf den Straßen leicht beobachten lassen. Schon eine mäßige Erwärmung der salzhaltigen Eiskruste reicht aus, um dort eine Linse aus flüssigem Salzwasser entstehen zu lassen. Wasser zieht sich aber beim Aufschmelzen zusammen, so dass durch den Volumenverlust oberhalb der Wasserlinse die Oberfläche absinkt und dabei auch in einzelne Blöcke zerbricht. In der Folge bildet sich ein solches chaotisches Terrain.

Manche dieser Salzwasserlinsen befinden sich möglicherweise nur etwa drei Kilometer unterhalb der Eisoberfläche Europas. Somit bestünde die Möglichkeit, diese eines Tages mit einer fortschrittlichen Raumsonde mit Eisbohrtechnik erreichen zu können. Dann könnte eine Messapparatur in einen dieser Salzseen eindringen, um dort nach Spuren eventuellen Lebens zu suchen. Insbesondere der Nachweis von komplexen organischen Molekülen wäre für die Astrobiologen von herausragendem Interesse, sie sind Grundvoraussetzung für Leben, wie wir es kennen. (Quelle: Sterne und Weltraum, Februar 2012)

Riesige Wasservorkommen im All aufgefunden

Wasser im All

Wasser gilt als Elixier des Lebens – und das Weltall ist voll davon. Jetzt haben Wissenschaftler das kostbare Element in einer Scheibe um einen jungen Stern vom Typ unserer Sonne gefunden. Die Scheibe, in der später vermutlich Planeten geboren werden, beinhaltet hundertmal mehr Wasser als alle Ozeane der Erde zusammen. Die Beobachtungen gelangen mit dem IRAM-Interferometer und werfen ein Licht auf die rätselhafte Herkunft von Wasser in unserem eigenen Sonnensystem (The Astrophysical Journal, 10. Februar 2010).

Ein Großteil des Wassers in den irdischen Ozeanen stammt sehr wahrscheinlich aus einer überaus instabilen molekularen Wolke, aus der einst unser Planetensystem entstand. Wo sich das Wasser allerdings genau gebildet hat und wie die einzelnen Moleküle schließlich vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren ihren Weg von der riesigen Wolke auf einen so winzigen Himmelskörper wie die Erde fanden, zählt zu den wichtigsten Fragen unserer Ursprungsgeschichte. Riesige Wasservorkommen im All aufgefunden weiterlesen

Außerirdisches Leben auf dem Saturnmond Enceladus?

Ein lebhafter kleiner Saturnmond

Enceladus, der sechstgrößte Trabant des Ringplaneten, steckt voller Überraschungen – und könnte Spuren von Leben bergen
Im Inneren des kleinen Saturnmonds Enceladus vermuten Planetenforscher organische Verbindungen, Kanäle oder gar Seen mit flüssigem Wasser. Energie, Kohlenstoffverbindungen, Wasser: die drei Voraussetzungen für Leben, wie wir es kennen. Die Erforschung dieses fremdartigen und fernen Orts bringt uns – nach unserem Nachbarplaneten Mars, dem Saturnmond Titan und dem Jupitermond Europa – eine weitere Welt im Sonnensystem nahe, die sich vielleicht für lebende Organismen eignet. Als die Raumsonde Cassini vor einigen Jahren die Südhalbkugel von Enceladus überflog, enthüllte sie eine Landschaft, die im Sonnensystem nicht ihresgleichen hat. Einen Eindruck von der Begeisterung, die dies unter Planetenforschern auslöste, vermittelt Carolyn Porco, Leiterin des Cassini-Kamerateams, in der Juniausgabe von Spektrum der Wissenschaft.

Bei Cassinis Wanderung über die Südpolregion fing der Staubanalysator winzige Partikel auf, die offenbar von dort emporgeschleudert worden waren. Zwei andere Instrumente entdeckten Wasserdampf sowie Anzeichen für Kohlendioxid, Stickstoff und Methan. Außerdem spürte die Infrarotkamera lokale Bodentemperaturen bis zu minus 90 Grad auf – weit mehr als die minus 200 Kelvin, die durch bloße Sonneneinstrahlung zu erwarten wären. Auf Fotos des Horizonts im Gegenlicht der Sonne sahen die Planetenforscher außerdem eine gewaltige Wolke kleiner Eispartikel, die sich um mehrere hundert Kilometer über den Südpol erhob.Seither hat die Cassini-Sonde mehrere Vorbeiflüge an Enceladus absolviert und ist in wenigen Kilometern Höhe in dichtere Regionen der Eruptionsfahne vorgedrungen. Bei einer besonders engen Passage im März 2008 entdeckte Cassini zusätzlich zu Wasserdampf, Stickstoff, Kohlendioxid und Methan kleine Beimengungen anderer Kohlenstoffverbindungen wie Azetylen und Cyanwasserstoff sowie Spuren von Ethan, Propan, Benzol, Formaldehyd und anderen organischen Verbindungen. Woher nimmt Enceladus die Energie für seine geologische Aktivität? Irdisches Gestein enthält radioaktive Substanzen, die Wärme erzeugen. Zweifellos gilt für Enceladus das Gleiche, aber all sein Gestein reicht nicht aus, die beobachtete Wärme zu produzieren. Ansonsten kommen als plausible Wärmequelle nur Gezeitenkräfte in Frage. So wie die Schwerkraft von Sonne und Mond unseren Planeten ein wenig deformiert und das Wechselspiel von Flut und Ebbe hervorruft, knetet Saturns Gravitation Enceladus durch. Wegen dessen exzentrischer Bahn variiert sein Abstand von Saturn. Je näher er ihm kommt, desto mehr wird er deformiert. Diese Variation erzeugt innere Verschiebungen und somit Wärme.

Da Enceladus unter der Oberfläche fast sicher Wasser birgt, stehen wir vor der faszinierenden Möglichkeit, dass sich in dem kleinen Mond zumindest Vorstufen von Leben regen. Einem Ökosystem auf Enceladus würden auf der Erde am ehesten unterirdische vulkanische Schichen ähneln, in denen Wasser in völliger Finsternis heißes Gestein umspült. Hier findet man Organismen, die entweder Wasserstoff und Kohlendioxid aufnehmen, um daraus Methan zu erzeugen, oder Wasserstoff und Sulfate; Energie beziehen sie nicht von der Sonne, sondern aus der Erdwärme.

Ob so etwas auch auf Enceladus existiert? Dafür müsste eine Sonde auf dem Saturnmond landen und sein Innenleben noch genauer untersuchen. Quelle: Spektrum der Wissenschaft, Juni 2009

Geheimnisvoller Planet X im Kuiper-Gürtel

Hamburg (ots) – Beherbergt unser Sonnensystem einen weiteren vollwertigen Planeten? Wie das Magazin GEO in seiner Juni-Ausgabe berichtet, weisen unerklärliche Abweichungen in der Flugbahn kleinerer Himmelskörper im Kuiper-Gürtel auf die Existenz einer solchen Masse hin. Der Astronom Sofia Lykawka von der Kobe-Universität in Japan vermutet den unbekannten Planeten jenseits von Neptun – in etwa der 120- bis 160-fachen Distanz wie jener zwischen Sonne und Erde. Damit wäre der “Planet X” rund drei- bis viermal so weit von der Sonne entfernt wie Pluto, der vor etwa zwei Jahren seinen Status als vollwertiger Planet eingebüßt hat und seither als “Kleinplanet” geführt wird. Sollte es den unbekannten “Vollplaneten” tatsächlich geben, besäße er etwa die Hälfte der Masse der Erde. Lykawkas Theorie zufolge hätte sich das Objekt ursprünglich zwischen Uranus und Neptun gebildet, wäre aber durch starke Gravitationskräfte seiner Nachbarn weit an den Rand des Sonnensystems geschleudert worden. Und zwar abseits der Ebene, in der die übrigen acht Planeten die Sonne umkreisen. Was erklären würde, weshalb der “Planet X” bislang nicht entdeckt worden sei.