大約四年前，當安妮-瑪麗·馬迪根第一次接觸到可能存在一顆潛伏在冥王星軌道之外的未被探測到的大質量行星的想法時，她感到興奮但持懷疑態度。當時——以及現在仍然——支援這樣一個世界的證據是間接的：已知太陽系外緣小天體軌道中的奇怪模式。“第九行星”（冥王星不再算作太陽系的行星）的支持者說，這些模式可能是由該行星巨大的引力影響產生的。但當時在科羅拉多大學博爾德分校擔任天體物理學家的馬迪根想知道，是否可能有其他更平淡的解釋就足夠了。那時，她正在研究恆星在圍繞超大質量黑洞旋轉時如何互相推擠到不同的軌道上。她認為，她的工作同樣可以應用於圍繞太陽執行的更小的物體。
今天，從這些不起眼的開端開始，馬迪根和她的幾位合作者已經發展出一種完全不同的理論來解釋外太陽系的奇異現象：冥王星之外遙遠、擴散（並且到目前為止在很大程度上是假設的）的冰冷碎片盤的“集體引力”可能會改變我們容易看到的遙遠天體的軌道，其方式類似於一顆大型行星的效果。這樣的星盤將由數百萬個小天體組成，其中大多數是很久以前太陽系形成時遺留下來的。
馬迪根說：“我們正在做的是考慮所有這些小天體之間的引力。事實證明，包括這些引力非常重要。” 她認為，如果假定的星盤擁有足夠的質量——是地球質量的數倍——經過大約十億年或更長時間，其組成成員之間以及來自其組成成員的微小引力相互作用可能會塑造柯伊伯帶外太陽系，其方式與第九行星的解釋方式相同。這種效應有點像諺語所說的蝴蝶扇動翅膀最終引發遠處的風暴。
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馬迪根和她的研究生亞歷山大·茲德里克現在在預印本伺服器 arXiv.org 上發表的兩項新研究中推進了他們的理論。在一篇提交給《天文學雜誌》的文章中，他們展示了集體引力如何產生與大約十幾個距離地球和太陽之間距離 250 倍的天體中看到的傾斜和聚集軌道相同的軌道型別——其他人曾將這種現象歸因於可能的第九行星。在另一篇正在《天體物理學雜誌快報》審稿中的論文中，他們認為，如果有足夠的時間，集體引力還可以解釋遙遠軌道中的某些天體如何在其圍繞太陽旋轉時發生偏移，這也被認為是未見行星的證據。
從馬迪根及其團隊的這項工作中，太陽系可能歷史的另一種圖景開始浮現。早期，木星、土星、天王星和海王星在稍微靠近我們恆星的緊湊、有序的軌道上合併，後來才由於引力相互作用而向外遷移。那時，這些行星被大量從未成為行星的殘骸碎片包圍——冰冷的天體最終被巨行星向外踢出。大多數都被遺棄在馬迪根稱之為“原始散射盤”的地方，超出了今天冥王星的領地。她認為，星盤中的質量可能比其他研究人員通常認為的要大得多。冰冷的天體以遠非圓形軌道的形式被推進到那個環中，構成了一個不穩定的系統——很像一個搖搖晃晃、岌岌可危的旋轉陀螺。這個系統在逐漸穩定到一個更穩定的配置（一些軌道共享相似的平面和方向）的過程中發揮了引力效應。當然，這種配置基本上會反映出人們對一顆未被發現的大型外行星隱藏的引力之手的期望。
馬迪根說：“集體引力可以為您提供所有關鍵的觀測特徵，這一事實意味著您不需要任何新的東西。我認為奧卡姆剃刀會引導您相信，與第九行星相比，這是一個更簡單的解決方案。”
加州理工學院天體物理學家邁克·布朗和康斯坦丁·巴蒂金自 2016 年初發布了一項關於該主題的轟動性研究以來，一直是第九行星假說的最主要支持者之二，他們也在磨練他們關於該行星存在的論點。為了與最新的觀測結果相匹配，研究人員認為，第九行星的質量必須是地球質量的 5 到 10 倍，其位置必須是地球到太陽距離的 400 到 800 倍——比他們最初提出的要稍小且更近。
巴蒂金說，他對馬迪根關於遙遠碎片環的想法很感興趣。但他認為太陽系看起來並非如此。“如果存在這樣一個停泊在遠離[我們太陽]的環，您就會遇到早期太陽系中它的穩定性的問題，因為太陽系是在一個恆星團中形成的，”他說。“來自經過的恆星的擾動會擾亂這個環。它們會破壞它的連貫性並使其分散。”
馬迪根在她的新模擬中透過對時間安排的仔細調整解決了這個問題：如果散射盤是在年輕的太陽系離開其恆星育兒室和巨行星形成之後組裝起來的，那麼它可以持續存在數億年。這樣的調整並非微不足道：準確地模擬碎片盤的集體引力需要跟蹤數千個或更多粒子在計算機模型中漂浮和鞭打的運動和相互作用，相當於數億年。馬迪根說，這項任務遠比模擬單個行星的影響要艱鉅得多——這在一定程度上也是為什麼她和她的團隊似乎總是落後於支援第九行星陣營一步的原因。
迄今為止，與第九行星相比，馬迪根的想法在科學界並未引起太多關注。但隨著尋找該行星的望遠鏡搜尋繼續空手而歸，這種情況可能即將改變。“我們是少數派，但我們正在壯大，”她說。“在太陽系中，集體引力實際上還沒有真正被研究過。這個領域才剛剛開始起飛。”
至少還有兩個研究小組也開始研究各種引力效應和動力學，作為第九行星的替代方案。他們同樣涉及一個岩石天體盤或數量較少但較大的天體，它們在數十億年前的引力影響也可能撼動早期的太陽系，從而形成冥王星後碎片的奇特軌道。
“馬迪根正在做的事情的吸引力在於，這是一種完全不同的方式，試圖解釋這些遙遠軌道上正在發生的事情，”新澤西州普林斯頓高等研究院的天體物理學家斯科特·特雷梅因說。但他指出了馬迪根提議的一個挑戰：她的集體引力假說要求散射盤擁有如此多的冰冷天體，以至於它們加起來的總質量相當大。除非在某個時候，星盤的總質量約為地球質量的 20 倍，並且位置範圍約為地球到太陽距離的數百倍，否則它將缺乏足夠的重量來充分重新配置外太陽系以反映天文學家目前所看到的情況。透過追蹤彗星的軌道，天文學家已經對那裡必須有多少質量有了模糊的概念。而一個足夠大的星盤，以使馬迪根的想法奏效，正處於似乎可能的上限。
在解釋天文學家對外太陽系異常聚集的觀測結果的競賽中，除了集體引力和第九行星之外，還有另一個黑馬候選者：也許這兩種假說都是錯誤的。也許，事實上，根本沒有聚集。天文學家搜尋小天體的方法以及用於大規模研究它們的統計資料中的偏差可能導致截然不同的結論——其中一些結論認為觀察到的聚集是虛幻的。
“透過外太陽系起源調查，我們沒有發現聚集的有力證據，”紐西蘭坎特伯雷大學的天文學家米歇爾·班尼斯特說，她是該合作專案的成員。該調查的設計使她和她的同事能夠發現以前未見過的極其微弱的天體，並更系統地評估它們是否聚集在一個不太可能的配置中。他們發現的遙遠天體可能只是均勻分佈的更大種群的一部分。“暗能量調查”成員的新發現得出了類似的結論，但他們也只發現了一小部分天體。
小數字統計的現實，即只能在廣闊的黑暗中看到一些模式和結構的微光，使得測試關於外太陽系的觀點變得極其困難——包括搜尋隱藏的行星或散射天體盤。迄今為止在那裡發現的一切都是微弱、黑暗和小型的。許多天體都非常遙遠，它們需要數千年才能完成圍繞太陽的一次公轉，這使得天文學家更難有效地確定其軌道的性質。
除了解釋已經進行的觀測之外，馬迪根和她的同事們已經開始做出預測。如果他們是對的，那麼遙遠天體的軌道中應該存在巨大的空隙：一個幾乎完全清除了碎片的區域，大致以距離太陽 50 倍地球距離為中心。如果第九行星存在，則不應該存在如此寬的空隙。“我很高興看到，隨著太陽系深處被繪製出來，它正在創造這種理論上的熱情和創新，”班尼斯特說，指的是集體引力和第九行星。
當馬迪根、巴蒂金和其他天體物理學家整理更多的間接證據來支援他們的論點並尋找新的預測來檢驗時，他們也在等待來自更靈敏的即將到來的望遠鏡的觀測結果，希望能直接解決這場辯論。正在智利北部沙漠山頂上建造的維拉·C·魯賓天文臺將以前所未有的深度和精度繪製外太陽系中的小天體。該望遠鏡最早將於 2021 年秋季“首次亮相”。
“外太陽系中確實發生了一些非常奇怪的事情，而且那裡肯定有更多的質量。如果[我們假設的星盤]沒有被魯賓天文臺觀測到，那麼它就不存在——那麼就是第九行星，”馬迪根說。“它必須是兩者之一。”