El Cinturón de Kuiper

El Cinturón de Kuiper

Los astrónomos piensan que hay millones de objetos pequeños y helados en esta región, incluidos cientos de miles que tienen más de 100 kilómetros (60 millas) de ancho. Algunos, incluido Plutón, tienen más de 1,000 kilómetros (600 millas) de ancho. Además de rocas y hielo de agua, los objetos en el Cinturón de Kuiper también contienen una variedad de otros compuestos congelados como el amoníaco y el metano.

La región lleva el nombre del astrónomo Gerard Kuiper, quien publicó un artículo científico en 1951 que especulaba sobre objetos más allá de Plutón. El astrónomo Kenneth Edgeworth también mencionó objetos más allá de Plutón en documentos que publicó en la década de 1940, y por lo tanto a veces se lo conoce como el Cinturón Edgeworth-Kuiper. Algunos investigadores prefieren llamarlo la Región Transneptuniana y se refieren a los objetos del Cinturón de Kuiper (KBO) como objetos transneptunianos, o TNOs.

Cualquiera que sea su término preferido, el cinturón ocupa un enorme volumen en nuestro sistema planetario, y los pequeños mundos que lo habitan tienen mucho que contarnos sobre la historia temprana del sistema solar.

Formación / Orígenes

Los astrónomos piensan que los objetos helados del Cinturón de Kuiper son restos de la formación del sistema solar. Similar a la relación entre el cinturón de asteroides principal y Júpiter, es una región de objetos que podrían haberse unido para formar un planeta si Neptuno no hubiera estado allí. En cambio, la gravedad de Neptuno agitó esta región del espacio tanto que los pequeños objetos helados no pudieron unirse en un gran planeta.

La cantidad de material en el Cinturón de Kuiper hoy podría ser solo una pequeña fracción de lo que originalmente estaba allí. Según una teoría bien respaldada, las órbitas cambiantes de los cuatro planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) podrían haber causado la pérdida de la mayor parte del material original, probablemente de 7 a 10 veces la masa de la Tierra.

La idea básica es que al principio de la historia del sistema solar, Urano y Neptuno se vieron obligados a orbitar más lejos del Sol debido a los cambios en las órbitas de Júpiter y Saturno. A medida que avanzaban más hacia afuera, atravesaron el denso disco de pequeños cuerpos helados que quedaron después de que se formaron los planetas gigantes. La órbita de Neptuno era la más alejada, y su gravedad doblaba los caminos de innumerables cuerpos helados hacia los otros gigantes. Júpiter finalmente arrojó a la mayoría de estos cuerpos helados en órbitas extremadamente distantes (para formar la Nube de Oort) o fuera del sistema solar por completo. Cuando Neptuno arrojó objetos helados hacia el sol, esto provocó que su propia órbita se alejara aún más, y su influencia gravitacional obligó a los objetos helados restantes al rango de ubicaciones donde los encontramos en el Cinturón de Kuiper.

Hoy, el Cinturón de Kuiper se está erosionando lentamente. Los objetos que permanecen allí ocasionalmente colisionan, produciendo objetos más pequeños fragmentados por la colisión, a veces cometas y también polvo que el viento solar expulsa del sistema solar.

Tamaño y distancia

El Cinturón de Kuiper es una de las estructuras más grandes de nuestro sistema solar; otras son la Nube de Oort, la heliosfera y la magnetosfera de Júpiter. Su forma general es como un disco hinchado, o donut. Su borde interno comienza en la órbita de Neptuno, a aproximadamente 30 UA del Sol. (1 UA, o unidad astronómica, es la distancia de la Tierra al Sol). La región principal interna del cinturón de Kuiper termina a unas 50 UA del Sol. Traslapando el borde exterior de la parte principal del Cinturón de Kuiper hay una segunda región llamada disco disperso, que continúa hacia afuera hasta cerca de 1,000 UA, con algunos cuerpos en órbitas que van más allá.

Hasta el momento, los observadores han catalogado más de 2,000 objetos transneptunianos, lo que representa solo una pequeña fracción del número total de objetos que los científicos creen que hay. De hecho, los astrónomos estiman que hay cientos de miles de objetos en la región que tienen más de 100 kilómetros (60 millas) de ancho o más. Sin embargo, se estima que la masa total de todo el material en el Cinturón de Kuiper no supera el 10 por ciento de la masa de la Tierra.

Estructura y características

El Cinturón de Kuiper representa un enorme volumen de espacio en forma de rosquilla en el sistema solar exterior. Si bien hay muchos cuerpos helados en esta región a los que nos referimos ampliamente como objetos del cinturón de Kuiper (KBO) u objetos transneptunianos (TNO), son bastante diversos en tamaño, forma y color. Y lo que es más importante, no se distribuyen de manera uniforme a través del espacio: una vez que los astrónomos comenzaron a descubrirlos a principios de la década de 1990, una de las primeras sorpresas fue que los KBO podían agruparse según las formas y tamaños de sus órbitas. Esto llevó a los científicos a comprender que hay varios grupos distintos, o poblaciones, de estos objetos cuyas órbitas proporcionan pistas sobre su historia. A qué categoría pertenece un objeto tiene mucho que ver con cómo ha interactuado con la gravedad de Neptuno a lo largo del tiempo.

La mayoría de los objetos en el Cinturón de Kuiper se encuentran en la parte principal del cinturón o en el disco disperso:

KBO clásicos

Una gran fracción de KBO orbita alrededor del Sol en lo que se llama el clásico cinturón de Kuiper. El término "clásico" se refiere al hecho de que, entre los KBO, estos objetos tienen órbitas más similares a la idea original, o clásica, de cómo se esperaba que fuera el Cinturón de Kuiper, antes de que los astrónomos comenzaran realmente a encontrar objetos allí. (La expectativa era que, si hubiera objetos más allá de Neptuno, estarían en órbitas relativamente circulares que no se inclinan demasiado desde el plano de los planetas. En cambio, se encuentra que muchos KBO tienen órbitas significativamente elípticas e inclinadas. Por lo tanto, hasta cierto punto, la clasificación de los KBO aún refleja nuestra comprensión evolutiva de esta región distante del sistema solar).

Hay dos grupos principales de objetos en el clásico cinturón de Kuiper, referidos como "frío" y "caliente". Estos términos no se refieren a la temperatura; en cambio, describen las órbitas de los objetos, junto con la cantidad de influencia que la gravedad de Neptuno ha tenido sobre ellos.

Todos los KBO clásicos tienen una distancia promedio similar al Sol entre aproximadamente 40 y 50 UA. Los KBO clásicos fríos tienen órbitas relativamente circulares que no están inclinadas demasiado lejos del plano de los planetas; Los KBO clásicos calientes tienen órbitas más elípticas e inclinadas (a lo que los astrónomos se refieren como excéntricos e inclinados, respectivamente). Esto significa que la variedad fría pasa la mayor parte de su tiempo aproximadamente a la misma distancia del Sol, mientras que las calientes deambulan en un rango mayor de distancias del Sol (es decir, en algunas partes de sus órbitas, están más cerca del Sol y a veces están más lejos).

Las diferencias entre estos dos tipos de cuerpos en el cinturón clásico de Kuiper tienen mucho que ver con Neptuno. Los KBO clásicos fríos tienen órbitas que nunca se acercan mucho a Neptuno y, por lo tanto, permanecen "frescos" y no se ven perturbados por la gravedad del planeta gigante. Es probable que sus órbitas no se hayan movido mucho durante miles de millones de años. En contraste, los KBO clásicos calientes han tenido interacciones con Neptuno en el pasado (es decir, con la gravedad del planeta gigante). Estas interacciones bombearon energía en sus órbitas, lo que las estiró en una forma elíptica y las inclinó ligeramente fuera del plano de los planetas.

KBO resonantes

Un número significativo de KBO se encuentra en órbitas que están estrechamente controladas por Neptuno. Orbitan en resonancia con el planeta gigante, lo que significa que sus órbitas están en un patrón estable y repetitivo con el de Neptuno. Estos KBO resonantes completan un número específico de órbitas en la misma cantidad de tiempo que Neptuno completa un número específico de órbitas (en otras palabras, una relación). Hay varios de estos grupos, o resonancias: 1:1 (pronunciado "uno a uno"), 4:3, 3:2 y 2:1. Por ejemplo, Plutón está en una resonancia 3:2 con Neptuno, lo que significa que rodea al Sol dos veces por cada tres veces que Neptuno gira.

De hecho, hay suficientes objetos en órbitas con esta resonancia 3:2, junto con Plutón, que los astrónomos les han dado su propia categoría entre los KBO resonantes: los plutinos.

Disco disperso

El disco disperso es una región que se extiende mucho más allá de la parte principal del Cinturón de Kuiper, y alberga objetos que han sido dispersados por Neptuno en órbitas altamente elípticas y muy inclinadas hacia el plano de los planetas. Muchos objetos de disco dispersos tienen órbitas inclinadas por decenas de grados. Algunos se aventuran a cientos de UA desde el Sol y muy por encima del plano de los planetas en el punto más alejado de sus órbitas, antes de caer de nuevo al punto más cercano cerca de la órbita de Neptuno. Las órbitas de muchos objetos en el disco disperso aún evolucionan lentamente, con objetos que se pierden con el tiempo, en comparación con el clásico cinturón de Kuiper, donde las órbitas son más estables.

El disco disperso le da al cinturón de Kuiper clásico en forma de rosquilla una extensión mucho más ancha y gruesa. Algunos astrónomos hablan de los dos como regiones separadas, aunque sus límites se superponen y están unidos entre sí de varias maneras. (En particular, se cree que los objetos en ambas regiones terminaron allí como resultado de la migración de Neptuno desde su órbita original más cercana a donde está ahora).

Eris (planeta enano) es un ejemplo de un objeto en el disco disperso (de hecho, es el miembro más grande conocido de esta población).

Familias Adicionales

La mayoría de los objetos en el Cinturón de Kuiper se encuentran en la parte principal del cinturón o en el disco disperso, pero también hay un par de familias adicionales de objetos que orbitan el interior y el exterior del Sol al cinturón. Estos grupos adicionales de objetos probablemente vinieron originalmente del Cinturón de Kuiper, pero la gravedad de Neptuno o quizás otro planeta masivo los sacó de las regiones principales.

Objetos separados

Los objetos separados del Cinturón de Kuiper tienen órbitas que nunca se acercan más al Sol, cerca de 40 UA. Esto los distingue de la mayoría de los otros KBO, que pasan al menos parte de sus órbitas en la región entre 40 y 50 UA del Sol. Debido a que sus órbitas no se acercan a la distancia de Neptuno del Sol (~ 30 UA), parece improbable que los objetos separados hayan sido sacados del Cinturón de Kuiper por interacciones con el planeta gigante. Los científicos creen que es probable que alguna otra fuerza sea responsable, como un planeta gigante sin descubrir (en una órbita muy distante), la gravedad de las estrellas que pasan o perturbaciones gravitacionales a medida que el Cinturón de Kuiper se estaba formando hace mucho tiempo.

Sedna es un ejemplo de un KBO separado. Lo más cerca que está del Sol es de 76 UA, mientras que en su punto más alejado viaja a ~ 1200 UA.

Centauros

Los centauros son objetos con órbitas que viajan a través del espacio entre las órbitas de Júpiter y Neptuno. En estas órbitas, interactúan fuertemente con la gravedad de los planetas gigantes. Debido a estos poderosos encuentros gravitacionales, la mayoría están destinados a ser expulsados del sistema solar o empujados hacia el sistema solar interno donde se convierten en cometas o chocan contra el Sol y los planetas.

Este proceso de eliminación de los Centauros, está en curso, y lleva decenas de millones de años para el típico objeto Centauro. Por lo tanto, el hecho de que haya Centauros alrededor de hoy es evidencia de que están siendo suministrados activamente desde otro lugar. Los astrónomos piensan que la explicación más probable es que son escapes relativamente recientes del Cinturón de Kuiper. De hecho, se entiende que los centauros son objetos dispersos, como los del disco disperso; la diferencia es que los centauros se han dispersado más cerca del Sol por Neptuno, en lugar de más lejos.

El lugar de Plutón en el cinturón de Kuiper

Plutón fue el primer objeto del Cinturón de Kuiper que se descubrió, en 1930, en un momento en que los astrónomos tenían razones para esperar una gran población de mundos helados más allá de Neptuno. Hoy es conocido como el "Rey del Cinturón de Kuiper": es el objeto más grande de la región, aunque otro objeto de tamaño similar, llamado Eris, tiene una masa ligeramente más alta. Se dice que la órbita de Plutón está en resonancia con la órbita de Neptuno, lo que significa que la órbita de Plutón está en un patrón estable y repetitivo con el de Neptuno. Por cada tres órbitas completadas por Neptuno, Plutón hace dos órbitas. En esta situación, Plutón nunca se acerca lo suficiente a Neptuno como para verse afectado por su gravedad. De hecho, a pesar de que su órbita cruza la órbita de Neptuno, Plutón se acerca físicamente más a Urano que nunca a Neptuno.

Lunas y binarios del cinturón de Kuiper

Un número bastante grande de KBO tiene lunas, es decir, cuerpos significativamente más pequeños que las orbitan, o son objetos binarios. Los binarios son pares de objetos que son relativamente similares en tamaño o masa que orbitan alrededor de un punto (un centro de masa compartido) que se encuentra entre ellos. Algunos binarios realmente se tocan, creando una especie de forma de maní, creando lo que se conoce como binario de contacto.

Plutón, Eris, Haumea y Quaoar son todos los objetos del Cinturón de Kuiper que tienen lunas. Las observaciones del telescopio sugieren que el objetivo del sobrevuelo de la nave espacial New Horizons de la NASA de 2019, conocido como 2014 MU69, puede ser un binario de contacto.

Una cosa que hace que los KBO binarios sean particularmente interesantes es que la mayoría de ellos pueden ser objetos extremadamente antiguos o primordiales que se han modificado poco desde su formación. Las diversas ideas sobre cómo se forman estos pares requieren muchos más objetos de los que parece contener actualmente el Cinturón de Kuiper. Una idea principal es que los binarios pueden resultar de colisiones a baja velocidad entre KBO, lo que les permitiría sobrevivir al impacto y mantenerse unidos debido a su gravedad mutua. Es probable que tales colisiones fueran mucho más comunes hace miles de millones de años, cuando la mayoría de los KBO estaban en órbitas similares que eran más circulares y cercanas al plano de los planetas (llamada eclíptica). Hoy tales colisiones son mucho más raras. También tienden a ser destructivos, ya que muchos KBO están en órbitas inclinadas o elípticas, lo que significa que chocan entre sí con mayor fuerza y se rompen.

Relación con los cometas

El Cinturón de Kuiper es una fuente de cometas, pero no la única fuente. Hoy se cree que el Cinturón de Kuiper se está erosionando muy lentamente. Los objetos allí ocasionalmente chocan, con los fragmentos de colisión que producen KBO más pequeños (algunos de los cuales pueden convertirse en cometas), así como el polvo que el viento solar expulsa del sistema solar. Las piezas producidas al chocar KBOs pueden ser empujadas por la gravedad de Neptuno hacia órbitas que las envían hacia el sol, donde Júpiter las acorrala en bucles cortos que duran 20 años o menos. Estos se llaman cometas de la familia Júpiter de período corto. Dados sus frecuentes viajes al sistema solar interno, la mayoría tiende a agotar sus hielos volátiles con bastante rapidez y eventualmente se vuelven cometas inactivos o muertos con poca o ninguna actividad detectable. Los investigadores han descubierto que algunos asteroides cercanos a la Tierra son en realidad cometas quemados, y la mayoría de ellos habrían comenzado en el Cinturón de Kuiper. Muchos cometas chocan contra el Sol o los planetas. Aquellos que tienen encuentros cercanos con Júpiter tienden a ser destrozados o expulsados del sistema solar por completo.

La otra fuente de cometas es la Nube de Oort, de donde provienen la mayoría de los cometas de períodos largos en órbitas altamente inclinadas.

Fuente:[Nasa]