El Cinturón de Kuiper: Su Formación, Estructura, Superficie y Sonexión con Neptuno

El cinturón de Kuiper está ubicado en las áreas exteriores de nuestro sistema solar, justo después de la órbita de Neptuno, y se cree que son materiales que quedaron de la formación de los planetas. Aunque el nombre oficial es el Cinturón de Kuiper-Edgeworth, la mayoría de la gente simplemente lo llama Cinturón de Kuiper. Tiene una forma de disco que se extiende desde la órbita de Neptuno hasta casi 50 UA (unidades astronómicas) desde el sol.

Сinturón de Kuiper

Se cree que el Cinturón de Kuiper alberga millones de pequeños cuerpos helados que están compuestos principalmente de nitrógeno, metano, amoníaco y agua. El cinturón de Kuiper se acerca 20 a 200 veces más grande que el cinturón de asteroides y unas 20 veces más ancho.

Información básica del cinturón de Kuiper

El cinturón de Kuiper ocupa un volumen enorme dentro de nuestro sistema planetario. Es una región enorme en las regiones exteriores frías de nuestro sistema solar que a menudo se llama la ‘tercera zona’. Los astrónomos creen que existen millones de objetos helados, de pequeños a grandes, en esta área, incluidos cientos de miles que tienen más de 60 mi / 100 km de ancho. El planeta enano Plutón se encuentra en el cinturón de Kuiper y es parte de esos objetos que tienen más de 1000 km de ancho.

Además del hielo de agua y la roca, los objetos del cinturón de Kuiper también contienen muchos otros compuestos que están congelados, como el metano y el amoníaco. Algunos investigadores se refieren al área como el Cinturón de Edgeworth-Kuiper, mientras que otros la llaman Región Transneptuniana. Se refieren a los objetos como KBO (para objetos del Cinturón de Kuiper) o TNO (para objetos transneptunianos).

Historia del nombre

El astrónomo Kenneth Edgewood presentó una propuesta de 1943 para especular que los grandes objetos celestes y cometas podrían existir en mayor número justo fuera del planeta Neptuno. Aunque se pensó que su propuesta era solo una teoría, el astrónomo holandés, Jan Oort, propuso que los cometas que vemos en nuestro sistema solar tenían su origen en las afueras del sistema. La teoría de Oort de 1950 incluía el hecho de que pensaba que se trataba de una vasta área inexplorada.

Espectro

Cuando los científicos confirmaron su observación, nombraron a la Nube de Oort en su honor. En 1951, Gerard Kuiper hizo una predicción adicional con respecto a la enorme área fuera de Neptuno que contenía asteroides y otros cuerpos. Dado que tanto Kuiper como Edgewood habían hecho predicciones cercanas, la comunidad científica nombró el área de descubrimiento en honor a ambos astrónomos como el Cinturón de Edgewood-Kuiper.

Formación

Los científicos creen que el cinturón de Kuiper contiene los restos de la formación del sistema solar. Es similar a la relación entre Júpiter y el cinturón de asteroides en que es un área de objetos que podrían haber formado un planeta si Neptuno no hubiera estado allí. La cantidad de escombros y material que hay hoy en el Cinturón de Kuiper puede ser solo un pequeño porcentaje de lo que había cuando se formó por primera vez. Una teoría que está bien sustentada indica que a medida que las órbitas de los cuatro planetas gigantes de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno cambiaron, causó la pérdida de la mayoría del material original.

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La teoría es que esto era de 7 a 10 veces la masa de nuestra Tierra. La teoría se basa en la idea de que al principio de la historia de nuestro sistema solar, Neptuno y Urano fueron empujados a orbitar más lejos del sol debido a otros cambios ocurridos por Saturno y Júpiter. A medida que los planetas continuaron alejándose, pasaron a través de un denso disco de cuerpos helados más pequeños que quedaron después de que se formaron los planetas gigantes. Dado que la órbita de Neptuno es la más alejada, su gravedad comenzó a doblar las palmaditas de los cuerpos helados hacia adentro para dirigirse hacia los otros planetas gigantes.

La gravedad de Júpiter es la más fuerte y, a medida que se acercaban a Júpiter, creó un efecto de ‘tirachinas’ para la mayoría de los cuerpos helados para dirigirse a órbitas de distancias extremas, como la Nube de Oort, o completamente fuera del sistema solar. Cuando Neptuno empujó objetos helados hacia el sol, esto creó una condición en la que su propia órbita comenzó a alejarse aún más, con su gravedad forzando al resto de los objetos helados que quedaban en el área que los encontramos hoy en el Cinturón de Kuiper.

Los objetos que se encuentran en el cinturón de Kuiper ocasionalmente se golpean entre sí, haciendo que los objetos sean más pequeños y más fragmentados. Esto ha provocado que el cinturón de Kuiper se erosione lentamente. Se pueden crear objetos más pequeños, como cometas, y el polvo más pequeño se expulsa del sistema solar con los vientos solares.

Estructura y superficie

El Cinturón de Kuiper es una enorme área del espacio en forma de rosquilla en nuestro sistema solar exterior. Hay muchos cuerpos helados en el área a los que nos referimos como KBO (objetos del cinturón de Kuiper) o TNO (objetos transneptunianos). Todos estos son una variedad de formas, colores y tamaños, y no están distribuidos de manera muy uniforme en el espacio. Los astrónomos se sorprendieron al descubrir que los KBO a menudo se agrupaban en función de la forma y el tamaño de sus órbitas.

Esto llevó al entendimiento de que había varios grupos muy distintos y diferentes y que las órbitas podrían ofrecer una pista de estos orígenes e historia. Los científicos descubrieron que la categoría a la que pertenece un objeto tiene mucho que ver con su interacción a lo largo del tiempo con la gravedad de Neptuno. La mayoría de los objetos del cinturón de Kuiper se encuentran en el cinturón principal o en el disco disperso.

KBO clásicos

Una gran parte de los KBO orbitan alrededor del sol en lo que se conoce como el cinturón de Kuiper clásico. La palabra ‘clásico’ se refiere a la creencia de que estos KBO tienen órbitas que son más similares a su idea original o de ‘clase’ de cómo se esperaba que fuera el Cinturón de Kuiper antes de que los astrónomos encontraran objetos.

Los astrónomos del pasado esperaban que los objetos más allá de Neptuno tuvieran órbitas más bien circulares que no estuvieran inclinadas demasiado lejos del plano planetario. Sin embargo, se encontró que muchos KBO tenían órbitas tanto elípticas como inclinadas. Los dos grupos principales dentro del cinturón de Kuiper clásico se denominan ‘calientes’ y ‘fríos’. En lugar de referirse a la temperatura, en realidad describen las órbitas del objeto, así como la cantidad de influencia gravitacional que Neptuno tiene sobre ellos.

Todos los KBO clásicos comparten la similitud en la distancia promedio del sol de alrededor de 40-50 AU. Los KBO clásicos fríos tienen una órbita más circular que no está tan alineada con el plano de los planetas, mientras que los KBO clásicos calientes tienen una órbita más elíptica e inclinada que los astrónomos llaman excéntrica o inclinada, respectivamente.

Lo que esto significa es que los KBO clásicos fríos pasan la mayor parte de su tiempo aproximadamente a la misma distancia del sol, mientras que los KBO calientes pueden deambular en rangos más amplios de distancias del sol. Las órbitas de los KBO calientes pueden llevarlos cerca del sol y luego más lejos.

Parece que Neptuno es la principal influencia que provoca las diferencias entre los KBO clásicos fríos y calientes. Los KBO clásicos fríos tienen órbitas que nunca se acercan a Neptuno y, por lo tanto, son ‘geniales’ y no les molesta la gravedad de Neptuno. Tienen órbitas que probablemente no han cambiado durante miles de millones de años. Los KBO clásicos calientes han tenido interacciones con Neptuno en el pasado y se ven afectados por su gravedad. Las interacciones hacen que se bombee energía a su órbita, lo que hace que su forma se estire para ser elíptica y los incline fuera del plano de los planetas.

KBO resonantes

Hay algunos KBO cuyas órbitas están completamente controladas por Neptune. Su órbita se llama estar en ‘resonancia’ con el planeta gigante, y significa que sus órbitas son estables y se repiten con la de Neptuno. Los KBO resonantes tienen un número específico de órbitas en la misma cantidad de tiempo que le toma a Neptuno completar un número específico de órbitas. Hay algunos KBO resonantes que tienen la misma relación con el planeta enano Plutón y se les ha asignado su propia categoría dentro de los KBO resonantes como plutinos.

Disco disperso

Más allá de la parte principal del cinturón de Kuiper hay una región llamada disco disperso. Es donde se han lanzado objetos que fueron dispersados ​​por Neptuno y sus órbitas son muy elípticas y muy inclinadas al plano de los planetas. Algunos de estos objetos tienen órbitas que se alejan hasta cientos de AU del sol y muy por encima del plano de los planetas, y luego regresan a un área más cercana cerca de la órbita de Neptuno.

Sus órbitas cambian y evolucionan constantemente y son diferentes al cinturón de Kuiper clásico que tiene órbitas estables. El disco disperso es lo que le da al cinturón de Kuiper su amplia forma de rosquilla.

Otros objetos familiares en el cinturón de Kuiper

Si bien la mayoría de los objetos en el cinturón de Kuiper se encuentran en la parte principal del cinturón o en el disco disperso, hay algunas otras ‘familias’ de objetos que orbitan alrededor del sol dentro y fuera del cinturón. Es más que probable que estos objetos fueran originalmente del Cinturón de Kuiper, pero luego fueron alejados por la gravedad de Neptuno o de uno de los otros grandes planetas.

Objetos separados

Estos son objetos dentro del Cinturón de Kuiper que nunca se acercan más al sol que alrededor de 40 AU. Son diferentes de casi todos los demás KBO que pasaron al menos una parte de sus órbitas más cerca del sol que 40 AU. 

La distancia de Neptuno al sol es (~ 30 AU), y dado que los objetos separados no se acercan a la distancia de Neptuno, los científicos no creen que fueron sacados del Cinturón de Kuiper a través de interacciones con Neptuno. 

Creen que es más que probable que haya otra fuerza responsable de sus órbitas, como un planeta gigante sin descubrir en una órbita distante, la gravedad de las estrellas que pasan o incluso las alteraciones gravitacionales que ocurrieron en la formación del Cinturón de Kuiper. Un ejemplo de KBO separado es el planeta enano Sedna.

Centauros

Los centauros son los objetos que tienen órbitas que viajan a través del espacio entre las órbitas de Neptuno y Júpiter. Durante sus órbitas, interactúan con la gravedad del planeta gigante, y debido a que las gravedades son tan fuertes, eventualmente serán empujados hacia el sistema solar interior para convertirse en cometas o chocar contra planetas o el sol, o ser completamente expulsados ​​del sistema solar por completo. El destino final de los centauros ocurre constantemente y puede llevar decenas de millones de años. Los científicos creen que la evidencia de que todavía quedan centauros en la actualidad podría deberse al hecho de que se están suministrando o reponiendo desde otro lugar.

Una explicación es que han escapado del Cinturón de Kuiper. Se considera que los centauros son objetos dispersos como los del disco disperso, pero a diferencia de los centauros, los centauros se dispersan más cerca del sol por la interacción con Neptuno en lugar de más lejos.

Visitas al espacio

New Horizon: lanzado en 2006. New Horizon viajó a través del cinturón de asteroides y el cinturón de Kuiper en su camino para visitar y estudiar el planeta enano Plutón y sus lunas. Muchos de los cometas de período corto han sido rastreados por los astrónomos desde sus orígenes en el Cinturón de Kuiper para seguir sus períodos orbitales de 200 años o menos. Los objetos en el cinturón de Kuiper varían en tamaño, siendo los objetos más grandes conocidos Plutón, Quaoar, Makemake, Haumea, Ixion y Varuna; que también se denominan a menudo TNO (objetos transneptunianos). Al explorar otras galaxias, los científicos han descubierto hasta ahora que existen estructuras similares a nuestro Cinturón de Kuiper alrededor de al menos otras nueve estrellas. El estudio del hielo que se encuentra en los objetos del Cinturón de Kuiper muestra que el hielo se remonta a la formación del sistema solar. La investigación del Cinturón de Kuiper ayuda a los científicos a comprender las condiciones de nuestra nebulosa del sistema solar temprano. Los científicos tienen una estimación aproximada de que el Cinturón de Kuiper podría contener cerca de 35.000 objetos con diámetros superiores a 100 mm. Los resultados del sobrevuelo de Plutón de la misión New Horizons de la NASA trajeron más datos e imágenes de Plutón y su luna Caronte y otras lunas dentro del Cinturón de Kuiper. Antes de esta misión, las imágenes solo eran grises y borrosas. Los científicos creen que la luna de Neptuno, Tritón, estuvo una vez en el Cinturón de Kuiper y luego fue capturada por la atracción gravitacional de Neptuno.