ASTRONOMÍA. ¿Cuántos planetas podría haber en el cinturón de Kuiper?

¿Cuántos planetas podría haber en el cinturón de Kuiper?

 

01 enero 2024.- Un estudio reciente publicado en The Astrophysical Journal Letters investiga la posible existencia de planetas flotantes libres (FFP) del tamaño de Marte, también conocidos como planetas rebeldes, planetas sin estrellas y planetas errantes, que podrían haber sido capturados por la gravedad de nuestro Sol hace mucho tiempo y orbita en el sistema solar exterior aproximadamente a 1.400 unidades astronómicas (AU) del Sol. A modo de contexto, el cuerpo planetario más lejano conocido en el sistema solar es Plutón, que orbita aproximadamente a 39 AU del Sol, y también es parte del Cinturón de Kuiper, que los científicos estiman que se extiende hasta 1000 AU del Sol.

Este estudio se produce mientras los científicos estiman actualmente que podrían existir miles de millones, si no billones, de FFP dentro de nuestra Vía Láctea, con un estudio presentado recientemente que utiliza datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA para identificar 540 posibles candidatos a planeta rebelde del tamaño de Júpiter , y se supone que algunos son pares de planetas rojos, también llamados planetas binarios rebeldes. A esto le siguió otro estudio presentado recientemente que también investigó el origen y la evolución de esos planetas binarios rebeldes. Actualmente, los científicos plantean la hipótesis de que los planetas rebeldes se forman a partir de dos escenarios: como parte de su propio sistema solar, pero luego de alguna manera son expulsados ​​al cosmos, o se forman de forma aislada. Pero, ¿cuál es la importancia general de estudiar los planetas que flotan libremente?

Hay tres áreas interesantes de la astrofísica que podemos aprender de los planetas que flotan librementeEl primero es la formación de sistemas planetarios: los planetas que flotan libremente son aparentemente subproductos del proceso de formación de sistemas planetarios, por lo que estudiarlos puede ayudar a esclarecer cómo surgieron sistemas planetarios como el nuestro. El segundo es la habitabilidad: los planetas que flotan libremente pueden superar en gran medida a los planetas limitados, por lo que si alguna fracción de ellos tiene regiones con presupuestos de energía que puedan soportar agua líquida, los planetas que flotan libremente podrían representar colectivamente una franja importante de bienes inmuebles habitables en el universo. El tercero son las interacciones dinámicas con estrellas y sistemas planetarios: dado que los planetas que flotan libremente no están vinculados a ninguna estrella en particular, deambulan por la galaxia y pueden tener interacciones dinámicas con muchas estrellas y sistemas planetarios diferentes.

El cinturón de Kuiper

En 1992, Dave Jewitt y Jane Luu de la Universidad de Hawaii descubrieron un pequeño objeto, denominado 1992QB1, que orbitaba el Sol más allá de Neptuno a una distancia de aproximadamente 40 AU . Desde entonces, se han descubierto más de 3.100 objetos similares con órbitas más allá de Neptuno, y los científicos estiman que hay varios cientos de miles de objetos de más de 20 millas de diámetro esperando ser descubiertos en esa vasta región del sistema solar.

A este enjambre de cuerpos lo llamamos Cinturón de Kuiper , en honor al astrónomo holandés-estadounidense Gerard Kuiper, quien especuló sobre la existencia de pequeños cuerpos más allá de Neptuno en la década de 1950. Algunos lo llaman Cinturón Edgeworth/Kuiper, y comparten el honor con el científico irlandés Kenneth Edgeworth, quien publicó una idea similar en la década de 1940. Los habitantes de este reino se denominan objetos del Cinturón de Kuiper (KBO), objetos de Edgeworth/Cinturón de Kuiper o simplemente objetos Transneptunianos (TNO). Es muy probable que la mayoría de los cometas de período corto que se encuentran en el sistema solar interior provengan del Cinturón de Kuiper, donde se almacenan en frío hasta que los tirones gravitacionales aleatorios de Neptuno los empujan hacia adentro.

La página web del Minor Planet Center de la IAU en Harvard/Smithsonian muestra la información más reciente sobre los KBO, incluidos gráficos de sus ubicaciones actuales y propiedades de varios cuerpos menores distantes.

Esta animación muestra una vista del sistema solar exterior. La nave espacial New Horizons está representada por el triángulo blanco, y la línea que tomó a través del sistema solar se muestra con el camino blanco. Los gigantes gaseosos se muestran mediante cuatro grandes puntos de colores, mientras que los pequeños puntos de colores representan los objetos conocidos del Cinturón de Kuiper, y el color indica la clase dinámica. Los puntos rojos indican objetos del Clásico Frío, que se encuentran en un anillo apretado, en órbitas de baja inclinación. Los puntos azules representan miembros del disco disperso. Estos objetos se encuentran en órbitas muy excéntricas. Algunas de sus órbitas completas se presentan mediante líneas discontinuas de color azul claro. Los puntos magenta y los puntos amarillos representan objetos en resonancias de movimiento medio 3:2 y 2:1 con Neptuno. Los dos objetivos de sobrevuelo de New Horizons, Plutón y Arrokoth (2014 MU69), están rodeados de un círculo blanco. La escala está marcada por círculos discontinuos blancos en 5, 30, 50 y 100 unidades astronómicas. Fuente: Wes Fraser, Consejo Nacional de Investigación de Canadá


Clasificación de objetos del cinturón de Kuiper

Hemos aprendido mucho sobre el Cinturón de Kuiper desde su descubrimiento, lo suficiente como para clasificar a sus numerosos habitantes según sus órbitas. Las principales categorías son:

1. KBO "clásicos fríos": "Frío" aquí no se refiere a la temperatura sino a las órbitas circulares no inclinadas de estos objetos. Los KBO clásicos fríos ocupan una región estrecha de aproximadamente 6 AU de ancho, entre 42 y 48 AU del Sol y aproximadamente 3 AU de espesor. No hay KBO grandes (500 millas de ancho o más) en este grupo y tienden a ser más rojos que otros KBO, por lo que pueden tener un origen diferente. Estos objetos se denominan KBO "clásicos" ya que se encuentran en el tipo de órbitas de las que habló Kuiper. El objetivo de sobrevuelo del Cinturón de Kuiper de New Horizons, Arrokoth, es miembro de la categoría Clásico Frío. Los Clásicos Fríos parecen ser el material original y gravitacionalmente imperturbado del Cinturón de Kuiper.

2. KBO "clásicos calientes": aquí, "calientes" se refiere a las órbitas no circulares e inclinadas de estos objetos. Aunque tienen una distancia promedio del Sol similar a la de los KBO clásicos fríos, sus órbitas excéntricas e inclinadas hacen que se desvíen mucho más de esa posición promedio. Como la mayoría de los KBO, sus tamaños y colores varían e incluyen objetos más grandes y más grises que los Clásicos Calientes. Los Clásicos Calientes están en un disco de aproximadamente 12 AU de espesor.

3. Los KBO resonantes están encerrados en una danza orbital con Neptuno, es decir, orbitan en resonancia con ese planeta. Los objetos resonantes 3:2, que incluyen a Plutón, realizan dos órbitas alrededor del Sol por cada tres órbitas de Neptuno. A veces se les llama "Plutinos" o "pequeños Plutones". Los objetos 2:1 están más lejos del Sol y orbitan una vez por cada dos órbitas de Neptuno. Hay decenas de grupos de resonancia en el cinturón de Kuiper.

4. Los KBO dispersos probablemente se han acercado demasiado a Neptuno en el pasado, y la gravedad de Neptuno los ha lanzado a órbitas inestables, a veces llevándolos a cientos de AU del Sol en su punto más distante y acercándolos al Sol que Neptuno en su punto más cercano.

5. La última categoría, a veces llamada Extreme TNO , es tan nueva que hasta ahora solo tiene unos pocos miembros conocidos, como Sedna y 2012 VP113 , y posiblemente 2015 TG387. Estos objetos pueden terminar no siendo considerados parte del Cinturón de Kuiper en absoluto. Sedna nunca se acerca a menos de 76 AU y alcanza las 1.000 AU en el punto más distante de su órbita de 12.000 años. Sedna tiene al menos la mitad del tamaño de Plutón y es probablemente uno de los miembros más grandes de una enorme población de objetos por descubrir en esta lejana región del sistema solar.



Descubriendo objetos del cinturón de Kuiper

Debido a que son pequeños y están lejos, los KBO parecen estrellas débiles incluso a través de los telescopios más grandes del mundo. Son tan difíciles de ver que el primer objeto clásico del Cinturón de Kuiper se descubrió en 1992. Los astrónomos pueden encontrar objetos del Cinturón de Kuiper entre la miríada de estrellas porque los KBO se mueven lentamente en relación con esas estrellas. Debido a las posiciones orbitales cambiantes de la Tierra y los objetos del Cinturón de Kuiper, imágenes muy detalladas del cielo tomadas con muchas horas o días de diferencia mostrarán puntos de luz débiles que han cambiado ligeramente de posición en comparación con las estrellas distantes que parecen estacionarias. Aquellos cuyas posiciones cambian lentamente deben estar muy lejos del Sol: estos son los objetos del cinturón de Kuiper. (Se descubren más fácilmente los asteroides que se mueven más rápido, mucho más cerca del Sol, y que residen en el cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter).

Los astrónomos modernos utilizan cámaras digitales extremadamente sensibles (versiones altamente especializadas de las cámaras digitales que ahora utilizan ampliamente los fotógrafos de todo el mundo) para descubrir los KBO. Las cámaras digitales utilizadas por los astrónomos son tan sensibles que deben funcionar a temperaturas extremadamente frías, entre -58° y -148° Fahrenheit (-50° y -100° Celsius).

Tamaños y colores

Los dos objetos más grandes del Cinturón de Kuiper son Plutón y Eris, siendo Plutón un poco más grande con un diámetro de 2.377 kilómetros (1.477 millas). Hay entre tres y siete KBO más conocidos con diámetros de aproximadamente 950 a 1.500 kilómetros (600 a 900 millas), incluida la luna más grande de Plutón, Caronte. Los científicos creen que se encontrarán KBO adicionales en el rango de tamaño de 950 a 2.000 kilómetros, pero la mayoría de los KBO son mucho más pequeños.

Los objetos del Cinturón de Kuiper exhiben diferentes reflectividades y colores. Plutón es muy brillante, con una reflectividad media de 0,5. En comparación, la reflectividad de la Luna de la Tierra es sólo de alrededor del 10%. La alta reflectividad de Plutón se conocía a partir de mediciones telescópicas terrestres y espaciales antes de que New Horizons sobrevolara en 2015. Las imágenes de Plutón de New Horizons revelaron que el brillo de la superficie se debía tanto a la actividad geológica (vuelco convectivo del hielo de nitrógeno en el Sputnik Planitia de Plutón ) y la deposición de hielo fresco, por condensación de volátiles atmosféricos.

Otros KBO tienen superficies más oscuras con una reflectividad en el rango del 4-20%. Los cuerpos más oscuros pueden estar cubiertos por polímeros ricos en carbono químicamente complejos. La amplia gama de colores de KBO –del gris al rojo– sugiere una amplia diversidad en la composición y evolución de estos cuerpos. Debido a la debilidad de los KBO, ha sido difícil obtener espectros infrarrojos que indiquen la existencia de minerales y hielos específicos. La débil huella de hielo de agua se ha detectado en la superficie de varios KBO mediante mediciones telescópicas terrestres, y también en Plutón y Caronte mediante instrumentos del New Horizons .

Atmósferas y Lunas

Aproximadamente 125 KBO tienen compañeros y cada vez se descubren más. A menudo se les llama " KBO binarios " porque los objetos tienen un tamaño similar, por lo que no está claro cuál es el "KBO" y cuál es la "luna". La pareja más conocida es Plutón y Caronte; Caronte orbita a Plutón cada seis días a una distancia de unos 17.000 kilómetros (10.000 millas). Algunos pares tienen órbitas mucho más lentas (hasta 17 años) y una mayor separación (hasta 100.000 kilómetros o 60.000 millas), mientras que otros están muy cerca. 

Todavía no sabemos cómo se forman estos KBO binarios, pero es probable que estén involucrados colisiones o encuentros cercanos con otros objetos. Se espera que sólo los KBO más grandes tengan atmósferas, y se detectó una atmósfera tenue en Plutón a partir de mediciones telescópicas terrestres antes de que New Horizons llegara a Plutón. La atmósfera de Plutón (ahora conocida por las mediciones de New Horizons que tiene una densidad aproximadamente 100.000 veces menor que la de la Tierra) podría potencialmente congelarse en la superficie a medida que Plutón continúe alejándose del Sol durante las próximas décadas.

Cometas de la familia Júpiter

Los cometas suelen clasificarse en dos familias principales según sus órbitas alrededor del Sol. Los cometas de la Nube de Oort provienen de una región de forma aproximadamente esférica entre 10.000 y 100.000 AU del Sol y normalmente tienen períodos orbitales de aproximadamente un millón de años. Los cometas de la familia Júpiter tienen órbitas fuertemente influenciadas por la gravedad de Júpiter y normalmente necesitan menos de 20 años para dar una vuelta alrededor del Sol.

Cuando el sistema solar se formó hace casi 4.600 millones de años, alrededor del 10% de los cometas que se formaron cerca de los planetas gigantes (quizás un billón en total) fueron expulsados ​​a la Nube de Oort. Ocasionalmente, las perturbaciones gravitacionales provocadas por la marea galáctica y las estrellas cercanas enviaron algunos objetos de la Nube de Oort hacia el Sol, creando los "nuevos cometas" que vemos hoy. Por el contrario, se cree que los cometas de la familia Júpiter provienen del Cinturón de Kuiper, arrastrados hacia el interior del sistema solar por la gravedad de Júpiter y Neptuno. Casi 150 cometas de período corto están actualmente clasificados como "JFC".

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