Cinturón de Kuiper

Es una región más allá de Neptuno, poblada por un estimado de 10 mil millones a un billón de cuerpos de hielo y roca conocidos como Objetos del Cinturón de Kuiper o también como Objetos Trans-neptunianos (KBO y TNO por sus siglas en inglés). Se extiende desde 30 UA (Unidad Astronómica = a la distancia promedio de la Tierra al Sol) hasta al menos 150 UA de distancia al Sol y se cree que forma una extensión interior aplanada de la Nube de Oort.

El Cinturón de Kuiper es una estructura más vieja que la parte esférica de la Nube de Oort. Los KBOs o TNOs se formaron más bien en sus ubicaciones actuales - lo suficientemente lejos como para no haber sido arrojados por los planetas gigantes- mientras que los objetos más distantes de la Nube de Oort se formaron en realidad más cerca del Sol que los KBOs, de donde fueron lanzados hacia sus enormes órbitas actuales por la interacción gravitacional con Júpiter y los otros gigantes gaseosos.

Esquema que representa la Nube de Oort y el Cinturón de Kuiper - NASA/JPL

 

Este cinturón lleva el nombre de Gerard Kuiper (1905-1973), astrónomo estadounidense de origen holandés, quien predijo su existencia en 1951, aunque un astrónomo británico aficionado, Kenneth Edgeworth (1880-1972), sugirió su existencia 9 años antes. Por ello, de vez en cuando, se le nombra también Cinturón de Edgeworth-Kuiper.

La primera observación de comprobación del Cinturón de Kuiper llegó en 1992, cuando David Jewitt y Jane Luu (Universidad de Hawaii y de Berkeley) descubrieron un objeto de 200 km. de ancho circulando al rededor del Sol, más allá de la órbita de Plutón. Desde entonces, muchos de estos objetos han sido descubiertos. Estimaciones sugieren que puede haber más de 70,000 TNOs con un diámetro de 100 km. en la región cercana a la órbita de Plutón y posiblemente más pasando las 50 UA.

 

Estos discos de escombros al rededor de dos estrellas remotas, parecen equivalentes del Cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar.
La estrella de la izquierda está vista desde arriba, y la de la derecha está vista de canto. El círculo negro central es producido por el coronógrafo de la cámara que bloquea la estrella central para permitir que los discos de luz mucho más tenue, puedan ser vistos.
Imágenes del Hubble - NASA/JPL/HST

Los TNOs, muy importantes porque representan muestras originales del material base de la nebulosa de la cual se formó el Sistema Solar, no están distribuidos de manera uniforme por el espacio. Una vez que los astrónomos comenzaron a descubrirlos a principios de la década de 1990, una de las primeras sorpresas fue que los TNO podían agruparse de acuerdo con las formas y tamaños de sus órbitas. Esto llevó a los científicos a comprender que hay varias agrupaciones o poblaciones distintas de estos objetos cuyas órbitas proporcionan pistas sobre su historia. La categoría a la que pertenece un objeto tiene mucho que ver con la forma en que ha interactuado con la gravedad de Neptuno a lo largo del tiempo.
De ahí que la clasificación de los TNOs se deba a su ubicación en el Cinturón de Kuiper, su relación con Neptuno y su órbita.

TNO clásicos
Una gran fracción de TNOs orbitan alrededor del Sol en lo que se llama el cinturón de Kuiper clásico. El término "clásico" se refiere al hecho de que, entre los TNO, 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 a encontrar objetos allí. (Se esperaba que estuviesen en órbitas relativamente circulares que no se inclinaban demasiado del plano de los planetas. En cambio, se encuentra que muchos TNO tienen órbitas significativamente elípticas e inclinadas).

Hay dos grupos principales de objetos en el cinturón de Kuiper clásico, denominados "fríos" y "calientes". Estos términos no se refieren a la temperatura, sino que describen las órbitas de los objetos, junto con la cantidad de influencia que la gravedad de Neptuno ha tenido sobre ellos.
Todos los TNO clásicos tienen una distancia media al Sol similar, entre 40 y 50 UA. Los KBO clásicos fríos tienen órbitas relativamente circulares que no están muy alejadas del plano de los planetas; Los TNO clásicos calientes tienen órbitas más elípticas e inclinadas.

Las diferencias entre estos dos tipos de cuerpos en el cinturón de Kuiper clásico tienen mucho que ver con Neptuno. Los fríos TNO clásicos tienen órbitas que nunca se acercan mucho a Neptuno, y por lo tanto permanecen "fríos" e imperturbables por la gravedad del planeta gigante. En contraste, los TNO clásicos calientes han tenido interacciones gravitatorias con Neptuno en el pasado. Estas interacciones bombearon energía a sus órbitas, lo que las estiró en una forma elíptica y las inclinó ligeramente fuera del plano de los planetas.

TNO resonantes
Un número significativo de TNO se encuentra en órbitas que están estrechamente controladas por Neptuno. Orbitan en resonancia con el planeta gigante, ya que completan un número específico de órbitas en la misma cantidad de tiempo que Neptuno completa un número específico de órbitas. Por ejemplo, Plutón está en una resonancia de 3: 2 con Neptuno, lo que significa que gira alrededor del Sol dos veces por cada tres veces que Neptuno gira.

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 que son muy elípticas e inclinadas al plano de los planetas. Muchos Objetos del Disco Disperso tienen órbitas inclinadas 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 lejano de sus órbitas, antes de volver al punto más cercano cerca de la órbita de Neptuno.
Eris es un ejemplo de un objeto en el disco disperso además de que es el miembro más grande conocido de esta población.

Objetos desprendidos
Los objetos desprendidos del Cinturón de Kuiper tienen órbitas que nunca se acercan al Sol más de 40 UA. Esto los distingue de la mayoría de los otros TNO, que pasan al menos parte de sus órbitas en la región entre 40 y 50 AU del Sol. Debido a que sus órbitas no se acercan a la distancia de Neptuno del Sol (~ 30 AU), parece poco probable que los objetos desprendidos hayan sido sacados del Cinturón de Kuiper por interacciones con el planeta gigante. Los científicos piensan que es probable que alguna otra fuerza sea responsable, como un planeta gigante no descubierto (en una órbita muy distante), la gravedad de las estrellas que pasan o las perturbaciones gravitacionales conforme el Cinturón de Kuiper se estaba formando hace mucho tiempo.
Sedna es un ejemplo de TNO desprendido. Lo más cerca que se acerca al Sol es de 76 AU, mientras que en su punto más lejano viaja a más o menos 1,200 AU.

Centauros
Los centauros son objetos con órbitas que viajan a través del espacio entre las órbitas de Júpiter y Neptuno (ver Asteroides). 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 al interior del sistema solar donde se convierten en cometas o chocan con el Sol y los planetas.
El proceso de eliminación de los centauros está en curso, y sólo toma decenas de millones de años para un típico objeto centauro. Por lo tanto, el hecho de que haya centauros hoy en día es evidencia de que se están suministrando activamente desde otro lugar. Los astrónomos piensan que la explicación más probable es que son fugitivos relativamente recientes del Cinturón de Kuiper. De hecho, se entiende que los centauros son objetos dispersos, como los del disco disperso, con la diferencia de que los centauros han sido dispersados más cerca del Sol por Neptuno, en lugar de más lejos.

Actualmente los científicos han concluido que el cinturón de Kuiper se está erosionando lentamente. Los objetos que permanecen allí chocan ocasionalmente, produciendo objetos más pequeños fragmentados por la colisión, a veces cometas y también polvo que es expulsado del sistema solar por el viento solar.

 

Comparación de los 10 objetos transneptunianos (TNOs) más grandes conocidos al 2021. Se sabe que ocho de estos TNOs tienen satélites. Se estima actualmente que Gonggong es mayor que Makemake y en diámetro es menor que el eje mayor de Haumea, aunque este tiene menor volumen. NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Información al 2021: NASA