Objeto transneptuniano resonante

En astronomía , un objeto transneptuniano resonante es un objeto transneptuniano (TNO) en resonancia orbital de movimiento medio con Neptuno . Los períodos orbitales de los objetos resonantes están en una relación entera simple con el período de Neptuno, por ejemplo 1:2, 2:3, etc. Los TNO resonantes pueden ser parte de la población principal del cinturón de Kuiper o de la población más distante del disco disperso . ^[1]

El diagrama ilustra la distribución de los objetos transneptunianos conocidos. Los objetos resonantes están representados en rojo. Las resonancias orbitales con Neptuno están marcadas con barras verticales: 1:1 marca la posición de la órbita de Neptuno y sus troyanos ; 2:3 marca la órbita de Plutón y los plutinos ; y 1:2, 2:5, etc. marcan una serie de familias más pequeñas. La designación 2:3 o 3:2 se refieren a la misma resonancia para los TNO. No hay ninguna ambigüedad, porque los TNO tienen, por definición, períodos más largos que el de Neptuno. El uso depende del autor y del campo de investigación.

Estudios analíticos y numéricos detallados de las resonancias de Neptuno han demostrado que los objetos deben tener un rango relativamente preciso de energías. ^{[2] [3]} Si el semieje mayor del objeto está fuera de estos estrechos rangos, la órbita se vuelve caótica, con elementos orbitales que cambian ampliamente. Cuando se descubrieron los TNO, se encontró que más del 10% se encontraba en resonancias 2:3, lejos de una distribución aleatoria. Ahora se cree que los objetos han sido recogidos desde distancias más amplias por resonancias de barrido durante la migración de Neptuno. ^[4] Mucho antes del descubrimiento del primer TNO, se sugirió que la interacción entre planetas gigantes y un disco masivo de partículas pequeñas, a través de la transferencia de momento angular , haría que Júpiter migrara hacia el interior y que Saturno, Urano y especialmente Neptuno migraran hacia el exterior. Durante este período de tiempo relativamente corto, las resonancias de Neptuno estarían barriendo el espacio, atrapando en resonancia objetos en órbitas heliocéntricas inicialmente variables. ^[5]

Se han descubierto algunos objetos siguiendo órbitas con semiejes mayores similares al de Neptuno, cerca de los puntos de Lagrange Sol - Neptuno . Estos troyanos de Neptuno , denominados por analogía con los asteroides troyanos (de Júpiter) , están en resonancia 1:1 con Neptuno. Se conocen 28 a febrero de 2020. ^{[6] [7] Solo 5 objetos están cerca} del punto de Lagrange L ₅ de Neptuno , y la identificación de uno de ellos es insegura; los otros se encuentran en la región L ₄ ^{de Neptuno. [8] [7]} Además, (316179) 2010 EN 65 es un llamado "troyano saltador", que actualmente está en transición de librar alrededor de L ₄ a librar alrededor de L ₅ , a través de la región L _3. ^[9]

Troyanos líderes en L ₄

Siguiendo a los troyanos en L ₅

La resonancia 2:3 a 39,4 UA es, con diferencia, la categoría dominante entre los objetos resonantes. A febrero de 2020, incluye 383 cuerpos confirmados y 99 posibles miembros (como (175113) 2004 PF 115 ). ^[6] De estos 383 plutinos confirmados, 338 tienen sus órbitas aseguradas en simulaciones realizadas por el Deep Ecliptic Survey . ^[7] Los objetos que siguen las órbitas en esta resonancia se denominan plutinos en honor a Plutón , el primer cuerpo de este tipo descubierto. Los plutinos grandes y numerados incluyen:

A febrero de 2020, se confirmó que 47 objetos se encuentran en una resonancia orbital de 3:5 con Neptuno a 42,2 UA. Entre los objetos numerados se encuentran: ^{[7] [6]}

Otra población de objetos orbita alrededor del Sol a 43,6 UA (en medio de los objetos clásicos ). Los objetos son bastante pequeños (con dos excepciones, H >6) y la mayoría de ellos siguen órbitas cercanas a la eclíptica . ^[7] A febrero de 2020 ^[update], 55 objetos con resonancia 4:7 tenían sus órbitas aseguradas por el Deep Ecliptic Survey. ^{[6] [7]} Los objetos con órbitas bien establecidas incluyen: ^[7]

Esta resonancia a 47,7 UA se considera a menudo el borde exterior del cinturón de Kuiper , y los objetos en esta resonancia a veces se denominan twotinos . Los twotinos tienen inclinaciones inferiores a 15 grados y, en general, excentricidades moderadas entre 0,1 y 0,3. ^[10] Es probable que un número desconocido de los resonantes 2:1 no se originaran en un disco planetesimal que fuera barrido por la resonancia durante la migración de Neptuno, sino que fueran capturados cuando ya se habían dispersado. ^[11]

Hay muchos menos objetos en esta resonancia que plutinos. El Archivo Johnston cuenta 99, mientras que las simulaciones del Deep Ecliptic Survey han confirmado 73 a febrero de 2020. ^{[6] [7]} La ​​integración orbital a largo plazo muestra que la resonancia 1:2 es menos estable que la resonancia 2:3; solo el 15% de los objetos en resonancia 1:2 sobrevivieron a 4 mil millones de años , en comparación con el 28% de los plutinos. ^[10] En consecuencia, podría ser que los twotinos fueran originalmente tan numerosos como los plutinos, pero su población ha disminuido significativamente por debajo de la de plutinos desde entonces. ^[10]

Los objetos con órbitas bien establecidas incluyen (en orden de magnitud absoluta ): ^[6]

Hay 57 objetos con resonancia 2:5 confirmados a 55,3 UA en febrero de 2020. ^{[6] [7]}

Los objetos con órbitas bien establecidas a 55,4 UA incluyen:

El Archivo Johnston cuenta 14 objetos con resonancia 1:3 a febrero de 2020 a 62,5 UA. ^[6] Una docena de ellos están seguros según el Deep Ecliptic Survey: ^[7]

A partir de febrero de 2020, se confirmaron las siguientes resonancias de orden superior para un número limitado de objetos: ^[7]

Se cree que Haumea se encuentra en una resonancia orbital intermitente 7:12 con Neptuno. ^[13] Su nodo ascendente precesa con un período de aproximadamente 4,6 millones de años, y la resonancia se interrumpe dos veces por ciclo de precesión, o cada 2,3 millones de años, para luego regresar aproximadamente cien mil años después. ^[14] Marc Buie lo califica como no resonante. ^[15]${\displaystyle \Omega }$

Una de las preocupaciones es que pueden existir resonancias débiles y sería difícil comprobarlas debido a la falta actual de precisión en las órbitas de estos objetos distantes. Muchos objetos tienen períodos orbitales de más de 300 años y la mayoría solo se han observado en un arco de observación relativamente corto de unos pocos años. Debido a su gran distancia y su lento movimiento contra las estrellas de fondo, pueden pasar décadas antes de que muchas de estas órbitas distantes se determinen lo suficientemente bien como para confirmar con seguridad si una resonancia es verdadera o mera coincidencia . Una resonancia verdadera oscilará suavemente mientras que una resonancia cercana coincidente circulará. ^{[ cita requerida ]} (Ver Hacia una definición formal)

Las simulaciones realizadas por Emel'yanenko y Kiseleva en 2007 muestran que (131696) 2001 XT 254 está librando en una resonancia 3:7 con Neptuno. ^[16] Esta libración puede ser estable durante menos de 100 millones a miles de millones de años. ^[16]

Emel'yanenko y Kiseleva también muestran que (48639) 1995 TL 8 parece tener menos de un 1% de probabilidad de estar en una resonancia 3:7 con Neptuno, pero ejecuta circulaciones cerca de esta resonancia . ^[16]

Las clases de TNO no tienen definiciones precisas universalmente aceptadas, los límites a menudo no están claros y la noción de resonancia no está definida con precisión. El Deep Ecliptic Survey introdujo clases dinámicas definidas formalmente basadas en la integración progresiva a largo plazo de las órbitas bajo las perturbaciones combinadas de los cuatro planetas gigantes. (ver también la definición formal de KBO clásico )

En general, la resonancia de movimiento medio puede involucrar no solo períodos orbitales de la forma

${\displaystyle {\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}}}}}}$

donde p y q son números enteros pequeños, λ y λ _N son respectivamente las longitudes medias del objeto y Neptuno, pero también pueden implicar la longitud del perihelio y las longitudes de los nodos (véase resonancia orbital , para ejemplos elementales)

Un objeto es resonante si para algunos enteros pequeños (p, q, n, m, r, s), el argumento (ángulo) definido a continuación es librante (es decir, está acotado): ^[17]

${\displaystyle \phi ={\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}-{\rm {m\cdot \varpi -{\rm {n\cdot \Omega -{\rm {r\cdot \varpi _{\rm {N}}-{\rm {s\cdot \Omega _{\rm {N}}}}}}}}}}}}}}}$

donde son las longitudes de los perihelios y son las longitudes de los nodos ascendentes , para Neptuno (con subíndices "N") y el objeto resonante (sin subíndices). ${\displaystyle \varpi }$${\displaystyle \Omega }$

El término libración denota aquí una oscilación periódica del ángulo alrededor de un valor determinado y se opone a la circulación, donde el ángulo puede tomar todos los valores de 0 a 360°. Por ejemplo, en el caso de Plutón, el ángulo resonante libra alrededor de 180° con una amplitud de alrededor de 86,6° grados, es decir, el ángulo cambia periódicamente de 93,4° a 266,6°. ^[18]${\displaystyle \phi }$

Todos los nuevos plutinos descubiertos durante el Deep Ecliptic Survey resultaron ser del tipo

${\displaystyle \phi ={\rm {3\cdot \lambda -{\rm {2\cdot \lambda _{\rm {N}}-\varpi }}}}}$

similar a la resonancia del movimiento medio de Plutón.

De manera más general, esta resonancia 2:3 es un ejemplo de las resonancias p:(p+1) (por ejemplo 1:2, 2:3, 3:4) que han demostrado conducir a órbitas estables. ^[4] Su ángulo resonante es

${\displaystyle \phi ={\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}-({\rm {p-{\rm {q)\cdot \varpi }}}}}}}}}$

En este caso, la importancia del ángulo resonante se puede entender al observar que cuando el objeto está en el perihelio, es decir , entonces ${\displaystyle \phi \,}$${\displaystyle \lambda =\varpi }$

${\displaystyle \phi =q\cdot (\varpi -\lambda _{\rm {N}})}$

es decir, da una medida de la distancia del perihelio del objeto desde Neptuno. ^[4] El objeto está protegido de la perturbación manteniendo su perihelio lejos de Neptuno siempre que se libere alrededor de un ángulo alejado de 0°. ${\displaystyle \phi \,}$${\displaystyle \phi \,}$

Como los elementos orbitales se conocen con una precisión limitada, las incertidumbres pueden llevar a falsos positivos (es decir, la clasificación como resonante de una órbita que no lo es). Un enfoque reciente ^[19] considera no solo la órbita de mejor ajuste actual sino también dos órbitas adicionales correspondientes a las incertidumbres de los datos de observación. En términos simples, el algoritmo determina si el objeto aún se clasificaría como resonante si su órbita real difiriera de la órbita de mejor ajuste, como resultado de los errores en las observaciones. Las tres órbitas se integran numéricamente durante un período de 10 millones de años. Si las tres órbitas permanecen resonantes (es decir, el argumento de la resonancia es librante, consulte la definición formal), la clasificación como un objeto resonante se considera segura. ^[19] Si solo dos de las tres órbitas son librantes, el objeto se clasifica como probablemente en resonancia. Finalmente, si solo una órbita pasa la prueba, se anota la proximidad de la resonancia para alentar más observaciones para mejorar los datos. ^[19] Los dos valores extremos del semieje mayor utilizados en el algoritmo se determinan para que correspondan a incertidumbres de los datos de como máximo 3 desviaciones estándar . Este rango de valores del semieje debería, con una serie de suposiciones, reducir la probabilidad de que la órbita real esté más allá de este rango a menos del 0,3%. El método es aplicable a objetos con observaciones que abarcan al menos 3 oposiciones. ^[19]

• John K. Davies; Luis H. Barrera, eds. (3 de agosto de 2004). La primera revisión decenal del cinturón Edgeworth-Kuiper . Springer. ISBN 1-4020-1781-2.
• EI Chiang; JR Lovering; RL Millis; MW Buie; LH Wasserman y KJ Meech (junio de 2003). "Familias resonantes y seculares del cinturón de Kuiper". Tierra, Luna y planetas . 92 (1–4). Springer Netherlands: 49–62. arXiv : astro-ph/0309250 . Bibcode :2003EM&P...92...49C. doi :10.1023/B:MOON.0000031924.20073.d0. S2CID  189905712.
• EI Chiang; AB Jordan; RL Millis; MW Buie; LH Wasserman; JL Elliot; SD Kern; DE Trilling; KJ Meech y RM Wagner (21 de enero de 2003). "Ocupación por resonancia en el cinturón de Kuiper: ejemplos de casos de resonancias 5:2 y troyanas". The Astronomical Journal . 126 (1): 430–443. arXiv : astro-ph/0301458 . Código Bibliográfico :2003AJ....126..430C. doi :10.1086/375207. S2CID  54079935.
• Renu Malhotra. "El cinturón de Kuiper como disco de escombros" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de octubre de 2005. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ) (como HTML)