Objeto transneptuniano resonante

En astronomía , un objeto transneptuniano resonante es un objeto transneptuniano (OTN) en resonancia orbital de movimiento medio con Neptuno . Los períodos orbitales de los objetos resonantes guardan una relación entera simple con el período de Neptuno, por ejemplo, 1:2, 2:3, etc. Los OTN resonantes pueden formar 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 se muestran en rojo. Las resonancias orbitales con Neptuno se indican 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 varias familias más pequeñas. Las designaciones "2:3" y "3:2" se refieren a la misma resonancia en el contexto de los objetos transneptunianos. No hay ambigüedad, ya que, por definición, los objetos transneptunianos tienen periodos más largos que el de Neptuno. El orden utilizado 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 de energías relativamente preciso. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Si el semieje mayor del objeto está fuera de estos rangos estrechos, la órbita se vuelve caótica, con elementos orbitales que cambian ampliamente. Cuando se descubrieron los TNO, se encontró que más del 10 % estaban en resonancias 2:3, lejos de una distribución aleatoria. Ahora se cree que los objetos se han recolectado desde distancias más amplias mediante 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 adentro y que Saturno, Urano y, especialmente, Neptuno migraran hacia afuera. Durante este período de tiempo relativamente corto, las resonancias de Neptuno estarían barriendo el espacio, atrapando objetos en órbitas heliocéntricas inicialmente variables en resonancia. ^{[ 5 ]}

Una de las preocupaciones es que podrían existir resonancias débiles, difíciles de comprobar debido a la actual falta de precisión en las órbitas de estos objetos distantes. Muchos objetos tienen periodos orbitales de más de 300  años y la mayoría solo se han observado durante un arco de observación relativamente corto , de unos pocos años. Debido a su gran distancia y a su lento movimiento con respecto a las estrellas de fondo, podrían pasar décadas antes de que se determinen con la suficiente precisión las órbitas de muchos de estos objetos distantes como para confirmar con certeza si una resonancia es real o simplemente una coincidencia . Una resonancia real oscilará suavemente, mientras que una resonancia cercana por coincidencia circulará. (Véase Hacia una definición formal ).

Las simulaciones realizadas por Emelʹyanenko 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 ]}

Emelʹyanenko y Kiseleva también muestran que (48639) 1995 TL 8 parece tener menos del 1% de probabilidad de estar en  resonancia 3:7 con Neptuno, pero sí realiza circulaciones cerca de esta resonancia . ^{[ 16 ]}

Las clases de objetos transneptunianos (OTN) carecen de definiciones precisas universalmente aceptadas, sus límites suelen ser imprecisos y el concepto de resonancia no está definido con exactitud. El Sondeo Profundo de la Eclíptica introdujo clases dinámicas definidas formalmente, basadas en la integración a largo plazo de órbitas bajo las perturbaciones combinadas de los cuatro planetas gigantes. (Véase también la definición formal de los objetos transneptunianos clásicos ).

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

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

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

Un objeto es resonante si para algunos números enteros pequeños${\displaystyle (\ m,n,~~p,q,~~r,s\ ),}$El argumento (ángulo) definido a continuación es librante (es decir, está acotado): ^{[ 17 ]}

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

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

El término libración denota aquí la oscilación periódica del ángulo alrededor de algún valor 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${\displaystyle \phi }$libra alrededor de  180° con una amplitud de alrededor de 86,6°, es decir, el ángulo cambia periódicamente de 93,4° a 266,6°. ^{[ 18 ]}

Todos los nuevos plutinos descubiertos durante el Sondeo Eclíptico Profundo resultaron ser del tipo

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

similar a la resonancia de movimiento medio de Plutón.

En términos más generales, esta resonancia 2:3  es un ejemplo de una resonancia de la forma${\displaystyle \ p:(p+1)\ }$(por ejemplo 1:2, 2:3, 3:4) que han demostrado conducir a órbitas estables. ^{[ 4 ]} Su ángulo de resonancia es

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

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

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

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

Dado que los elementos orbitales se conocen con una precisión limitada, las incertidumbres pueden dar lugar a falsos positivos (es decir, clasificar como resonante una órbita que no lo es). Un enfoque reciente ^{[ 19 ]} considera no solo la órbita actual de mejor ajuste , sino también dos órbitas adicionales que corresponden a las incertidumbres de los datos de observación. En términos sencillos, el algoritmo determina si el objeto seguiría clasificándose 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, véase la definición formal ), la clasificación como objeto resonante se considera segura. ^{[ 19 ]}

Si solo dos de las tres órbitas están librando, el objeto se clasifica como probablemente en resonancia. Finalmente, si solo una órbita pasa la prueba, se registra la proximidad de la resonancia para incentivar observaciones adicionales que mejoren 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 fuera de este rango a menos del 0,3 %. El método es aplicable a objetos con observaciones que abarcan al menos 3 oposiciones. ^{[ 19 ]}