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Centauro (cuerpo pequeño del Sistema Solar)

Posiciones de los objetos conocidos del Sistema Solar exterior a fecha de 2017.
Los centauros orbitan generalmente hacia el interior del cinturón de Kuiper y fuera de los troyanos de Júpiter . (escala en AU ; época a enero de 2015; número de objetos entre paréntesis)

En astronomía planetaria , un centauro es un cuerpo pequeño del Sistema Solar que orbita alrededor del Sol entre Júpiter y Neptuno y cruza las órbitas de uno o más de los planetas gigantes. Los centauros generalmente tienen órbitas inestables debido a esto; casi todas sus órbitas tienen vidas dinámicas de solo unos pocos millones de años, [1] pero hay un centauro conocido, 514107 Kaʻepaokaʻawela , que puede estar en una órbita estable (aunque retrógrada) . [2] [nota 1] Los centauros generalmente exhiben las características tanto de los asteroides como de los cometas . Reciben su nombre de los centauros mitológicos que eran una mezcla de caballo y humano. El sesgo observacional hacia los objetos grandes dificulta la determinación de la población total de centauros. Las estimaciones para el número de centauros en el Sistema Solar de más de 1 km de diámetro varían desde tan solo 44 000 [1] hasta más de 10 000 000. [4] [5]

El primer centauro descubierto, según la definición del Laboratorio de Propulsión a Chorro y la que se utiliza aquí, fue 944 Hidalgo en 1920. Sin embargo, no se los reconoció como una población distinta hasta el descubrimiento de 2060 Chiron en 1977. El centauro más grande confirmado es 10199 Chariklo , que con sus 260 kilómetros de diámetro es tan grande como un asteroide del cinturón principal de tamaño medio , y se sabe que tiene un sistema de anillos . Fue descubierto en 1997.

Ningún centauro ha sido fotografiado de cerca, aunque hay evidencia de que la luna de Saturno Febe , fotografiada por la sonda Cassini en 2004, puede ser un centauro capturado que se originó en el cinturón de Kuiper . [6] Además, el telescopio espacial Hubble ha obtenido cierta información sobre las características de la superficie de 8405 Asbolus .

Ceres puede haberse originado en la región de los planetas exteriores, [7] y si es así podría ser considerado un ex centauro, pero los centauros que vemos hoy en día se originaron todos en otros lugares.

De los objetos que se sabe que ocupan órbitas similares a las de los centauros, se ha descubierto que aproximadamente 30 presentan comas de polvo similares a los de los cometas , y tres de ellos, 2060 Chiron , 60558 Echeclus y 29P/Schwassmann-Wachmann 1, presentan niveles detectables de producción de volátiles en órbitas completamente más allá de Júpiter. [8] Por lo tanto, Chiron y Echeclus se clasifican como centauros y cometas, mientras que Schwassmann-Wachmann 1 siempre ha tenido una designación de cometa. Se sospecha que otros centauros, como 52872 Okyrhoe , han mostrado comas . Se espera que cualquier centauro que se perturbe lo suficientemente cerca del Sol se convierta en un cometa.

Clasificación

Un centauro tiene un perihelio o un semieje mayor entre los de los planetas exteriores (entre Júpiter y Neptuno). Debido a la inestabilidad inherente a largo plazo de las órbitas en esta región, incluso centauros como 2000 GM 137 y 2001 XZ 255 , que actualmente no cruzan la órbita de ningún planeta, se encuentran en órbitas que cambian gradualmente y se verán perturbadas hasta que comiencen a cruzar la órbita de uno o más de los planetas gigantes. [1] Algunos astrónomos consideran centauros solo a los cuerpos con semiejes mayores en la región de los planetas exteriores; otros aceptan cualquier cuerpo con un perihelio en la región, ya que sus órbitas son igualmente inestables.

Criterios discrepantes

Sin embargo, diferentes instituciones tienen diferentes criterios para clasificar los objetos limítrofes, basándose en valores particulares de sus elementos orbitales :

Objetos ambiguos

Los criterios de Gladman y Marsden (2008) [12] convertirían a algunos objetos en cometas de la familia de Júpiter: tanto Echeclus ( q = 5,8 UA , T J = 3,03 ) como Okyrhoe ( q = 5,8 UA ; T J = 2,95 ) han sido clasificados tradicionalmente como centauros. Tradicionalmente considerado un asteroide, pero clasificado como un centauro por el JPL, Hidalgo ( q = 1,95 UA ; T J = 2,07 ) también cambiaría de categoría a un cometa de la familia de Júpiter. Schwassmann-Wachmann 1 ( q = 5,72 UA ; T J = 2,99 ) ha sido categorizado tanto como un centauro como un cometa de la familia de Júpiter dependiendo de la definición utilizada.

Otros objetos que se encuentran entre estas diferencias en los métodos de clasificación incluyen (44594) 1999 OX 3 , que tiene un semieje mayor de 32 UA pero cruza las órbitas de Urano y Neptuno. Está catalogado como un centauro exterior por el Deep Ecliptic Survey (DES). Entre los centauros interiores, (434620) 2005 VD , con una distancia de perihelio muy cercana a Júpiter, está catalogado como un centauro tanto por el JPL como por el DES.

Una simulación orbital reciente [4] de la evolución de los objetos del cinturón de Kuiper a través de la región de los centauros ha identificado una " puerta de enlace orbital " de corta duración entre 5,4 y 7,8 UA a través de la cual pasan el 21% de todos los centauros, incluido el 72% de los centauros que se convierten en cometas de la familia Júpiter. Se sabe que cuatro objetos ocupan esta región, incluidos 29P/Schwassmann-Wachmann , P/2010 TO20 LINEAR-Grauer , P/2008 CL94 Lemmon y 2016 LN8, pero las simulaciones indican que puede haber un orden de 1000 objetos más de >1 km de radio que aún no se han detectado. Los objetos en esta región de entrada pueden mostrar una actividad significativa [16] [17] y se encuentran en un importante estado de transición evolutiva que difumina aún más la distinción entre las poblaciones de centauros y cometas de la familia Júpiter.

El Comité de Nomenclatura de Cuerpos Pequeños de la Unión Astronómica Internacional no ha intervenido formalmente en ninguno de los aspectos del debate. En su lugar, ha adoptado la siguiente convención de nomenclatura para estos objetos: en consonancia con sus órbitas de transición de tipo centauro entre los TNO y los cometas, los "objetos en órbitas inestables, no resonantes, que cruzan planetas gigantes con semiejes mayores mayores que el de Neptuno" deben recibir el nombre de otras criaturas míticas híbridas y cambiantes. Hasta ahora, sólo los objetos binarios Ceto y Forcis y Tifón y Equidna han recibido el nombre de acuerdo con la nueva política. [18]

Los centauros con diámetros medidos que figuran como posibles planetas enanos según el sitio web de Mike Brown incluyen 10199 Chariklo , (523727) 2014 NW 65 y 2060 Chiron . [19]

Órbitas

Distribución

Órbitas de centauros conocidos [nota 2]

El diagrama ilustra las órbitas de los centauros conocidos en relación con las órbitas de los planetas. En el caso de los objetos seleccionados, la excentricidad de las órbitas está representada por segmentos rojos (que se extienden desde el perihelio hasta el afelio).

Las órbitas de los centauros muestran un amplio rango de excentricidad, desde muy excéntricas ( Folo , Ásbolo , Amico , Neso ) hasta más circulares ( Cariclo y los que cruzan Saturno, Thereus y Okyrhoe ).

Para ilustrar el rango de parámetros de las órbitas, el diagrama muestra algunos objetos con órbitas muy inusuales, marcados en amarillo:

Se conocen más de una docena de centauros que siguen órbitas retrógradas. Sus inclinaciones varían desde modestas ( p. ej ., 160° para Dioretsa ) hasta extremas ( i < 120° ; p. ej ., 105° para (342842) 2008 YB 3 [20] ). Se afirmó controvertidamente que diecisiete de estos centauros retrógrados de alta inclinación tenían un origen interestelar. [21] [22] [23]

Cambio de órbitas

El semieje mayor de Asbolus durante los próximos 5500 años, utilizando dos estimaciones ligeramente diferentes de los elementos orbitales actuales. Después del encuentro con Júpiter del año 4713, los dos cálculos divergen. [24]

Debido a que los centauros no están protegidos por resonancias orbitales , sus órbitas son inestables en una escala de tiempo de 10 6 –10 7  años. [25] Por ejemplo, 55576 Amycus está en una órbita inestable cerca de la resonancia 3:4 de Urano. [1] Los estudios dinámicos de sus órbitas indican que ser un centauro es probablemente un estado orbital intermedio de los objetos en transición desde el cinturón de Kuiper a la familia de cometas de período corto de Júpiter . (679997) 2023 RB tendrá su órbita notablemente cambiada por un acercamiento a Saturno en 2201.

Los objetos pueden ser perturbados desde el cinturón de Kuiper, con lo cual pasan a cruzar Neptuno e interactúan gravitacionalmente con ese planeta (ver teorías de origen). Entonces se clasifican como centauros, pero sus órbitas son caóticas, evolucionando relativamente rápido a medida que el centauro hace repetidos acercamientos a uno o más de los planetas exteriores. Algunos centauros evolucionarán hacia órbitas que crucen Júpiter, con lo cual su perihelio puede reducirse al Sistema Solar interior y pueden ser reclasificados como cometas activos en la familia Júpiter si muestran actividad cometaria. Por lo tanto, los centauros finalmente colisionarán con el Sol o un planeta o bien pueden ser expulsados ​​al espacio interestelar después de un acercamiento a uno de los planetas, particularmente Júpiter .

Características físicas

El tamaño relativamente pequeño de los centauros impide la observación remota de superficies, pero los índices de color y los espectros pueden proporcionar pistas sobre la composición de la superficie y una idea del origen de los cuerpos. [25]

Bandera

Distribución de colores de los centauros

Los colores de los centauros son muy diversos, lo que desafía cualquier modelo simple de composición de la superficie. [26] En el diagrama lateral, los índices de color son medidas de la magnitud aparente de un objeto a través de filtros azul (B), visible (V) (es decir, verde-amarillo) y rojo (R). El diagrama ilustra estas diferencias (en colores exagerados) para todos los centauros con índices de color conocidos. Como referencia, se representan gráficamente dos lunas: Tritón y Febe , y el planeta Marte (etiquetas amarillas, tamaño no a escala).

Los centauros parecen agruparse en dos clases:

Existen numerosas teorías para explicar esta diferencia de color, pero se pueden dividir en dos categorías generales:

Como ejemplos de la segunda categoría, el color rojizo de Pholus se ha explicado como un posible manto de materia orgánica roja irradiada, mientras que el hielo de Quirón ha quedado expuesto debido a su actividad cometaria periódica, lo que le da un índice azul/gris. Sin embargo, la correlación con la actividad y el color no es segura, ya que los centauros activos abarcan la gama de colores desde el azul (Quirón) hasta el rojo (166P/NEAT). [27] Alternativamente, es posible que Pholus haya sido expulsado recientemente del cinturón de Kuiper, de modo que los procesos de transformación de la superficie aún no hayan tenido lugar.

Delsanti et al. sugieren múltiples procesos en competencia: enrojecimiento por la radiación y rubor por colisiones. [28] [29]

Espectros

La interpretación de los espectros suele ser ambigua, relacionada con el tamaño de las partículas y otros factores, pero los espectros ofrecen una idea de la composición de la superficie. Al igual que con los colores, los espectros observados pueden ajustarse a varios modelos de la superficie.

Se han confirmado las huellas de hielo de agua en varios centauros [25] (incluidos 2060 Chiron , 10199 Chariklo y 5145 Pholus ). Además de la huella de hielo de agua, se han propuesto otros modelos:

Quirón parece ser el más complejo. Los espectros observados varían según el período de observación. La firma de hielo de agua se detectó durante un período de baja actividad y desapareció durante un período de alta actividad. [31] [32] [33]

Similitudes con los cometas

El cometa 38P exhibe un comportamiento similar al de un centauro al acercarse a Júpiter, Saturno y Urano entre 1982 y 2067. [34]

Las observaciones de Quirón en 1988 y 1989 cerca de su perihelio revelaron que presentaba una coma (una nube de gas y polvo que se evapora de su superficie). Por ello, ahora se clasifica oficialmente como un planeta menor y un cometa, aunque es mucho más grande que un cometa típico y hay cierta controversia persistente. Se están monitoreando otros centauros para detectar actividad similar a la de los cometas: hasta ahora, dos, 60558 Echeclus y 166P/NEAT han mostrado dicho comportamiento. 166P/NEAT fue descubierto mientras exhibía una coma, por lo que se clasifica como un cometa, aunque su órbita es la de un centauro. 60558 Echeclus fue descubierto sin coma, pero recientemente se volvió activo, [35] por lo que ahora también se clasifica como un cometa y un asteroide. En general, hay ~30 centauros para los que se ha detectado actividad, con la población activa sesgada hacia objetos con distancias de perihelio más pequeñas. [36]

Se ha detectado monóxido de carbono en 60558 Echeclus [8] y Chiron [37] en cantidades muy pequeñas, y se calculó que la tasa de producción de CO derivada era suficiente para explicar la coma observada. La tasa de producción de CO calculada tanto de 60558 Echeclus como de Chiron es sustancialmente menor que la que se observa típicamente para 29P/Schwassmann–Wachmann [16] , otro cometa distante y activo que a menudo se clasifica como un centauro.

No existe una distinción orbital clara entre centauros y cometas. Tanto 29P/Schwassmann-Wachmann como 39P/Oterma han sido denominados centauros debido a que tienen órbitas típicas de centauros. El cometa 39P/Oterma está actualmente inactivo y se observó que estaba activo solo antes de que Júpiter lo perturbara y lo llevara a una órbita de centauro en 1963. [38] El débil cometa 38P/Stephan–Oterma probablemente no mostraría una coma si tuviera una distancia de perihelio más allá de la órbita de Júpiter a 5 UA. Para el año 2200, el cometa 78P/Gehrels probablemente migrará hacia afuera a una órbita similar a la de un centauro. [ cita requerida ]

Períodos rotacionales

Un análisis de periodograma de las curvas de luz de estos Quirón y Cariclo da respectivamente los siguientes períodos de rotación: 5,5 ± 0,4 h y 7,0 ± 0,6 h. [39]

Tamaño, densidad, reflectividad.

Los centauros pueden alcanzar diámetros de cientos de kilómetros. Los centauros más grandes tienen diámetros superiores a los 300 km y residen principalmente a más de 20 UA . [40]

Hipótesis de origen

El estudio del origen de los centauros es rico en avances recientes, pero las conclusiones aún se ven obstaculizadas por la escasez de datos físicos. Se han propuesto diferentes modelos para el posible origen de los centauros.

Las simulaciones indican que la órbita de algunos objetos del cinturón de Kuiper puede ser perturbada, lo que resulta en la expulsión del objeto de modo que se convierta en un centauro. Los objetos del disco disperso serían dinámicamente los mejores candidatos (por ejemplo, los centauros podrían ser parte de un disco disperso "interno" de objetos perturbados hacia adentro desde el cinturón de Kuiper) para tales expulsiones, pero sus colores no encajan con la naturaleza bicolor de los centauros. Los plutinos son una clase de objeto del cinturón de Kuiper que muestra una naturaleza bicolor similar, y hay sugerencias de que no todas las órbitas de los plutinos son tan estables como se pensó inicialmente, debido a la perturbación por Plutón . [41] Se esperan más desarrollos con más datos físicos sobre los objetos del cinturón de Kuiper.

Algunos centauros pueden tener su origen en episodios de fragmentación, quizás desencadenados durante encuentros cercanos con Júpiter. [42] Las órbitas de los centauros 2020 MK4 , P/2008 CL94 (Lemmon) y P/2010 TO20 (LINEAR-Grauer) pasan cerca de la del cometa 29P/Schwassmann–Wachmann , el primer centauro descubierto y son posibles encuentros cercanos en los que uno de los objetos atraviese la coma de 29P cuando está activo. [42]

Al menos un centauro, 2013 VZ 70 , podría tener su origen entre la población irregular de lunas de Saturno a través de impacto, fragmentación o disrupción de mareas. [43]

Centauros notables

  1. ^ la clase se define por la distancia del perihelio y afelio del objeto: S indica un perihelio/afelio cerca de Saturno, U cerca de Urano, N cerca de Neptuno y K en el cinturón de Kuiper.

Véase también

Notas explicativas

  1. ^ Para una crítica de esta idea, véase: [3]
  2. ^ Para los fines de este diagrama, un objeto se clasifica como centauro si su semieje mayor se encuentra entre Júpiter y Neptuno.

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