El cinturón de Kuiper ( / ˈ k aɪ p ər / KY -pər ) [1] es un disco circunestelar en el Sistema Solar exterior , que se extiende desde la órbita de Neptuno a 30 unidades astronómicas (AU) hasta aproximadamente 50 AU del Sol . [2] Es similar al cinturón de asteroides , pero es mucho más grande: 20 veces más ancho y entre 20 y 200 veces más masivo . [3] [4] Al igual que el cinturón de asteroides, se compone principalmente de pequeños cuerpos o restos de cuando se formó el Sistema Solar . Si bien muchos asteroides están compuestos principalmente de roca y metal , la mayoría de los objetos del cinturón de Kuiper están compuestos en gran parte de volátiles congelados (denominados "hielo"), como metano , amoníaco y agua . El cinturón de Kuiper alberga la mayoría de los objetos que los astrónomos generalmente aceptan como planetas enanos : Orcus , Plutón , [5] Haumea , [6] Quaoar y Makemake . [7] Algunas de las lunas del Sistema Solar , como Tritón de Neptuno y Febe de Saturno , pueden haberse originado en la región. [8] [9]
El cinturón de Kuiper lleva el nombre del astrónomo holandés Gerard Kuiper , quien conjeturó la existencia del cinturón en 1951. [10] Hubo investigadores antes y después de él que también especularon sobre su existencia, como Kenneth Edgeworth en la década de 1930. [11] El astrónomo Julio Ángel Fernández publicó un artículo en 1980 sugiriendo la existencia de un cinturón de cometas más allá de Neptuno [12] [13] que podría servir como fuente de cometas de período corto. [14] [15]
En 1992 se descubrió el planeta menor (15760) Albion , el primer objeto del cinturón de Kuiper (KBO) desde Plutón (en 1930) y Caronte (en 1978). [16] Desde su descubrimiento, el número de KBO conocidos ha aumentado a miles, y se cree que existen más de 100.000 KBO de más de 100 km (62 millas) de diámetro. [17] Inicialmente se pensó que el cinturón de Kuiper era el principal depósito de cometas periódicos , aquellos con órbitas que duraban menos de 200 años. Los estudios realizados desde mediados de la década de 1990 han demostrado que el cinturón es dinámicamente estable y que el verdadero lugar de origen de los cometas es el disco disperso , una zona dinámicamente activa creada por el movimiento hacia afuera de Neptuno hace 4.500 millones de años; [18] Los objetos de disco dispersos como Eris tienen órbitas extremadamente excéntricas que los llevan hasta 100 AU del Sol. [a]
El cinturón de Kuiper es distinto de la hipotética nube de Oort , que se cree que es mil veces más distante y en su mayor parte esférica. Los objetos dentro del cinturón de Kuiper, junto con los miembros del disco disperso y cualquier objeto potencial de nube de Hills o nube de Oort, se denominan colectivamente objetos transneptunianos (TNO). [21] Plutón es el miembro más grande y masivo del cinturón de Kuiper y el TNO más grande y segundo más masivo conocido, sólo superado por Eris en el disco disperso. [a] Originalmente considerado un planeta, el estatus de Plutón como parte del cinturón de Kuiper hizo que fuera reclasificado como planeta enano en 2006. Tiene una composición similar a muchos otros objetos del cinturón de Kuiper, y su período orbital es característico de una clase de KBO, conocidos como " plutinos ", que comparten la misma resonancia 2:3 con Neptuno.
El cinturón de Kuiper y Neptuno pueden considerarse como marcadores de la extensión del Sistema Solar; las alternativas son la heliopausa y la distancia a la que la influencia gravitacional del Sol coincide con la de otras estrellas (se estima que está entre50.000 UA y125.000 UA ) . [22]
Después del descubrimiento de Plutón en 1930, muchos especularon que podría no ser el único. La región ahora llamada cinturón de Kuiper fue planteada como hipótesis de diversas formas durante décadas. No fue hasta 1992 que se encontró la primera evidencia directa de su existencia. La cantidad y variedad de especulaciones previas sobre la naturaleza del cinturón de Kuiper han llevado a una continua incertidumbre sobre quién merece el crédito por haberlo propuesto por primera vez. [23] : 106
El primer astrónomo que sugirió la existencia de una población transneptuniana fue Frederick C. Leonard . Poco después del descubrimiento de Plutón por Clyde Tombaugh en 1930, Leonard se preguntó si "no era probable que en Plutón hubiera salido a la luz el primero de una serie de cuerpos ultraneptunianos, cuyos miembros restantes aún esperan ser descubiertos, pero que están destinados eventualmente a ser descubiertos". ser detectado". [24] Ese mismo año, el astrónomo Armin O. Leuschner sugirió que Plutón "puede ser uno de los muchos objetos planetarios de período largo aún por descubrir". [25]
En 1943, en el Journal of the British Astronomical Association , Kenneth Edgeworth planteó la hipótesis de que, en la región más allá de Neptuno , el material dentro de la nebulosa solar primordial estaba demasiado espaciado para condensarse en planetas, por lo que más bien se condensó en una miríada de cuerpos más pequeños. De esto concluyó que "la región exterior del sistema solar, más allá de las órbitas de los planetas, está ocupada por un gran número de cuerpos comparativamente pequeños" [26] : xii y que, de vez en cuando, uno de ellos "deambula fuera de su propia esfera y aparece como un visitante ocasional del sistema solar interior", [26] : 2 convirtiéndose en un cometa .
En 1951, en un artículo en Astrophysics: A Topical Symposium , Gerard Kuiper especuló sobre la posibilidad de que un disco similar se hubiera formado temprano en la evolución del Sistema Solar y concluyó que el disco consistía en "restos de agrupaciones originales que han perdido muchos miembros y se han convertido en asteroides perdidos". tal como ha ocurrido con los cúmulos galácticos abiertos que se disuelven en estrellas". [10] En otro artículo, basado en una conferencia que Kuiper dio en 1950, también llamada Sobre el origen del sistema solar , Kuiper escribió sobre la "región más externa de la nebulosa solar, de 38 a 50 unidades astronómicas (es decir, justo afuera de proto-Neptuno)" donde "deben haberse formado productos de condensación (hielos de H20, NH3, CH4, etc.), y las escamas deben haberse acumulado lentamente y formado agregados más grandes, cuyo tamaño se estima en hasta 1 km o más. " Continuó escribiendo que "estas condensaciones parecen explicar los cometas, en tamaño, número y composición". Según Kuiper, "el planeta Plutón, que recorre toda la zona de 30 a 50 unidades astronómicas, es considerado responsable de haber iniciado la dispersión de los cometas por todo el sistema solar". [27] Se dice que Kuiper operaba bajo la suposición, común en su época, de que Plutón era del tamaño de la Tierra y, por lo tanto, había dispersado estos cuerpos hacia la nube de Oort o fuera del Sistema Solar; Si esto fuera correcto, hoy no existiría el cinturón de Kuiper. [28]
La hipótesis tomó muchas otras formas en las décadas siguientes. En 1962, el físico Al GW Cameron postuló la existencia de "una enorme masa de pequeño material en las afueras del sistema solar". [26] : 14 En 1964, Fred Whipple , quien popularizó la famosa hipótesis de la " bola de nieve sucia " para la estructura de los cometas, pensó que un "cinturón de cometas" podría ser lo suficientemente masivo como para causar las supuestas discrepancias en la órbita de Urano que habían provocado la búsqueda. para el Planeta X , o, al menos, lo suficientemente masivo como para afectar las órbitas de cometas conocidos. [29] La observación descartó esta hipótesis. [26] : 14
En 1977, Charles Kowal descubrió 2060 Quirón , un planetoide helado con una órbita entre Saturno y Urano. Usó un comparador de parpadeo , el mismo dispositivo que había permitido a Clyde Tombaugh descubrir Plutón casi 50 años antes. [30] En 1992, otro objeto, 5145 Pholus , fue descubierto en una órbita similar. [31] Hoy en día, se sabe que existe una población entera de cuerpos similares a cometas, llamados centauros , en la región entre Júpiter y Neptuno. Las órbitas de los centauros son inestables y tienen vidas dinámicas de unos pocos millones de años. [32] Desde el momento del descubrimiento de Quirón en 1977, los astrónomos han especulado que los centauros, por lo tanto, deben ser reabastecidos frecuentemente por algún depósito exterior. [26] : 38
Posteriormente surgieron más pruebas de la existencia del cinturón de Kuiper a partir del estudio de los cometas. Se sabe desde hace algún tiempo que los cometas tienen una vida útil finita. A medida que se acercan al Sol, su calor hace que sus superficies volátiles se sublimen en el espacio, dispersándolas gradualmente. Para que los cometas sigan siendo visibles durante la era del Sistema Solar, deben reponerse con frecuencia. [33] Una propuesta para tal área de reabastecimiento es la nube de Oort , posiblemente un enjambre esférico de cometas que se extiende más allá de las 50.000 UA desde el Sol, planteada por primera vez por el astrónomo holandés Jan Oort en 1950. [34] Se cree que la nube de Oort es la Punto de origen de los cometas de período largo , que son aquellos, como Hale-Bopp , con órbitas que duran miles de años. [23] : 105
Existe otra población de cometas, conocida como cometas de período corto o periódicos , formada por aquellos cometas que, como el cometa Halley , tienen períodos orbitales inferiores a 200 años. En la década de 1970, el ritmo al que se estaban descubriendo cometas de período corto se estaba volviendo cada vez más inconsistente con el hecho de que hubieran surgido únicamente de la nube de Oort. [26] : 39 Para que un objeto de la nube de Oort se convierta en un cometa de período corto, primero tendría que ser capturado por los planetas gigantes. En un artículo publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en 1980, el astrónomo uruguayo Julio Fernández afirmó que por cada cometa de período corto que fuera enviado al interior del Sistema Solar desde la nube de Oort, 600 tendrían que ser expulsados al espacio interestelar . Especuló que se necesitaría un cinturón de cometas de entre 35 y 50 UA para dar cuenta del número de cometas observado. [36] Siguiendo el trabajo de Fernández, en 1988 el equipo canadiense de Martin Duncan, Tom Quinn y Scott Tremaine realizó una serie de simulaciones por computadora para determinar si todos los cometas observados podrían haber llegado desde la nube de Oort. Descubrieron que la nube de Oort no podía representar todos los cometas de período corto, particularmente porque los cometas de período corto están agrupados cerca del plano del Sistema Solar, mientras que los cometas de la nube de Oort tienden a llegar desde cualquier punto del cielo. Con un "cinturón", como lo describió Fernández, añadido a las formulaciones, las simulaciones coincidían con las observaciones. [37] Según se informa, debido a que las palabras "Kuiper" y "cinturón de cometas" aparecieron en la frase inicial del artículo de Fernández, Tremaine nombró a esta hipotética región "cinturón de Kuiper". [26] : 191
En 1987, el astrónomo David Jewitt , entonces en el MIT , quedó cada vez más desconcertado por "el aparente vacío del Sistema Solar exterior". [16] Animó a la entonces estudiante graduada Jane Luu a que lo ayudara en su esfuerzo por localizar otro objeto más allá de la órbita de Plutón , porque, como él le dijo, "Si no lo hacemos nosotros, nadie lo hará". [26] : 50 Utilizando telescopios en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona y el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, Jewitt y Luu llevaron a cabo su búsqueda de manera muy similar a como lo habían hecho Clyde Tombaugh y Charles Kowal, con un comparador de parpadeo . [26] : 50 Inicialmente, el examen de cada par de placas tomó alrededor de ocho horas, [26] : 51 pero el proceso se aceleró con la llegada de los dispositivos electrónicos de carga acoplada o CCD, que, aunque su campo de visión era más estrecho , no sólo fueron más eficientes a la hora de recoger la luz (retuvieron el 90% de la luz que les incidía, frente al 10% que conseguían las fotografías), sino que permitieron que el proceso de parpadeo se realizara virtualmente, en una pantalla de ordenador. Hoy en día, los CCD constituyen la base de la mayoría de los detectores astronómicos. [26] : 52, 54, 56 En 1988, Jewitt se trasladó al Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawaii . Más tarde, Luu se unió a él para trabajar en el telescopio de 2,24 m de la Universidad de Hawaii en Mauna Kea . [26] : 57, 62 Con el tiempo, el campo de visión de los CCD aumentó a 1024 por 1024 píxeles, lo que permitió realizar búsquedas mucho más rápidamente. [26] : 65 Finalmente, después de cinco años de búsqueda, Jewitt y Luu anunciaron el 30 de agosto de 1992 el "Descubrimiento del objeto candidato del cinturón de Kuiper 1992 QB 1 ". [16] Este objeto se llamaría más tarde 15760 Albion. Seis meses después, descubrieron un segundo objeto en la región, (181708) 1993 FW . [38] Hasta 2018, se habían descubierto más de 2000 objetos del cinturón de Kuiper. [39]
Se encontraron más de mil cuerpos en un cinturón en los veinte años (1992-2012), después de encontrar 1992 QB 1 (nombrado en 2018, 15760 Albion), que muestra un vasto cinturón de cuerpos que va más allá de Plutón y Albion. [40] En la década de 2010, se desconoce en gran medida el alcance y la naturaleza total de los cuerpos del cinturón de Kuiper. [40] Finalmente, a finales de la década de 2010, una nave espacial no tripulada pasó cerca de dos KBO, lo que proporcionó observaciones mucho más cercanas del sistema plutoniano y de otro KBO. [41]
Los estudios realizados desde que se cartografió por primera vez la región transneptuniana han demostrado que la región ahora llamada cinturón de Kuiper no es el punto de origen de los cometas de período corto, sino que derivan de una población vinculada llamada disco disperso . El disco disperso se creó cuando Neptuno emigró hacia el protocinturón de Kuiper, que en ese momento estaba mucho más cerca del Sol, y dejó a su paso una población de objetos dinámicamente estables que nunca podrían verse afectados por su órbita (el cinturón de Kuiper). propiamente dicha), y una población cuyos perihelios están lo suficientemente cerca como para que Neptuno aún pueda perturbarlos mientras viaja alrededor del Sol (el disco disperso). Debido a que el disco disperso es dinámicamente activo y el cinturón de Kuiper relativamente estable dinámicamente, el disco disperso ahora se considera el punto de origen más probable de los cometas periódicos. [18]
Los astrónomos a veces utilizan el nombre alternativo Cinturón Edgeworth-Kuiper para acreditar a Edgeworth, y en ocasiones se hace referencia a los KBO como EKO. Brian G. Marsden afirma que ninguno de los dos merece verdadero crédito: "Ni Edgeworth ni Kuiper escribieron sobre nada remotamente parecido a lo que estamos viendo ahora, pero Fred Whipple sí". [26] : 199 David Jewitt comenta: "En todo caso... Fernández casi merece el crédito por predecir el Cinturón de Kuiper". [28]
A los KBO a veces se les llama "kuiperoides", un nombre sugerido por Clyde Tombaugh . [42] Varios grupos científicos recomiendan el término " objeto transneptuniano " (TNO) para objetos en el cinturón porque es menos controvertido que todos los demás; sin embargo, no es un sinónimo exacto , ya que los TNO incluyen todos los objetos que orbitan alrededor del cinturón. Sol más allá de la órbita de Neptuno , no sólo los del cinturón de Kuiper. [43]
En su máxima extensión (pero excluyendo el disco disperso), incluidas sus regiones periféricas, el cinturón de Kuiper se extiende aproximadamente entre 30 y 55 UA. Generalmente se acepta que el cuerpo principal del cinturón se extiende desde la resonancia de movimiento medio 2:3 (ver más abajo) a 39,5 AU hasta la resonancia 1:2 a aproximadamente 48 AU. [44] El cinturón de Kuiper es bastante grueso, con la concentración principal extendiéndose hasta diez grados fuera del plano de la eclíptica y una distribución más difusa de objetos que se extiende varias veces más lejos. En general, se parece más a un toroide o a un donut que a un cinturón. [45] Su posición media está inclinada con respecto a la eclíptica 1,86 grados. [46]
La presencia de Neptuno tiene un profundo efecto en la estructura del cinturón de Kuiper debido a las resonancias orbitales . En una escala de tiempo comparable a la edad del Sistema Solar, la gravedad de Neptuno desestabiliza las órbitas de cualquier objeto que se encuentre en determinadas regiones y los envía al interior del Sistema Solar o al disco disperso o al espacio interestelar. Esto hace que el cinturón de Kuiper tenga huecos pronunciados en su diseño actual, similares a los huecos de Kirkwood en el cinturón de asteroides . En la región entre 40 y 42 UA, por ejemplo, ningún objeto puede mantener una órbita estable durante esos tiempos, y cualquier observado en esa región debe haber migrado allí hace relativamente poco tiempo. [47]
Entre las resonancias 2:3 y 1:2 con Neptuno, aproximadamente a 42-48 AU, las interacciones gravitacionales con Neptuno ocurren en una escala de tiempo extendida y los objetos pueden existir con sus órbitas esencialmente inalteradas. Esta región se conoce como cinturón de Kuiper clásico y sus miembros comprenden aproximadamente dos tercios de los KBO observados hasta la fecha. [48] [49] Debido a que el primer KBO moderno descubierto ( Albion , pero llamado durante mucho tiempo (15760) 1992 QB 1 ), se considera el prototipo de este grupo, los KBO clásicos a menudo se denominan cubewanos ("QB-1-os" ). [50] [51] Las pautas establecidas por la IAU exigen que a los KBO clásicos se les den nombres de seres mitológicos asociados con la creación. [52]
El cinturón de Kuiper clásico parece ser una combinación de dos poblaciones separadas. La primera, conocida como población "dinámicamente fría", tiene órbitas muy parecidas a las de los planetas; casi circulares, con una excentricidad orbital de menos de 0,1 y con inclinaciones relativamente bajas de hasta aproximadamente 10° (se encuentran cerca del plano del Sistema Solar en lugar de en ángulo). La población fría también contiene una concentración de objetos, denominada núcleo, con semiejes mayores entre 44 y 44,5 AU. [53] La segunda, la población "dinámicamente caliente", tiene órbitas mucho más inclinadas a la eclíptica, hasta 30°. Las dos poblaciones han sido nombradas de esta manera no por ninguna diferencia importante de temperatura, sino por analogía con las partículas de un gas, que aumentan su velocidad relativa a medida que se calientan. [54] No solo las dos poblaciones están en órbitas diferentes, la población fría también difiere en color y albedo , siendo más roja y más brillante, tiene una fracción mayor de objetos binarios, [55] tiene una distribución de tamaño diferente, [56] y carece objetos muy grandes. [57] La masa de la población dinámicamente fría es aproximadamente 30 veces menor que la masa de la población caliente. [56] La diferencia de colores puede ser un reflejo de diferentes composiciones, lo que sugiere que se formaron en diferentes regiones. Se propone que la población caliente se formó cerca de la órbita original de Neptuno y se dispersó durante la migración de los planetas gigantes. [3] [58] Por otro lado, se ha propuesto que la población fría se formó más o menos en su posición actual porque es poco probable que los binarios sueltos sobrevivan a los encuentros con Neptuno. [59] Aunque el modelo de Niza parece poder explicar al menos parcialmente una diferencia de composición, también se ha sugerido que la diferencia de color puede reflejar diferencias en la evolución de la superficie. [60]
Cuando el período orbital de un objeto es una proporción exacta del de Neptuno (una situación llamada resonancia de movimiento medio ), entonces puede quedar bloqueado en un movimiento sincronizado con Neptuno y evitar ser perturbado si sus alineamientos relativos son apropiados. Si, por ejemplo, un objeto orbita alrededor del Sol dos veces por cada tres órbitas de Neptuno, y si alcanza el perihelio con Neptuno a un cuarto de órbita de él, entonces cada vez que regrese al perihelio, Neptuno siempre estará aproximadamente en la misma posición relativa. como empezó, porque habrá completado 1+1 ⁄ 2 órbitas al mismo tiempo. Esto se conoce como resonancia 2:3 (o 3:2) y corresponde a un semieje mayor característico de aproximadamente 39,4 AU. Esta resonancia 2:3 está poblada por unos 200 objetos conocidos, [61] incluido Plutón y sus lunas . En reconocimiento a ello, a los miembros de esta familia se les conoce como plutinos . Muchos plutinos, incluido Plutón, tienen órbitas que cruzan la de Neptuno, aunque su resonancia significa que nunca podrán chocar. Los plutinos tienen altas excentricidades orbitales, lo que sugiere que no son nativos de sus posiciones actuales, sino que fueron arrojados al azar a sus órbitas por la migración de Neptuno. [62] Las directrices de la IAU dictan que todos los plutinos deben, como Plutón, llevar el nombre de deidades del inframundo. [52] La resonancia 1:2 (cuyos objetos completan media órbita por cada uno de Neptuno) corresponde a semiejes mayores de ~47,7 AU y está escasamente poblada. [63] A sus residentes a veces se les llama twotinos . También existen otras resonancias en 3:4, 3:5, 4:7 y 2:5. [26] : 104 Neptuno tiene una serie de objetos troyanos , que ocupan sus puntos lagrangianos , regiones gravitacionalmente estables que lo preceden y siguen en su órbita. Los troyanos Neptune tienen una resonancia de movimiento medio 1:1 con Neptune y, a menudo, tienen órbitas muy estables.
Además, hay una relativa ausencia de objetos con semiejes mayores por debajo de 39 UA que aparentemente no pueden explicarse por las resonancias actuales. La hipótesis actualmente aceptada sobre la causa de esto es que a medida que Neptuno emigró hacia afuera, resonancias orbitales inestables se movieron gradualmente a través de esta región y, por lo tanto, cualquier objeto dentro de ella fue arrastrado o expulsado gravitacionalmente de ella. [26] : 107
La resonancia 1:2 a 47,8 AU parece ser un límite más allá del cual se conocen pocos objetos. No está claro si en realidad se trata del borde exterior del cinturón clásico o simplemente del comienzo de una amplia brecha. Se han detectado objetos en la resonancia 2:5 a aproximadamente 55 AU, muy fuera del cinturón clásico; Las predicciones de un gran número de cuerpos en órbitas clásicas entre estas resonancias no han sido verificadas mediante observación. [62]
Basándose en estimaciones de la masa primordial necesaria para formar Urano y Neptuno, así como cuerpos tan grandes como Plutón (ver § Distribución de masa y tamaño) , modelos anteriores del cinturón de Kuiper habían sugerido que el número de objetos grandes aumentaría en un factor de dos más allá de 50 AU, [64] por lo que esta caída drástica y repentina, conocida como acantilado de Kuiper , fue inesperada y hasta la fecha se desconoce su causa. Bernstein, Trilling, et al. (2003) encontraron evidencia de que la rápida disminución de objetos de 100 km o más en un radio más allá de 50 UA es real y no se debe a un sesgo de observación . Las posibles explicaciones incluyen que el material a esa distancia era demasiado escaso o demasiado disperso para acumularse en objetos grandes, o que procesos posteriores eliminaron o destruyeron los que lo hicieron. [65] Patryk Lykawka de la Universidad de Kobe afirmó que la atracción gravitacional de un gran objeto planetario invisible , tal vez del tamaño de la Tierra o Marte , podría ser la responsable. [66] [67] Un análisis de los datos de TNO disponibles antes de septiembre de 2023 muestra que la distribución de objetos en el borde exterior del cinturón de Kuiper clásico se asemeja a la del cinturón de asteroides principal exterior con una brecha de aproximadamente 72 AU, lejos de cualquier resonancia de movimiento medio con Neptuno; el cinturón de asteroides principal exterior exhibe una brecha inducida por la resonancia de movimiento medio 5:6 con Júpiter a 5,875 AU. [68]
Los orígenes precisos del cinturón de Kuiper y su compleja estructura aún no están claros, y los astrónomos están esperando la finalización de varios telescopios de rastreo de amplio campo como Pan-STARRS y el futuro LSST , que deberían revelar muchos KBO actualmente desconocidos. [3] Estas encuestas proporcionarán datos que ayudarán a determinar las respuestas a estas preguntas. Pan-STARRS 1 finalizó su misión científica principal en 2014, y los datos completos de las encuestas de Pan-STARRS 1 se publicaron en 2019, lo que ayudó a revelar muchos más KBO. [69] [70] [71]
Se cree que el cinturón de Kuiper está formado por planetesimales , fragmentos del disco protoplanetario original alrededor del Sol que no logró fusionarse completamente en planetas y, en cambio, se formó en cuerpos más pequeños, el más grande de menos de 3.000 kilómetros (1.900 millas) de diámetro. Los estudios del recuento de cráteres en Plutón y Caronte revelaron una escasez de cráteres pequeños, lo que sugiere que tales objetos se formaron directamente como objetos de tamaño considerable en el rango de decenas de kilómetros de diámetro en lugar de ser acretados a partir de cuerpos mucho más pequeños, de aproximadamente una escala de kilómetros. [72] Los mecanismos hipotéticos para la formación de estos cuerpos más grandes incluyen el colapso gravitacional de nubes de guijarros concentrados entre remolinos en un disco protoplanetario turbulento [59] [73] o en inestabilidades de flujo . [74] Estas nubes que colapsan pueden fragmentarse y formar sistemas binarios. [75]
Las simulaciones por computadora modernas muestran que el cinturón de Kuiper estuvo fuertemente influenciado por Júpiter y Neptuno , y también sugieren que ni Urano ni Neptuno podrían haberse formado en sus posiciones actuales, porque existía muy poca materia primordial en esa distancia para producir objetos de masa tan alta. En cambio, se estima que estos planetas se formaron más cerca de Júpiter. La dispersión de planetesimales en las primeras etapas de la historia del Sistema Solar habría provocado la migración de las órbitas de los planetas gigantes: Saturno , Urano y Neptuno se desplazaron hacia afuera, mientras que Júpiter se desplazó hacia adentro. Finalmente, las órbitas se desplazaron hasta el punto en que Júpiter y Saturno alcanzaron una resonancia exacta de 1:2; Júpiter orbitó alrededor del Sol dos veces por cada órbita de Saturno. Las repercusiones gravitacionales de tal resonancia finalmente desestabilizaron las órbitas de Urano y Neptuno, provocando que se dispersaran hacia órbitas de alta excentricidad que cruzaban el disco planetesimal primordial. [60] [76] [77]
Si bien la órbita de Neptuno era muy excéntrica, sus resonancias de movimiento medio se superponían y las órbitas de los planetesimales evolucionaron caóticamente, permitiendo a los planetesimales deambular hasta la resonancia 1:2 de Neptuno para formar un cinturón dinámicamente frío de objetos de baja inclinación. Más tarde, después de que su excentricidad disminuyó, la órbita de Neptuno se expandió hacia su posición actual. Muchos planetesimales fueron capturados y permanecen en resonancias durante esta migración, otros evolucionaron hacia órbitas de mayor inclinación y menor excentricidad y escaparon de las resonancias hacia órbitas estables. [78] Muchos más planetesimales se dispersaron hacia el interior, y pequeñas fracciones fueron capturadas como troyanos de Júpiter, como satélites irregulares que orbitaban los planetas gigantes y como asteroides del cinturón exterior. El resto fue dispersado nuevamente por Júpiter y en la mayoría de los casos expulsados del Sistema Solar, reduciendo la población primordial del cinturón de Kuiper en un 99% o más. [60]
La versión original del modelo más popular actualmente, el " modelo de Niza ", reproduce muchas características del cinturón de Kuiper, como las poblaciones "fría" y "caliente", los objetos resonantes y un disco disperso, pero aún no tiene en cuenta algunas de las características de sus distribuciones. El modelo predice una excentricidad promedio más alta en las órbitas KBO clásicas que la observada (0,10–0,13 versus 0,07) y su distribución de inclinación prevista contiene muy pocos objetos de alta inclinación. [60] Además, la frecuencia de objetos binarios en el cinturón frío, muchos de los cuales están muy separados y débilmente unidos, también plantea un problema para el modelo. Se predice que estos se separaron durante encuentros con Neptuno, [79] lo que llevó a algunos a proponer que el disco frío se formó en su ubicación actual, lo que representa la única población verdaderamente local de cuerpos pequeños en el sistema solar. [80]
Una modificación reciente del modelo de Niza hace que el Sistema Solar comience con cinco planetas gigantes, incluido un gigante de hielo adicional , en una cadena de resonancias de movimiento medio. Unos 400 millones de años después de la formación del Sistema Solar se rompe la cadena de resonancia. En lugar de dispersarse en el disco, los gigantes de hielo primero migran hacia afuera varias UA. [81] Esta migración divergente eventualmente conduce a un cruce de resonancia, desestabilizando las órbitas de los planetas. El gigante de hielo adicional se encuentra con Saturno y se dispersa hacia el interior en una órbita que cruza a Júpiter y, después de una serie de encuentros, es expulsado del Sistema Solar. Los planetas restantes continúan su migración hasta que el disco planetesimal está casi agotado y quedan pequeñas fracciones en varios lugares. [81]
Como en el modelo original de Niza, los objetos son capturados en resonancias con Neptuno durante su migración hacia el exterior. Algunos permanecen en las resonancias, otros evolucionan hacia órbitas de mayor inclinación y menor excentricidad y son liberados hacia órbitas estables formando el cinturón clásico dinámicamente caliente. La distribución de inclinación del cinturón caliente se puede reproducir si Neptuno migrara de 24 AU a 30 AU en una escala de tiempo de 30 millones de años. [82] Cuando Neptuno migra a 28 UA, tiene un encuentro gravitacional con el gigante de hielo adicional. Los objetos capturados desde el cinturón frío en la resonancia de movimiento medio 1:2 con Neptuno quedan atrás como una concentración local a 44 AU cuando este encuentro hace que el semieje mayor de Neptuno salte hacia afuera. [83] Los objetos depositados en el cinturón frío incluyen algunos binarios 'azules' vagamente enlazados que se originan más cerca que la ubicación actual del cinturón frío. [84] Si la excentricidad de Neptuno permanece pequeña durante este encuentro, se evita la evolución caótica de las órbitas del modelo original de Niza y se preserva un cinturón frío primordial. [85] En las últimas fases de la migración de Neptuno, un lento barrido de resonancias de movimiento medio elimina los objetos de mayor excentricidad del cinturón frío, truncando su distribución de excentricidad. [86]
Al estar distantes del Sol y de los planetas principales, se cree que los objetos del cinturón de Kuiper no se ven relativamente afectados por los procesos que han dado forma y alterado a otros objetos del Sistema Solar; por lo tanto, determinar su composición proporcionaría información sustancial sobre la composición del Sistema Solar más antiguo. [87] Debido a su pequeño tamaño y su extrema distancia de la Tierra, la composición química de los KBO es muy difícil de determinar. El principal método mediante el cual los astrónomos determinan la composición de un objeto celeste es la espectroscopia . Cuando la luz de un objeto se divide en los colores que lo componen, se forma una imagen similar a un arco iris. Esta imagen se llama espectro . Diferentes sustancias absorben luz en diferentes longitudes de onda, y cuando se desentraña el espectro de un objeto específico, aparecen líneas oscuras (llamadas líneas de absorción ) donde las sustancias que contiene han absorbido esa longitud de onda de luz en particular. Cada elemento o compuesto tiene su propia firma espectroscópica única, y al leer la "huella digital" espectral completa de un objeto, los astrónomos pueden determinar su composición.
Los análisis indican que los objetos del cinturón de Kuiper están compuestos por una mezcla de roca y una variedad de hielos como agua, metano y amoníaco . La temperatura del cinturón es sólo de unos 50 K , [88] por lo que muchos compuestos que serían gaseosos más cerca del Sol permanecen sólidos. Las densidades y las fracciones roca-hielo se conocen sólo para un pequeño número de objetos cuyos diámetros y masas se han determinado. El diámetro se puede determinar mediante imágenes con un telescopio de alta resolución como el Telescopio Espacial Hubble , mediante el momento de una ocultación cuando un objeto pasa frente a una estrella o, más comúnmente, utilizando el albedo de un objeto calculado a partir de su Emisiones infrarrojas. Las masas se determinan mediante los semiejes mayores y los períodos de los satélites, que por tanto sólo se conocen para unos pocos objetos binarios. Las densidades oscilan entre menos de 0,4 y 2,6 g/cm 3 . Se cree que los objetos menos densos están compuestos en gran parte por hielo y tienen una porosidad significativa. Los objetos más densos probablemente estén compuestos de roca con una fina corteza de hielo. Existe una tendencia a bajas densidades para objetos pequeños y altas densidades para los objetos más grandes. Una posible explicación para esta tendencia es que el hielo se perdió de las capas superficiales cuando objetos diferenciados chocaron para formar los objetos más grandes. [87]
Inicialmente, el análisis detallado de los KBO era imposible, por lo que los astrónomos sólo pudieron determinar los datos más básicos sobre su composición, principalmente su color. [90] Estos primeros datos mostraron una amplia gama de colores entre los KBO, desde el gris neutro hasta el rojo intenso. [91] Esto sugirió que sus superficies estaban compuestas de una amplia gama de compuestos, desde hielos sucios hasta hidrocarburos . [91] Esta diversidad fue sorprendente, ya que los astrónomos habían esperado que los KBO fueran uniformemente oscuros, habiendo perdido la mayoría de los hielos volátiles de sus superficies debido a los efectos de los rayos cósmicos . [26] : 118 Se sugirieron varias soluciones para esta discrepancia, incluida la repavimentación mediante impactos o desgasificación . [90] El análisis espectral de Jewitt y Luu de los objetos conocidos del cinturón de Kuiper en 2001 encontró que la variación de color era demasiado extrema para ser explicada fácilmente por impactos aleatorios. [92] Se cree que la radiación del Sol ha alterado químicamente el metano en la superficie de los KBO, produciendo productos como las tolinas . Se ha demostrado que Makemake posee una serie de hidrocarburos derivados del procesamiento por radiación del metano, incluidos etano , etileno y acetileno . [87]
Aunque hasta la fecha la mayoría de los KBO todavía parecen espectralmente sin rasgos distintivos debido a su debilidad, se han logrado varios éxitos en la determinación de su composición. [88] En 1996, Robert H. Brown et al. adquirió datos espectroscópicos en el KBO 1993 SC, que revelaron que la composición de su superficie es marcadamente similar a la de Plutón , así como a la de la luna Tritón de Neptuno , con grandes cantidades de hielo de metano. [93] Para los objetos más pequeños, sólo se han determinado los colores y, en algunos casos, los albedos. Estos objetos se dividen en gran medida en dos clases: grises con albedos bajos o muy rojos con albedos más altos. Se supone que la diferencia en colores y albedos se debe a la retención o pérdida de sulfuro de hidrógeno (H 2 S) en la superficie de estos objetos, siendo las superficies de aquellos que se formaron lo suficientemente lejos del Sol para retener H 2 S. enrojecido debido a la irradiación. [94]
Los KBO más grandes, como Plutón y Quaoar , tienen superficies ricas en compuestos volátiles como metano, nitrógeno y monóxido de carbono ; La presencia de estas moléculas probablemente se deba a su moderada presión de vapor en el rango de temperatura de 30 a 50 K del cinturón de Kuiper. Esto les permite hervir ocasionalmente de sus superficies y luego volver a caer en forma de nieve, mientras que los compuestos con puntos de ebullición más altos permanecerían sólidos. La abundancia relativa de estos tres compuestos en los KBO más grandes está directamente relacionada con la gravedad de su superficie y la temperatura ambiente, lo que determina cuáles pueden retener. [87] Se ha detectado hielo de agua en varios KBO, incluidos miembros de la familia Haumea, como 1996 TO 66 , [95] objetos de tamaño mediano como 38628 Huya y 20000 Varuna , [96] y también en algunos objetos pequeños. [87] La presencia de hielo cristalino en objetos grandes y medianos, incluido 50000 Quaoar , donde también se ha detectado hidrato de amoníaco , [88] puede indicar actividad tectónica pasada ayudada por la disminución del punto de fusión debido a la presencia de amoníaco. [87]
A pesar de su enorme extensión, la masa colectiva del cinturón de Kuiper es relativamente baja. Se estima que la masa total de la población dinámicamente caliente es el 1% de la masa de la Tierra . Se estima que la población dinámicamente fría es mucho menor, con sólo el 0,03% de la masa de la Tierra. [56] [97] Si bien se cree que la población dinámicamente caliente es el remanente de una población mucho más grande que se formó más cerca del Sol y se dispersó hacia afuera durante la migración de los planetas gigantes, en contraste, se cree que la población dinámicamente fría se han formado en su ubicación actual. La estimación más reciente (2018) sitúa la masa total del cinturón de Kuiper en(1,97 ± 0,30) × 10 −2 Masas terrestres según la influencia que ejerce sobre el movimiento de los planetas. [98]
La pequeña masa total de la población dinámicamente fría presenta algunos problemas para los modelos de formación del Sistema Solar porque se requiere una masa considerable para la acumulación de KBO de más de 100 km (62 millas) de diámetro. [3] Si el frío cinturón de Kuiper clásico siempre hubiera tenido su baja densidad actual, estos grandes objetos simplemente no podrían haberse formado mediante la colisión y fusión de planetesimales más pequeños. [3] Además, la excentricidad y la inclinación de las órbitas actuales hacen que los encuentros sean bastante "violentos", lo que resulta en destrucción en lugar de acumulación. Se cree que es poco probable la eliminación de una gran fracción de la masa de la población dinámicamente fría. La influencia actual de Neptuno es demasiado débil para explicar una "aspiración" tan masiva, y el alcance de la pérdida de masa por trituración por colisión está limitado por la presencia de binarios débilmente unidos en el disco frío, que probablemente se rompan en las colisiones. [99] En lugar de formarse a partir de las colisiones de planetesimales más pequeños, el objeto más grande puede haberse formado directamente a partir del colapso de nubes de guijarros. [100]
Las distribuciones de tamaño de los objetos del cinturón de Kuiper siguen una serie de leyes de potencia . Una ley de potencia describe la relación entre N ( D ) (el número de objetos de diámetro mayor que D ) y D , y se conoce como pendiente de brillo. El número de objetos es inversamente proporcional a alguna potencia del diámetro D :
(La constante puede ser distinta de cero sólo si la ley de potencia no se aplica a valores altos de D ).
Las primeras estimaciones basadas en mediciones de la distribución de la magnitud aparente encontraron un valor de q = 4 ± 0,5, [65] lo que implicaba que hay 8 (=2 3 ) veces más objetos en el rango de 100 a 200 km que en el de 200 km. –Alcance de 400 kilómetros.
Investigaciones recientes han revelado que las distribuciones de tamaño de los objetos clásicos calientes y fríos tienen diferentes pendientes. La pendiente de los objetos calientes es q = 5,3 en diámetros grandes y q = 2,0 en diámetros pequeños con un cambio de pendiente a 110 km. La pendiente de los objetos fríos es q = 8,2 en diámetros grandes y q = 2,9 en diámetros pequeños con un cambio de pendiente a 140 km. [56] Las distribuciones de tamaño de los objetos en dispersión , los plutinos y los troyanos de Neptuno tienen pendientes similares a las de otras poblaciones dinámicamente calientes, pero en cambio pueden tener un divot, una fuerte disminución en el número de objetos por debajo de un tamaño específico. Se supone que esta división se debe a la evolución de colisión de la población o a que la población se formó sin objetos por debajo de este tamaño, siendo los objetos más pequeños fragmentos de los objetos originales. [101] [102]
Los objetos más pequeños conocidos del cinturón de Kuiper, con radios inferiores a 1 km, sólo han sido detectados mediante ocultaciones estelares , ya que son demasiado oscuros ( magnitud 35) para ser vistos directamente por telescopios como el Telescopio Espacial Hubble . [103] Los primeros informes de estas ocultaciones fueron de Schlichting et al. en diciembre de 2009, quien anunció el descubrimiento de un pequeño objeto del cinturón de Kuiper de un radio inferior a un kilómetro en la fotometría de archivo del Hubble de marzo de 2007. Con un radio estimado de520 ± 60 m o un diámetro deA 1040 ± 120 m , el objeto fue detectado por el sistema de seguimiento de estrellas del Hubble cuando ocultó brevemente una estrella durante 0,3 segundos. [104] En un estudio posterior publicado en diciembre de 2012, Schlichting et al. realizó un análisis más exhaustivo de la fotometría de archivo del Hubble e informó de otro evento de ocultación por un objeto del cinturón de Kuiper de tamaño inferior a un kilómetro, estimado en530 ± 70 m de radio o1060 ± 140 m de diámetro. A partir de los eventos de ocultación detectados en 2009 y 2012, Schlichting et al. determinó que la pendiente de distribución del tamaño de los objetos del cinturón de Kuiper era q = 3,6 ± 0,2 o q = 3,8 ± 0,2, con los supuestos de una ley de potencia única y una distribución de latitud eclíptica uniforme . Su resultado implica un fuerte déficit de objetos del cinturón de Kuiper de tamaño inferior a un kilómetro en comparación con las extrapolaciones de la población de objetos más grandes del cinturón de Kuiper con diámetros superiores a 90 km. [105]
Las observaciones realizadas por el contador de polvo para estudiantes New Horizons Venetia Burney de la NASA mostraron "flujos de polvo superiores a los predichos por el modelo" hasta 55 au, no explicados por ningún modelo existente. [106]
El disco disperso es una región escasamente poblada, que se superpone con el cinturón de Kuiper pero se extiende más allá de las 100 UA. Los objetos de discos dispersos (SDO) tienen órbitas muy elípticas, a menudo también muy inclinadas con respecto a la eclíptica. La mayoría de los modelos de formación del Sistema Solar muestran que tanto los KBO como los SDO se formaron primero en un cinturón primordial, con interacciones gravitacionales posteriores, particularmente con Neptuno, enviando los objetos hacia afuera, algunos a órbitas estables (los KBO) y otros a órbitas inestables, el disco disperso. [18] Debido a su naturaleza inestable, se sospecha que el disco disperso es el punto de origen de muchos de los cometas de período corto del Sistema Solar. Sus órbitas dinámicas ocasionalmente los obligan a ingresar al Sistema Solar interior, convirtiéndose primero en centauros y luego en cometas de período corto. [18]
Según el Minor Planet Center , que cataloga oficialmente todos los objetos transneptunianos, un KBO es cualquier objeto que orbita exclusivamente dentro de la región definida del cinturón de Kuiper, independientemente de su origen o composición. Los objetos que se encuentran fuera del cinturón se clasifican como objetos dispersos. [107] En algunos círculos científicos, el término "objeto del cinturón de Kuiper" se ha convertido en sinónimo de cualquier planeta menor helado nativo del Sistema Solar exterior que se supone que ha sido parte de esa clase inicial, incluso si su órbita durante la mayor parte de la historia del Sistema Solar ha sido estado más allá del cinturón de Kuiper (por ejemplo, en la región de los discos dispersos). A menudo describen los objetos del disco dispersos como "objetos dispersos del cinturón de Kuiper". [108] Eris , que se sabe que es más masivo que Plutón, a menudo se denomina KBO, pero técnicamente es un SDO. [107] Aún no se ha alcanzado un consenso entre los astrónomos sobre la definición precisa del cinturón de Kuiper, y esta cuestión sigue sin resolverse.
También se cree que los centauros, que normalmente no se consideran parte del cinturón de Kuiper, son objetos dispersos, con la única diferencia de que estaban dispersos hacia adentro y no hacia afuera. El Minor Planet Center agrupa a los centauros y los SDO como objetos dispersos. [107]
Durante su período de migración, se cree que Neptuno capturó un gran KBO, Tritón , que es la única luna grande del Sistema Solar con una órbita retrógrada (es decir, orbita en sentido opuesto a la rotación de Neptuno). Esto sugiere que, a diferencia de las grandes lunas de Júpiter , Saturno y Urano , que se cree que se fusionaron a partir de discos giratorios de material alrededor de sus jóvenes planetas padres, Tritón era un cuerpo completamente formado que fue capturado del espacio circundante. La captura gravitacional de un objeto no es fácil: requiere algún mecanismo para ralentizar el objeto lo suficiente como para ser atrapado por la gravedad del objeto más grande. Una posible explicación es que Tritón era parte de un binario cuando se encontró con Neptuno. (Muchos KBO son miembros de binarios. Ver más abajo). La expulsión del otro miembro del binario por parte de Neptuno podría explicar la captura de Tritón. [109] Tritón es sólo un 14% más grande que Plutón, y el análisis espectral de ambos mundos muestra que sus superficies están compuestas en gran medida por materiales similares, como metano y monóxido de carbono . Todo esto lleva a la conclusión de que Tritón alguna vez fue un KBO que fue capturado por Neptuno durante su migración hacia el exterior . [110]
Desde 2000, se han descubierto varios KBO con diámetros de entre 500 y 1500 km (932 millas), más de la mitad del de Plutón (diámetro 2370 km). Quaoar , un KBO clásico descubierto en 2002, tiene más de 1.200 km de diámetro. Makemake y Haumea , ambos anunciados el 29 de julio de 2005, son aún mayores. Otros objetos, como 28978 Ixion (descubierto en 2001) y 20000 Varuna (descubierto en 2000), miden aproximadamente entre 600 y 700 km (373 a 435 millas) de ancho. [3]
El descubrimiento de estos grandes KBO en órbitas similares a las de Plutón llevó a muchos a concluir que, aparte de su tamaño relativo, Plutón no era particularmente diferente de otros miembros del cinturón de Kuiper. Estos objetos no solo son similares a Plutón en tamaño, sino que muchos también tienen satélites naturales y son de composición similar (se han encontrado metano y monóxido de carbono tanto en Plutón como en los KBO más grandes). [3] Así, así como Ceres era considerado un planeta antes del descubrimiento de sus compañeros asteroides , algunos comenzaron a sugerir que Plutón también podría ser reclasificado.
La cuestión llegó a un punto crítico con el descubrimiento de Eris , un objeto en el disco disperso mucho más allá del cinturón de Kuiper, que ahora se sabe que es un 27% más masivo que Plutón. [111] (Originalmente se pensó que Eris era más grande que Plutón en volumen, pero la misión New Horizons descubrió que este no era el caso.) En respuesta, la Unión Astronómica Internacional (IAU) se vio obligada a definir qué es un planeta para el primera vez, y al hacerlo incluyeron en su definición que un planeta debe haber " limpiado el vecindario alrededor de su órbita". [112] Como Plutón comparte su órbita con muchos otros objetos de tamaño considerable, se consideró que no había despejado su órbita y, por lo tanto, fue reclasificado de planeta a planeta enano , convirtiéndolo en miembro del cinturón de Kuiper.
No está claro cuántos KBO son lo suficientemente grandes como para ser planetas enanos. La consideración de las densidades sorprendentemente bajas de muchos candidatos a planetas enanos sugiere que no muchos lo son. [113] Orcus , Plutón, Haumea , Quaoar y Makemake son aceptados por la mayoría de los astrónomos; algunos han propuesto otros órganos, como Salacia , 2002 MS 4 , [114] 2002 AW 197 e Ixion . [115]
Se sabe que los seis TNO más grandes ( Eris , Plutón , Gonggong , Makemake , Haumea y Quaoar ) tienen satélites, y dos de ellos tienen más de uno. Un porcentaje mayor de los KBO más grandes tienen satélites que los objetos más pequeños en el cinturón de Kuiper, lo que sugiere que el responsable es un mecanismo de formación diferente. [116] También hay una gran cantidad de binarios (dos objetos lo suficientemente cercanos en masa como para orbitar "entre sí") en el cinturón de Kuiper. El ejemplo más notable es el binario Plutón-Caronte, pero se estima que alrededor del 11% de los KBO existen en binarios. [117]
El 19 de enero de 2006 se lanzó la primera nave espacial para explorar el cinturón de Kuiper, New Horizons , que pasó cerca de Plutón el 14 de julio de 2015. Más allá del sobrevuelo de Plutón, el objetivo de la misión era localizar e investigar otros objetos más lejanos en el cinturón de Kuiper. . [118]
El 15 de octubre de 2014, se reveló que Hubble había descubierto tres objetivos potenciales, designados provisionalmente PT1 ("objetivo potencial 1"), PT2 y PT3 por el equipo de New Horizons . [120] [121] Se estimó que los diámetros de los objetos estaban en el rango de 30 a 55 km; demasiado pequeño para ser visto con telescopios terrestres, a distancias del Sol de 43 a 44 UA, lo que situaría los encuentros en el período 2018-2019. [122] Las probabilidades estimadas iniciales de que estos objetos fueran alcanzables dentro del presupuesto de combustible de New Horizons fueron del 100%, 7% y 97%, respectivamente. [122] Todos eran miembros del cinturón de Kuiper clásico "frío" (baja inclinación , baja excentricidad ) y, por tanto, muy diferentes de Plutón. PT1 (dada la designación temporal "1110113Y" en el sitio web del HST [123] ), el objeto situado más favorablemente, tenía una magnitud de 26,8, 30 a 45 km de diámetro y se encontró en enero de 2019. [124] Una vez que se obtuvo información orbital suficiente Se proporcionó, el Minor Planet Center dio designaciones oficiales a los tres KBO objetivo: 2014 MU 69 (PT1), 2014 OS 393 (PT2) y 2014 PN 70 (PT3). Para el otoño de 2014, un posible cuarto objetivo, 2014 MT 69 , había sido eliminado mediante observaciones de seguimiento. PT2 estaba fuera de carrera antes del sobrevuelo de Plutón. [125] [126]
El 26 de agosto de 2015, se eligió el primer objetivo, 2014 MU 69 (apodado "Ultima Thule" y más tarde denominado 486958 Arrokoth ). El ajuste del rumbo se llevó a cabo a finales de octubre y principios de noviembre de 2015, lo que llevó a un sobrevuelo en enero de 2019. [127] El 1 de julio de 2016, la NASA aprobó fondos adicionales para que New Horizons visitara el objeto. [128]
El 2 de diciembre de 2015, New Horizons detectó lo que entonces se llamó 1994 JR 1 (más tarde llamado 15810 Arawn ) a 270 millones de kilómetros (170 × 10 6 millas) de distancia. [129]
El 1 de enero de 2019, New Horizons sobrevoló con éxito Arrokoth y arrojó datos que mostraban que Arrokoth era un binario de contacto de 32 km de largo por 16 km de ancho. [130] El instrumento Ralph a bordo de New Horizons confirmó el color rojo de Arrokoth. Los datos del sobrevuelo se seguirán descargando durante los próximos 20 meses.
No se planean misiones de seguimiento para New Horizons , aunque se han estudiado al menos dos conceptos para misiones que regresarían a la órbita o aterrizarían en Plutón. [131] [132] Más allá de Plutón, existen muchos KBO grandes que no se pueden visitar con New Horizons , como los planetas enanos Makemake y Haumea . Se encargarían nuevas misiones para explorar y estudiar estos objetos en detalle. Thales Alenia Space ha estudiado la logística de una misión orbital a Haumea, [133] un objetivo científico de alta prioridad debido a su condición de cuerpo padre de una familia de colisiones que incluye varios otros TNO, así como el anillo y dos lunas de Haumea. El autor principal, Joel Poncy, ha abogado por una nueva tecnología que permitiría a las naves espaciales alcanzar y orbitar los KBO en 10 a 20 años o menos. [134] El investigador principal de New Horizons, Alan Stern, ha sugerido informalmente misiones que sobrevolarían los planetas Urano o Neptuno antes de visitar nuevos objetivos de KBO, [135] promoviendo así la exploración del cinturón de Kuiper y al mismo tiempo visitando estos planetas gigantes de hielo por primera vez desde entonces. los sobrevuelos de la Voyager 2 en la década de 1980.
Quaoar ha sido considerado como un objetivo de sobrevuelo para una sonda encargada de explorar el medio interestelar , ya que actualmente se encuentra cerca de la nariz heliosférica ; Pontus Brandt del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins y sus colegas han estudiado una sonda que sobrevolaría Quaoar en la década de 2030 antes de continuar hacia el medio interestelar a través de la nariz heliosférica. [136] [137] Entre sus intereses en Quaoar se incluyen su probable desaparición de la atmósfera de metano y el criovulcanismo . [136] La misión estudiada por Brandt y sus colegas se lanzaría utilizando SLS y alcanzaría 30 km/s utilizando un sobrevuelo de Júpiter. Alternativamente, para una misión orbital, un estudio publicado en 2012 concluyó que Ixion y Huya se encuentran entre los objetivos más factibles. [138] Por ejemplo, los autores calcularon que una misión orbital podría llegar a Ixion después de 17 años de tiempo de crucero si se lanza en 2039.
En 2006, los astrónomos habían resuelto discos de polvo que se pensaba que eran estructuras similares al cinturón de Kuiper alrededor de nueve estrellas distintas del Sol. Parecen dividirse en dos categorías: cinturones anchos, con radios de más de 50 UA, y cinturones estrechos (tentativamente parecidos al del Sistema Solar) con radios de entre 20 y 30 AU y límites relativamente definidos. [139] Más allá de esto, entre el 15% y el 20% de las estrellas de tipo solar tienen un exceso de infrarrojos observado que sugiere estructuras masivas similares al cinturón de Kuiper. [140] La mayoría de los discos de escombros conocidos alrededor de otras estrellas son bastante jóvenes, pero las dos imágenes de la derecha, tomadas por el Telescopio Espacial Hubble en enero de 2006, tienen suficiente edad (aproximadamente 300 millones de años) para haberse asentado en configuraciones estables. La imagen de la izquierda es una "vista superior" de un cinturón ancho y la imagen de la derecha es una "vista de borde" de un cinturón estrecho. [139] [141] Las simulaciones por computadora del polvo en el cinturón de Kuiper sugieren que cuando era más joven, puede haberse parecido a los anillos estrechos que se ven alrededor de estrellas más jóvenes. [142]