Se teoriza que la nube de Oort ( / ɔːr t , ʊər t / ), [1] a veces llamada nube de Öpik-Oort , [2] es una gran nube de planetesimales helados que rodean al Sol a distancias que van desde 2000 a 200.000 AU (0,03 a 3,2 años luz ). [3] [nota 1] [4] El concepto de tal nube fue propuesto en 1950 por el astrónomo holandés Jan Oort , en cuyo honor se nombró la idea. Oort propuso que los cuerpos en esta nube reponen y mantienen constante el número de cometas de período largo que ingresan al Sistema Solar interior , donde finalmente son consumidos y destruidos durante las aproximaciones cercanas al Sol. [5]
Se cree que la nube comprende dos regiones: una nube de Oort interior en forma de disco alineada con la eclíptica solar (también llamada nube de Hills ) y una nube de Oort exterior esférica que encierra todo el sistema solar . Ambas regiones se encuentran mucho más allá de la heliosfera y se encuentran en el espacio interestelar . [4] [6] El cinturón de Kuiper , el disco disperso y los objetos desprendidos (otros tres reservorios de objetos transneptunianos ) están más de mil veces más cerca del Sol que la porción más interna de la nube de Oort.
El límite exterior de la nube de Oort define el límite cosmográfico del Sistema Solar . Esta área está definida por la esfera Hill del Sol y, por lo tanto, se encuentra en la interfaz entre el dominio gravitacional solar y galáctico. [7] La nube exterior de Oort sólo está ligeramente unida al Sistema Solar y sus constituyentes se ven fácilmente afectados por la atracción gravitacional de las estrellas que pasan y de la propia Vía Láctea . Estas fuerzas sirvieron para moderar y hacer más circulares las órbitas altamente excéntricas del material expulsado del sistema solar interior durante sus primeras fases de desarrollo . Las órbitas circulares de la materia en el disco de Oort se deben en gran medida a esta torsión gravitacional galáctica. [8] Del mismo modo, la interferencia galáctica en el movimiento de los cuerpos de Oort ocasionalmente desaloja a los cometas de sus órbitas dentro de la nube, enviándolos al Sistema Solar interior . [4] Según sus órbitas, la mayoría, pero no todos, los cometas de período corto parecen provenir del disco de Oort. Es posible que otros cometas de período corto se hayan originado en la nube esférica mucho más grande. [4] [9]
Los astrónomos plantean la hipótesis de que el material que se encuentra actualmente en la nube de Oort se formó mucho más cerca del Sol, en el disco protoplanetario , y luego se dispersó en el espacio debido a la influencia gravitacional de los planetas gigantes . [4] No es posible observar directamente la nube de Oort con la tecnología de imágenes actual. [10] Sin embargo, se cree que la nube es la fuente que reabastece a la mayoría de los cometas de período largo y de tipo Halley , que eventualmente son consumidos por sus aproximaciones cercanas al Sol después de ingresar al Sistema Solar interior. La nube también puede cumplir la misma función para muchos de los centauros y cometas de la familia de Júpiter . [9]
A principios del siglo XX se entendía que había dos clases principales de cometas: los cometas de período corto (también llamados cometas eclípticos ) y los cometas de período largo (también llamados cometas casi isotrópicos ). Los cometas de la eclíptica tienen órbitas relativamente pequeñas alineadas cerca del plano de la eclíptica y no se encuentran mucho más lejos que el acantilado de Kuiper , a unas 50 AU del Sol (la órbita de Neptuno promedia unas 30 AU y 177P/Barnard tiene un afelio de unas 48 AU). Por otro lado, los cometas de período largo viajan en órbitas muy grandes a miles de AU del Sol y están distribuidos isotrópicamente. Esto significa que los cometas de período largo aparecen desde todas las direcciones del cielo, tanto por encima como por debajo del plano de la eclíptica. [11] El origen de estos cometas no se entendía bien y inicialmente se pensó que muchos cometas de período largo tenían trayectorias parabólicas asumidas, lo que los convertía en visitantes únicos del Sol desde el espacio interestelar.
En 1907, AO Leuschner sugirió que muchos de los cometas que entonces se pensaba que tenían órbitas parabólicas, en realidad se movían a lo largo de órbitas elípticas extremadamente grandes que los devolverían al Sistema Solar interior después de largos intervalos durante los cuales eran invisibles para la astronomía terrestre. [12] En 1932, el astrónomo estonio Ernst Öpik propuso un reservorio de cometas de período largo en forma de una nube en órbita en el borde más exterior del Sistema Solar . [13] El astrónomo holandés Jan Oort revivió esta idea básica en 1950 para resolver una paradoja sobre el origen de los cometas. Los siguientes hechos no son fácilmente conciliables con las órbitas altamente elípticas en las que siempre se encuentran los cometas de período largo:
Oort razonó que los cometas con órbitas que se acercan mucho al Sol no pueden haberlo hecho desde la condensación del disco protoplanetario, hace más de 4.500 millones de años. Por lo tanto, los cometas de período largo no podrían haberse formado en las órbitas actuales en las que siempre se descubren y debieron haber permanecido en un depósito exterior durante casi toda su existencia. [14] [15] [11]
Oort también estudió tablas de efemérides para cometas de período largo y descubrió que existe una curiosa concentración de cometas de período largo cuyo retiro más lejano del Sol (su afelia ) se agrupa alrededor de 20.000 AU. Esto sugirió un depósito a esa distancia con una distribución esférica e isotrópica . También propuso que los cometas relativamente raros con órbitas de aproximadamente 10.000 UA probablemente atravesaron una o más órbitas hacia el interior del Sistema Solar y allí sus órbitas fueron atraídas hacia adentro por la gravedad de los planetas. [11]
Se cree que la nube de Oort ocupa un vasto espacio entre 2.000 y 5.000 AU (0,03 y 0,08 ly) [11] desde el Sol hasta 50.000 AU (0,79 ly) o incluso entre 100.000 y 200.000 AU (1,58 a 3,16 ly) ). [4] [11] La región se puede subdividir en una nube de Oort exterior esférica con un radio de unas 20.000 a 50.000 AU (0,32 a 0,79 ly) y una nube de Oort interior en forma de toro con un radio de 2.000 a 20.000 AU (0,03 –0,32 años).
La nube de Oort interior a veces se conoce como nube de Hills, en honor a Jack G. Hills , quien propuso su existencia en 1981. [16] Los modelos predicen que la nube interior será mucho más densa de las dos, con decenas o cientos de veces más densidad. muchos núcleos cometarios como la nube exterior. [16] [17] [18] Se cree que la nube de Hills es necesaria para explicar la existencia continua de la nube de Oort después de miles de millones de años. [19]
Debido a que se encuentra en la interfaz entre el dominio de la gravitación solar y galáctica, los objetos que componen la nube exterior de Oort están sólo débilmente unidos al Sol. Esto, a su vez, permite que pequeñas perturbaciones procedentes de estrellas cercanas o de la propia Vía Láctea inyecten cometas de periodo largo (y posiblemente de tipo Halley ) dentro de la órbita de Neptuno . [4] Este proceso debería haber agotado la nube exterior más dispersa y, sin embargo, se siguen observando cometas de período largo con órbitas muy por encima o por debajo de la eclíptica. Se cree que la nube de Hills es un reservorio secundario de núcleos cometarios y la fuente de reabastecimiento de la tenue nube exterior a medida que el número de esta última se agota gradualmente debido a las pérdidas en el Sistema Solar interior.
La nube exterior de Oort puede tener billones de objetos de más de 1 km (0,6 millas), [4] y miles de millones con diámetros de 20 kilómetros (12 millas). Esto corresponde a una magnitud absoluta de más de 11. [20] En este análisis, los objetos "vecinos" en la nube exterior están separados por una fracción significativa de 1 UA, decenas de millones de kilómetros. [9] [21] Se desconoce la masa total de la nube exterior, pero suponiendo que el cometa Halley sea un sustituto adecuado de los núcleos que componen la nube exterior de Oort, su masa combinada sería aproximadamente 3 × 10 25 kilogramos (6,6 × 10 25 lb ), o cinco masas terrestres. [4] [22] Anteriormente se pensaba que la nube exterior era más masiva en dos órdenes de magnitud, y contenía hasta 380 masas terrestres, [23] pero un mejor conocimiento de la distribución de tamaños de los cometas de período largo ha llevado a estimaciones más bajas. Hasta 2023 no se han publicado estimaciones de la masa de la nube de Oort interior.
Si los análisis de los cometas son representativos del conjunto, la gran mayoría de los objetos de la nube de Oort están formados por hielos como agua , metano , etano , monóxido de carbono y cianuro de hidrógeno . [24] Sin embargo, el descubrimiento del objeto 1996 PW , un objeto cuya apariencia era consistente con un asteroide de tipo D [25] [26] en una órbita típica de un cometa de período largo, impulsó investigaciones teóricas que sugieren que el Oort La población de nubes se compone aproximadamente de uno a dos por ciento de asteroides. [27] El análisis de las proporciones de isótopos de carbono y nitrógeno tanto en los cometas de período largo como en los de la familia de Júpiter muestra poca diferencia entre los dos, a pesar de sus regiones de origen presumiblemente muy separadas. Esto sugiere que ambos se originaron a partir de la nube protosolar original, [28] una conclusión también respaldada por estudios de tamaño granular en cometas de la nube de Oort [29] y por el reciente estudio de impacto del cometa Tempel 1 de la familia de Júpiter . [30]
Se cree que la nube de Oort se desarrolló después de la formación de planetas a partir del disco protoplanetario primordial hace aproximadamente 4.600 millones de años. [4] La hipótesis más aceptada es que los objetos de la nube de Oort inicialmente se fusionaron mucho más cerca del Sol como parte del mismo proceso que formó los planetas y los planetas menores . Después de su formación, fuertes interacciones gravitacionales con jóvenes gigantes gaseosos, como Júpiter, dispersaron los objetos en órbitas elípticas o parabólicas extremadamente amplias que posteriormente fueron modificadas por perturbaciones de estrellas pasajeras y nubes moleculares gigantes en órbitas de larga duración separadas de la región de los gigantes gaseosos. [4] [31]
La NASA ha citado investigaciones recientes que plantean la hipótesis de que una gran cantidad de objetos de la nube de Oort son producto de un intercambio de materiales entre el Sol y sus estrellas hermanas a medida que se formaban y se separaban, y se sugiere que muchos (posiblemente la mayoría) de Oort Los objetos nubosos no se formaron cerca del Sol. [32] Las simulaciones de la evolución de la nube de Oort desde los inicios del Sistema Solar hasta el presente sugieren que la masa de la nube alcanzó su punto máximo alrededor de 800 millones de años después de su formación, a medida que el ritmo de acreción y colisión se desaceleró y el agotamiento comenzó a superar la oferta. [4]
Los modelos de Julio Ángel Fernández sugieren que el disco disperso , que es la principal fuente de cometas periódicas en el Sistema Solar, también podría ser la fuente principal de objetos de la nube de Oort. Según los modelos, aproximadamente la mitad de los objetos dispersos viajan hacia la nube de Oort, mientras que una cuarta parte se desplaza hacia el interior de la órbita de Júpiter y una cuarta parte es expulsada en órbitas hiperbólicas . Es posible que el disco disperso todavía esté suministrando material a la nube de Oort. [33] Es probable que un tercio de la población del disco disperso acabe en la nube de Oort después de 2.500 millones de años. [34]
Los modelos informáticos sugieren que las colisiones de restos de cometas durante el período de formación desempeñan un papel mucho más importante de lo que se pensaba anteriormente. Según estos modelos, el número de colisiones tempranas en la historia del Sistema Solar fue tan grande que la mayoría de los cometas fueron destruidos antes de alcanzar la nube de Oort. Por lo tanto, la masa acumulada actual de la nube de Oort es mucho menor de lo que se sospechaba. [35] La masa estimada de la nube es sólo una pequeña parte de las 50 a 100 masas terrestres de material expulsado. [4]
La interacción gravitacional con estrellas cercanas y mareas galácticas modificaron las órbitas de los cometas para hacerlas más circulares. Esto explica la forma casi esférica de la nube de Oort exterior. [4] En cambio, la nube de Hills , que está más fuertemente unida al Sol, no ha adquirido forma esférica. Estudios recientes han demostrado que la formación de la nube de Oort es ampliamente compatible con la hipótesis de que el Sistema Solar se formó como parte de un cúmulo incrustado de 200 a 400 estrellas. Estas primeras estrellas probablemente desempeñaron un papel en la formación de la nube, ya que el número de pasajes estelares cercanos dentro del cúmulo era mucho mayor que en la actualidad, lo que provocó perturbaciones mucho más frecuentes. [36]
En junio de 2010, Harold F. Levison y otros sugirieron, basándose en simulaciones mejoradas por computadora, que el Sol "capturó cometas de otras estrellas mientras se encontraba en su cúmulo de nacimiento ". Sus resultados implican que "una fracción sustancial de los cometas de la nube de Oort, quizás superando el 90%, provienen de discos protoplanetarios de otras estrellas". [37] [38] En julio de 2020, Amir Siraj y Avi Loeb descubrieron que un origen capturado de la Nube de Oort en el cúmulo de nacimiento del Sol podría abordar la tensión teórica al explicar la proporción observada entre la nube de Oort exterior y los objetos del disco dispersos , y además podría aumentar las posibilidades de capturar el Planeta Nueve . [39] [40] [41]
Se cree que los cometas tienen dos puntos de origen separados en el Sistema Solar. Generalmente se acepta que los cometas de período corto (aquellos con órbitas de hasta 200 años) surgieron del cinturón de Kuiper o del disco disperso, que son dos discos planos unidos de desechos helados más allá de la órbita de Neptuno a 30 UA y que se extienden juntos más allá. A 100 ua del sol. Se cree que los cometas de periodos muy largos, como el C/1999 F1 (Catalina) , cuyas órbitas duran millones de años, se originan directamente en la nube exterior de Oort. [42] Otros cometas modelados para haber venido directamente de la nube exterior de Oort incluyen C/2006 P1 (McNaught) , C/2010 X1 (Elenin) , Cometa ISON , C/2013 A1 (Siding Spring) , C/2017 K2 y C/2017 T2 (PANSTARRS) . Las órbitas dentro del cinturón de Kuiper son relativamente estables, por lo que se cree que muy pocos cometas se originan allí. El disco disperso, sin embargo, es dinámicamente activo y es mucho más probable que sea el lugar de origen de los cometas. [11] Los cometas pasan del disco disperso al reino de los planetas exteriores, convirtiéndose en lo que se conoce como centauros . [43] Estos centauros luego son enviados más hacia adentro para convertirse en cometas de período corto. [44]
Hay dos variedades principales de cometas de período corto: los cometas de la familia Júpiter (aquellos con semiejes mayores de menos de 5 UA) y los cometas de la familia Halley. Los cometas de la familia Halley, llamados así por su prototipo, el cometa Halley , son inusuales porque, aunque son cometas de período corto, se supone que su origen último se encuentra en la nube de Oort, no en el disco disperso. Según sus órbitas, se sugiere que fueron cometas de período largo que fueron capturados por la gravedad de los planetas gigantes y enviados al interior del Sistema Solar. [15] Este proceso también puede haber creado las órbitas actuales de una fracción significativa de los cometas de la familia de Júpiter, aunque se cree que la mayoría de dichos cometas se originaron en el disco disperso. [9]
Oort señaló que el número de cometas que regresaban era mucho menor de lo que predijo su modelo, y este problema, conocido como "desvanecimiento cometario", aún no se ha resuelto. No se conoce ningún proceso dinámico que explique el menor número de cometas observados de lo que estimó Oort. Las hipótesis sobre esta discrepancia incluyen la destrucción de los cometas debido a las mareas, impactos o calentamiento; la pérdida de todos los volátiles , haciendo invisibles a algunos cometas, o la formación de una corteza no volátil en la superficie. [45] Los estudios dinámicos de hipotéticos cometas de la nube de Oort han estimado que su aparición en la región exterior del planeta sería varias veces mayor que en la región interior del planeta. Esta discrepancia puede deberse a la atracción gravitacional de Júpiter , que actúa como una especie de barrera, atrapando a los cometas entrantes y provocando que colisionen con él, tal como ocurrió con el cometa Shoemaker-Levy 9 en 1994. [46] Un ejemplo de Un típico cometa dinámicamente antiguo con origen en la nube de Oort podría ser el C/2018 F4. [47]
La mayoría de los cometas vistos cerca del Sol parecen haber alcanzado sus posiciones actuales debido a la perturbación gravitacional de la nube de Oort por la fuerza de marea ejercida por la Vía Láctea . Así como la fuerza de marea de la Luna deforma los océanos de la Tierra, provocando que las mareas suban y bajen, la marea galáctica también distorsiona las órbitas de los cuerpos en el Sistema Solar exterior . En las regiones cartografiadas del Sistema Solar, estos efectos son insignificantes en comparación con la gravedad del Sol, pero en los confines del sistema, la gravedad del Sol es más débil y el gradiente del campo gravitacional de la Vía Láctea tiene efectos sustanciales. Las fuerzas de marea galácticas estiran la nube a lo largo de un eje dirigido hacia el centro galáctico y la comprimen a lo largo de los otros dos ejes; Estas pequeñas perturbaciones pueden cambiar las órbitas de la nube de Oort para acercar objetos al Sol. [48] El punto en el que la gravedad del Sol cede su influencia a la marea galáctica se llama radio de truncamiento de marea. Se encuentra en un radio de 100.000 a 200.000 UA y marca el límite exterior de la nube de Oort. [11]
Algunos estudiosos teorizan que la marea galáctica puede haber contribuido a la formación de la nube de Oort al aumentar el perihelio (distancias más pequeñas al Sol) de planetesimales con grandes afelios (distancias más grandes al Sol). [49] Los efectos de la marea galáctica son bastante complejos y dependen en gran medida del comportamiento de los objetos individuales dentro de un sistema planetario. Sin embargo, en conjunto, el efecto puede ser bastante significativo: hasta el 90% de todos los cometas que se originan en la nube de Oort pueden ser el resultado de la marea galáctica. [50] Los modelos estadísticos de las órbitas observadas de los cometas de período largo sostienen que la marea galáctica es el principal medio por el cual sus órbitas se perturban hacia el interior del Sistema Solar. [51]
Además de la marea galáctica , se cree que el principal desencadenante del envío de cometas al interior del Sistema Solar es la interacción entre la nube de Oort del Sol y los campos gravitacionales de las estrellas cercanas [4] o nubes moleculares gigantes . [46] La órbita del Sol a través del plano de la Vía Láctea a veces lo acerca relativamente cerca de otros sistemas estelares . Por ejemplo, se plantea la hipótesis de que hace 70 mil años, quizás la estrella de Scholz atravesó la nube exterior de Oort (aunque su baja masa y su alta velocidad relativa limitaron su efecto). [52] Durante los próximos 10 millones de años, la estrella conocida con mayor posibilidad de perturbar la nube de Oort es Gliese 710 . [53] Este proceso también podría dispersar los objetos de la nube de Oort fuera del plano de la eclíptica, lo que potencialmente también explicaría su distribución esférica. [53] [54]
En 1984, el físico Richard A. Muller postuló que el Sol tiene una compañera aún no detectada, ya sea una enana marrón o una enana roja , en una órbita elíptica dentro de la nube de Oort. Se planteó la hipótesis de que este objeto, conocido como Némesis , atravesaría una porción de la nube de Oort aproximadamente cada 26 millones de años, bombardeando el Sistema Solar interior con cometas. Sin embargo, hasta la fecha no se ha encontrado evidencia de Némesis, y muchas líneas de evidencia (como el recuento de cráteres ) han puesto en duda su existencia. [55] [56] Los análisis científicos recientes ya no respaldan la idea de que las extinciones en la Tierra ocurren a intervalos regulares y repetitivos. [57] Por lo tanto, la hipótesis de Némesis ya no es necesaria para explicar los supuestos actuales. [57]
Una hipótesis algo similar fue propuesta por el astrónomo John J. Matese de la Universidad de Luisiana en Lafayette en 2002. Sostiene que están llegando al Sistema Solar interior más cometas desde una región particular de la supuesta nube de Oort de los que pueden explicarse por la galaxia. mareas o perturbaciones estelares únicamente, y que la causa más probable sería un objeto con la masa de Júpiter en una órbita distante. [58] Este hipotético gigante gaseoso fue apodado Tyche . La misión WISE , un estudio de todo el cielo que utiliza mediciones de paralaje para aclarar las distancias locales de las estrellas, fue capaz de probar o refutar la hipótesis de Tyche. [57] En 2014, la NASA anunció que el estudio WISE había descartado cualquier objeto tal como lo habían definido. [59]
Las sondas espaciales aún no han llegado a la zona de la nube de Oort. La Voyager 1 , la más rápida [60] y más lejana [61] [62] de las sondas espaciales interplanetarias que actualmente abandonan el Sistema Solar, alcanzará la nube de Oort en unos 300 años [6] [63] y tardaría unos 30.000 años en pasar a traves de. [64] [65] Sin embargo, alrededor de 2025, los generadores termoeléctricos de radioisótopos de la Voyager 1 ya no suministrarán suficiente energía para operar ninguno de sus instrumentos científicos, lo que impedirá cualquier exploración adicional por parte de la Voyager 1. Las otras cuatro sondas que actualmente escapan del Sistema Solar han Ya han dejado de funcionar o se prevé que dejen de funcionar antes de llegar a la nube de Oort.
En la década de 1980, existía el concepto de una sonda que podría alcanzar las 1.000 UA en 50 años, llamada TAU ; entre sus misiones estaría buscar la nube de Oort. [66]
En el Anuncio de Oportunidad para el programa Discovery de 2014, se propuso un observatorio para detectar los objetos en la nube de Oort (y el cinturón de Kuiper), llamado "Misión Whipple" . [67] Monitorearía estrellas distantes con un fotómetro, buscando tránsitos hasta a 10.000 AU de distancia. [67] El observatorio fue propuesto para halo orbitando alrededor de L2 con una misión sugerida de 5 años. [67] También se sugirió que el observatorio Kepler podría haber sido capaz de detectar objetos en la nube de Oort. [68]
La Voyager 1 escapa del sistema solar a 17 kilómetros por segundo.
