El cinturón de Kuiper ( /ˈkaɪpər / KY - pər ) [ 1 ] es un disco circunestelar en el Sistema Solar exterior , que se extiende desde la órbita de Neptuno a 30 unidades astronómicas (UA) hasta aproximadamente 50 UA 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 cuerpos pequeños 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 "hielos"), 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 recibe su nombre en honor al 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 mi) de diámetro. [17] Inicialmente se pensó que el cinturón de Kuiper era el principal depósito de cometas periódicos , aquellos con órbitas que duran menos de 200 años. Los estudios 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 del disco disperso como Eris tienen órbitas extremadamente excéntricas que los llevan hasta 100 UA del Sol. [a]
El cinturón de Kuiper es distinto de la hipotética nube de Oort , que se cree que está mil veces más distante y es mayoritariamente esférica. Los objetos dentro del cinturón de Kuiper, junto con los miembros del disco disperso y cualquier posible nube de Hills o de Oort, se denominan colectivamente objetos transneptunianos (TNO). [21] Plutón es el miembro más grande y más masivo del cinturón de Kuiper y el TNO más grande y el segundo más masivo conocido, superado solo por Eris en el disco disperso. [a] Originalmente considerado un planeta, el estado de Plutón como parte del cinturón de Kuiper hizo que fuera reclasificado como planeta enano en 2006. Es similar en composición 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 un marcador de la extensión del Sistema Solar, siendo las alternativas la heliopausa y la distancia a la que la influencia gravitatoria del Sol coincide con la de otras estrellas (que se estima que está entre50 000 UA y125 000 UA ). [22]
Tras el descubrimiento de Plutón en 1930, muchos especularon que podría no estar solo. Durante décadas se planteó la hipótesis de que la región que ahora se denomina cinturón de Kuiper se encontraba en diversas formas. Recién en 1992 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 haya salido a la luz el primero de una serie de cuerpos ultraneptunianos, cuyos miembros restantes aún esperan ser descubiertos pero que están destinados a ser detectados en algún momento". [24] Ese mismo año, el astrónomo Armin O. Leuschner sugirió que Plutón "puede ser uno de los muchos objetos planetarios de largo período que aún no se han descubierto". [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 como para condensarse en planetas, y por lo tanto se condensó en una miríada de cuerpos más pequeños. A partir de esto, concluyó que "la región exterior del sistema solar, más allá de las órbitas de los planetas, está ocupada por una gran cantidad de cuerpos comparativamente pequeños" [26] : xii y que, de vez en cuando, uno de ellos "se aleja 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 formación de un disco similar en las primeras etapas de la evolución del Sistema Solar y concluyó que el disco estaba formado por "restos de agrupaciones originales que han perdido muchos miembros que se convirtieron en asteroides errantes, de forma muy similar a lo que ha ocurrido con las agrupaciones galácticas abiertas que se disuelven en estrellas". [10] En otro artículo, basado en una conferencia que Kuiper dio en 1950, también llamada El origen del sistema solar , Kuiper escribió sobre la "región más externa de la nebulosa solar, de 38 a 50 unidades astr. (es decir, justo fuera del proto-Neptuno)" donde "debieron formarse productos de condensación (hielos de H20, NH3, CH4, etc.), y los copos debieron haberse acumulado lentamente y formado agregados más grandes, cuyo tamaño se estima en 1 km o más". Kuiper continuó escribiendo que "estas condensaciones parecen ser las responsables de los cometas, en cuanto a 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 sobre la suposición, común en su época, de que Plutón tenía el tamaño de la Tierra y, por lo tanto, había dispersado estos cuerpos hacia la nube de Oort o fuera del sistema solar; no habría un cinturón de Kuiper hoy en día si esto fuera correcto. [28]
La hipótesis adoptó muchas otras formas en las décadas siguientes. En 1962, el físico Al GW Cameron postuló la existencia de "una enorme masa de material pequeño en las afueras del sistema solar". [26] : 14 En 1964, Fred Whipple , que 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 del Planeta X , o, al menos, lo suficientemente masivo como para afectar las órbitas de los cometas conocidos. [29] La observación descartó esta hipótesis. [26] : 14
En 1977, Charles Kowal descubrió 2060 Chiron , un planetoide helado con una órbita entre Saturno y Urano. Utilizó 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 Chiron en 1977, los astrónomos han especulado que los centauros, por lo tanto, deben ser repuestos con frecuencia por algún reservorio externo. [26] : 38
Más tarde, el estudio de los cometas dio lugar a nuevas pruebas de la existencia del cinturón de Kuiper. Desde hace tiempo se sabe 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, dispersándolos gradualmente. Para que los cometas sigan siendo visibles a lo largo de la vida del Sistema Solar, deben reponerse con frecuencia. [33] Una propuesta para dicha zona de reposición es la nube de Oort , posiblemente un enjambre esférico de cometas que se extiende más allá de las 50.000 UA del Sol, hipótesis planteada por primera vez por el astrónomo holandés Jan Oort en 1950. [34] Se cree que la nube de Oort es el punto de origen de los cometas de período largo , que son aquellos, como el Hale–Bopp , con órbitas que duran miles de años. [23] : 105
.jpg/1280px-Julio_A._Fernandez_(recortado).jpg)
Existe otra población de cometas, conocida como cometas de período corto o periódicos , que consiste en aquellos cometas que, como el cometa Halley , tienen períodos orbitales de menos de 200 años. En la década de 1970, la velocidad a la que se estaban descubriendo cometas de período corto se estaba volviendo cada vez más inconsistente con el hecho de que habían 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 se enviara al Sistema Solar interior desde la nube de Oort, 600 tendrían que ser expulsados al espacio interestelar . Especuló que se requeriría un cinturón de cometas de entre 35 y 50 UA para explicar el número observado de cometas. [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. Encontraron que la nube de Oort no podía explicar todos los cometas de período corto, en particular porque los cometas de período corto se agrupan 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, agregado 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 oración inicial del artículo de Fernández, Tremaine nombró a esta región hipotética "cinturón de Kuiper". [26] : 191
.jpg/1280px-Mauna_Kea_Summit_2021-06-16_33_(cropped).jpg)
En 1987, el astrónomo David Jewitt , entonces en el MIT , estaba cada vez más desconcertado por "el aparente vacío del Sistema Solar exterior". [16] Animó a la entonces estudiante de posgrado Jane Luu a que lo ayudara en su esfuerzo por localizar otro objeto más allá de la órbita de Plutón , porque, como le dijo, "si no lo hacemos, 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 la misma manera que Clyde Tombaugh y Charles Kowal, con un comparador de parpadeo . [26] : 50 Inicialmente, el examen de cada par de placas tomaba alrededor de ocho horas, [26] : 51 pero el proceso se aceleró con la llegada de los dispositivos electrónicos acoplados a carga o CCD, que, aunque su campo de visión era más estrecho, no solo eran más eficientes en la recolección de luz (retenían el 90% de la luz que los golpeaba, en lugar del 10% logrado por las fotografías) sino que permitían que el proceso de parpadeo se hiciera virtualmente, en una pantalla de computadora. Hoy, los CCD forman 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 Hawái . Luu más tarde se unió a él para trabajar en el telescopio de 2,24 m de la Universidad de Hawái en Mauna Kea . [26] : 57, 62 Finalmente, el campo de visión de los CCD había aumentado a 1024 por 1024 píxeles, lo que permitió que las búsquedas se realizaran 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 más tarde sería llamado 15760 Albion. Seis meses después, descubrieron un segundo objeto en la región, (181708) 1993 FW . [38] Para 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), mostrando un vasto cinturón de cuerpos además de Plutón y Albion. [40] Incluso en la década de 2010, la extensión y la naturaleza totales de los cuerpos del cinturón de Kuiper eran en gran parte desconocidas. [40] Finalmente, la nave espacial no tripulada New Horizons realizó los primeros sobrevuelos del KBO, proporcionando observaciones mucho más cercanas del sistema plutoniano (2015) y luego de Arrokoth (2019). [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 estos se derivan de una población vinculada llamada disco disperso . El disco disperso se creó cuando Neptuno migró hacia el cinturón proto-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 dicho), 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, ahora se considera que el disco disperso es el punto de origen más probable de los cometas periódicos. [18]
Los astrónomos a veces usan el nombre alternativo cinturón Edgeworth-Kuiper para dar crédito a Edgeworth, y los KBO a veces se denominan EKO. Brian G. Marsden afirma que ninguno merece el verdadero crédito: "Ni Edgeworth ni Kuiper escribieron sobre nada remotamente parecido a lo que estamos viendo ahora, pero Fred Whipple sí lo hizo". [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 los llama "kuiperoides", un nombre sugerido por Clyde Tombaugh . [42] Varios grupos científicos recomiendan el término " objeto transneptuniano " (TNO) para los objetos del 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 Sol más allá de la órbita de Neptuno , no solo aquellos en el cinturón de Kuiper. [43]
En su máxima extensión (pero excluyendo el disco disperso), incluidas sus regiones periféricas, el cinturón de Kuiper se extiende desde aproximadamente 30 a 55 UA. Se acepta generalmente que el cuerpo principal del cinturón se extiende desde la resonancia de movimiento medio 2:3 (ver más abajo) a 39,5 UA hasta la resonancia 1:2 a aproximadamente 48 UA. [44] El cinturón de Kuiper es bastante grueso, con la concentración principal extendiéndose hasta diez grados fuera del plano eclíptico y una distribución más difusa de objetos que se extiende varias veces más lejos. En general, se parece más a un toro o a una rosquilla que a un cinturón. [45] Su posición media está inclinada con respecto a la eclíptica en 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 ciertas regiones y los envía al Sistema Solar interior o al disco disperso o al espacio interestelar. Esto hace que el cinturón de Kuiper tenga brechas pronunciadas en su disposición actual, similares a las brechas 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 objeto 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 UA, las interacciones gravitacionales con Neptuno ocurren a lo largo de una escala de tiempo extendida, y los objetos pueden existir con sus órbitas esencialmente inalteradas. Esta región se conoce como el 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 UAI exigen que los KBO clásicos reciban nombres de seres mitológicos asociados con la creación. [52]
El cinturón de Kuiper clásico parece estar compuesto de dos poblaciones separadas. La primera, conocida como la 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 unos 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 a 44-44,5 UA. [53] La segunda, la población "dinámicamente caliente", tiene órbitas mucho más inclinadas respecto de la eclíptica, hasta 30°. Las dos poblaciones han sido denominadas así no por ninguna diferencia importante en temperatura, sino por analogía con las partículas de un gas, que aumentan su velocidad relativa a medida que se calientan. [54] No sólo las dos poblaciones están en diferentes órbitas, la población fría también difiere en color y albedo , siendo más roja y brillante, tiene una fracción mayor de objetos binarios, [55] tiene una distribución de tamaño diferente, [56] y carece de objetos muy grandes. [57] La masa de la población dinámicamente fría es aproximadamente 30 veces menor que la masa de la caliente. [56] La diferencia en 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 que 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 ser capaz de 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 alineaciones relativas son apropiadas. Si, por ejemplo, un objeto orbita el Sol dos veces por cada tres órbitas de Neptuno, y si alcanza el perihelio con Neptuno a un cuarto de órbita de él, entonces cuando regrese al perihelio, Neptuno siempre estará aproximadamente en la misma posición relativa en la que comenzó, porque habrá completado 1+1 ⁄ 2 órbitas en el mismo tiempo. Esto se conoce como resonancia 2:3 (o 3:2), y corresponde a un semieje mayor característico de aproximadamente 39,4 UA. Esta resonancia 2:3 está poblada por unos 200 objetos conocidos, [61] incluido Plutón junto con sus lunas . En reconocimiento de esto, los miembros de esta familia se conocen como plutinos . Muchos plutinos, incluido Plutón, tienen órbitas que cruzan la de Neptuno, aunque su resonancia significa que nunca pueden colisionar. 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 el Neptuno migratorio. [62] Las pautas de la UAI dictan que todos los plutinos deben, como Plutón, llevar el nombre de deidades del inframundo. [52] La resonancia 1:2 (cuyos objetos completan la mitad de una órbita para cada uno de Neptuno) corresponde a semiejes mayores de ~47,7 UA, y está escasamente poblada. [63] Sus residentes a veces se denominan twotinos . También existen otras resonancias en 3:4, 3:5, 4:7 y 2:5. [26] : 104 Neptuno tiene varios objetos troyanos , que ocupan sus puntos lagrangianos , regiones gravitacionalmente estables que lo preceden y lo siguen en su órbita. Los troyanos de Neptuno están en una resonancia de movimiento medio 1:1 con Neptuno 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 puedan explicarse por las resonancias actuales. La hipótesis actualmente aceptada para la causa de esto es que, a medida que Neptuno emigraba hacia afuera, las resonancias orbitales inestables se desplazaban gradualmente a través de esta región y, por lo tanto, todos los objetos que se encontraban en ella eran arrastrados o expulsados gravitacionalmente de ella. [26] : 107
La resonancia 1:2 a 47,8 UA parece ser un borde más allá del cual se conocen pocos objetos. No está claro si es en realidad el borde exterior del cinturón clásico o simplemente el comienzo de una amplia brecha. Se han detectado objetos en la resonancia 2:5 a aproximadamente 55 UA, bastante fuera del cinturón clásico; las predicciones de una gran cantidad de cuerpos en órbitas clásicas entre estas resonancias no se han verificado mediante la observación. [62]
Basándose en estimaciones de la masa primordial requerida para formar Urano y Neptuno, así como cuerpos tan grandes como Plutón (véase § Distribución de masa y tamaño) , los modelos anteriores del cinturón de Kuiper habían sugerido que el número de objetos grandes aumentaría en un factor de dos más allá de 50 UA, [64] por lo que esta caída drástica repentina, conocida como el acantilado de Kuiper , fue inesperada, y hasta la fecha su causa es desconocida. Bernstein, Trilling, et al. (2003) encontraron evidencia de que la rápida disminución de objetos de 100 km o más de radio más allá de 50 UA es real, y no se debe a un sesgo observacional . Las posibles explicaciones incluyen que el material a esa distancia era demasiado escaso o demasiado disperso para acumularse en objetos grandes, o que los procesos posteriores eliminaron o destruyeron los que lo hicieron. [65] Patryk Lykawka de la Universidad de Kobe afirmó que la atracción gravitatoria de un objeto planetario grande invisible , tal vez del tamaño de la Tierra o Marte , podría ser responsable. [66] [67] Un análisis de los datos 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 un espacio a aproximadamente 72 UA, lejos de cualquier resonancia de movimiento medio con Neptuno; el cinturón de asteroides principal exterior exhibe un espacio inducido por la resonancia de movimiento medio 5:6 con Júpiter a 5,875 UA. [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 estudio de campo amplio como Pan-STARRS y el futuro LSST , que deberían revelar muchos KBO actualmente desconocidos. [3] Estos estudios proporcionarán datos que ayudarán a determinar las respuestas a estas preguntas. Pan-STARRS 1 terminó su misión científica principal en 2014, y los datos completos de los estudios 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 lograron fusionarse completamente para formar planetas y, en su lugar, se formaron en cuerpos más pequeños, el más grande de los cuales tenía menos de 3000 kilómetros (1900 millas) de diámetro. Los estudios de los recuentos de cráteres en Plutón y Caronte revelaron una escasez de cráteres pequeños, lo que sugiere que dichos objetos se formaron directamente como objetos considerables en el rango de decenas de kilómetros de diámetro en lugar de ser acretados a partir de cuerpos mucho más pequeños, de escala kilométrica. [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 en flujo . [74] Estas nubes que colapsan pueden fragmentarse, formando 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 ese rango para producir objetos de tan alta masa. En cambio, se estima que estos planetas se formaron más cerca de Júpiter. La dispersión de planetesimales al principio de la historia del Sistema Solar habría llevado a 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 cambiaron hasta el punto en que Júpiter y Saturno alcanzaron una resonancia exacta de 1:2; Júpiter orbitó el Sol dos veces por cada órbita de Saturno. Las repercusiones gravitacionales de tal resonancia finalmente desestabilizaron las órbitas de Urano y Neptuno, lo que provocó que se dispersaran hacia afuera en órbitas de alta excentricidad que cruzaron el disco planetesimal primordial. [60] [76] [77]
Aunque la órbita de Neptuno era muy excéntrica, sus resonancias de movimiento medio se superponían y las órbitas de los planetesimales evolucionaban caóticamente, lo que permitió que los planetesimales vagaran hacia afuera 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 disminuyera, la órbita de Neptuno se expandió hacia afuera hasta su posición actual. Muchos planetesimales fueron capturados y permanecieron 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 adentro, 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 hacia afuera por Júpiter y en la mayoría de los casos expulsado del Sistema Solar, lo que redujo la población primordial del cinturón de Kuiper en un 99% o más. [60]
La versión original del modelo más popular actualmente, el " modelo Nice ", reproduce muchas características del cinturón de Kuiper, como las poblaciones "frías" y "calientes", 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 clásicas del KBO de lo que se observa (0,10-0,13 frente a 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 los encuentros con Neptuno, [79] lo que lleva 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. Aproximadamente 400 millones de años después de la formación del Sistema Solar, la cadena de resonancia se rompe. En lugar de dispersarse en el disco, los gigantes de hielo primero migran hacia afuera varias UA. [81] Esta migración divergente finalmente 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 adentro en una órbita que cruza 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 con pequeñas fracciones restantes en varias ubicaciones. [81]
Al igual que 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 que forman el cinturón clásico dinámicamente caliente. La distribución de la inclinación del cinturón caliente se puede reproducir si Neptuno migrara de 24 UA a 30 UA 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 hacia la resonancia de movimiento medio 1:2 con Neptuno quedan atrás como una concentración local a 44 UA 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" débilmente unidos que se originan a una ubicación más cercana que la 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 fases posteriores de la migración de Neptuno, un barrido lento de las resonancias de movimiento medio elimina los objetos de mayor excentricidad del cinturón frío, truncando su distribución de excentricidad. [86]
Al estar alejados del Sol y 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 primitivo. [87] Debido a su pequeño tamaño y a su extrema distancia de la Tierra, la composición química de los KBO es muy difícil de determinar. El método principal por el que los astrónomos determinan la composición de un objeto celeste es la espectroscopia . Cuando la luz de un objeto se descompone en sus colores componentes, 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 desenreda el espectro de un objeto específico, aparecen líneas oscuras (llamadas líneas de absorción ) donde las sustancias dentro de él han absorbido esa longitud de onda de luz particular. Cada elemento o compuesto tiene su propia firma espectroscópica única y, al leer la "huella" espectral completa de un objeto, los astrónomos pueden determinar su composición.
Los análisis indican que los objetos del cinturón de Kuiper están compuestos de una mezcla de roca y una variedad de hielos como agua, metano y amoníaco . La temperatura del cinturón es de solo unos 50 K , [88] por lo que muchos compuestos que serían gaseosos más cerca del Sol permanecen sólidos. Las densidades y las fracciones de roca-hielo se conocen solo para un pequeño número de objetos para los que se han determinado los diámetros y las masas. El diámetro se puede determinar mediante imágenes con un telescopio de alta resolución como el Telescopio Espacial Hubble , por el momento de una ocultación cuando un objeto pasa frente a una estrella o, lo más común, utilizando el albedo de un objeto calculado a partir de sus emisiones infrarrojas. Las masas se determinan utilizando los semiejes mayores y los períodos de los satélites, que, por lo tanto, solo se conocen para unos pocos objetos binarios. Las densidades varían de menos de 0,4 a 2,6 g/cm 3 . Se cree que los objetos menos densos están compuestos en gran parte de hielo y tienen una porosidad significativa. Los objetos más densos probablemente estén compuestos de roca con una fina capa de hielo. Existe una tendencia a densidades bajas para los objetos pequeños y densidades altas para los objetos más grandes. Una posible explicación de esta tendencia es que el hielo se perdió de las capas superficiales cuando los objetos diferenciados colisionaron para formar los objetos más grandes. [87]
Inicialmente, el análisis detallado de los KBO era imposible, por lo que los astrónomos solo pudieron determinar los hechos más básicos sobre su composición, principalmente su color. [90] Estos primeros datos mostraron una amplia gama de colores entre los KBO, que iban desde el gris neutro hasta el rojo intenso. [91] Esto sugería que sus superficies estaban compuestas por una amplia gama de compuestos, desde hielos sucios hasta hidrocarburos . [91] Esta diversidad fue sorprendente, ya que los astrónomos esperaban que los KBO fueran uniformemente oscuros, habiendo perdido la mayoría de los hielos volátiles de sus superficies por los efectos de los rayos cósmicos . [26] : 118 Se sugirieron varias soluciones para esta discrepancia, incluida la renovación de la superficie por 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 en el 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, ha habido una serie de éxitos en la determinación de su composición. [88] En 1996, Robert H. Brown et al. adquirieron datos espectroscópicos sobre el KBO 1993 SC, que revelaron que su composición superficial es marcadamente similar a la de Plutón , así como a la luna de Neptuno Tritón , con grandes cantidades de hielo de metano. [93] Para los objetos más pequeños, solo 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 plantea la hipótesis de 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, y las superficies de los que se formaron lo suficientemente lejos del Sol como para retener H 2 S se enrojecen 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 ocasionalmente hervir sus superficies y luego caer nuevamente como nieve, mientras que los compuestos con puntos de ebullición más altos permanecerían sólidos. Las abundancias relativas de estos tres compuestos en los KBO más grandes están directamente relacionadas con su gravedad superficial y temperatura ambiente, 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 reducción del punto de fusión debido a la presencia de amoníaco. [87]
A pesar de su gran 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 más pequeña, con solo el 0,03% de la masa de la Tierra. [56] [97] Si bien se piensa 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 piensa que la población dinámicamente fría se formó 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 de la Tierra en función de 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 acreción de KBO mayores de 100 km (62 mi) de diámetro. [3] Si el cinturón de Kuiper clásico frío siempre hubiera tenido su baja densidad actual, estos grandes objetos simplemente no podrían haberse formado por la colisión y fusión de planetesimales más pequeños. [3] Además, la excentricidad e inclinación de las órbitas actuales hacen que los encuentros sean bastante "violentos", lo que resulta en destrucción en lugar de acreción. Se piensa que la eliminación de una gran fracción de la masa de la población dinámicamente fría es poco probable. La influencia actual de Neptuno es demasiado débil para explicar un "vacío" tan masivo, y la extensión de la pérdida de masa por trituración por colisión está limitada por la presencia de sistemas binarios débilmente ligados en el disco frío, que probablemente se interrumpan en las colisiones. [99] En lugar de formarse a partir de las colisiones de planetesimales más pequeños, el objeto más grande podría 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 denomina 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 magnitud aparente arrojaron un valor de q = 4 ± 0,5, [65] lo que implica que hay 8 (=2 3 ) veces más objetos en el rango de 100 a 200 km que en el rango de 200 a 400 km.
Investigaciones recientes han revelado que las distribuciones de tamaño de los objetos clásicos calientes y fríos tienen diferentes pendientes. La pendiente para 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 para 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 dispersos , los plutinos y los troyanos de Neptuno tienen pendientes similares a las de otras poblaciones dinámicamente calientes, pero en cambio pueden tener una hendidura, una disminución pronunciada en el número de objetos por debajo de un tamaño específico. Se plantea la hipótesis de que esta hendidura se debe a la evolución por 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 solo se han detectado mediante ocultaciones estelares , ya que son demasiado tenues ( 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, quienes anunciaron el descubrimiento de un pequeño objeto del cinturón de Kuiper con un radio de sub-kilómetro en la fotometría de archivo del Hubble de marzo de 2007. Con un radio estimado de520 ± 60 m o un diámetro de1040 ± 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. realizaron un análisis más exhaustivo de la fotometría de archivo del Hubble e informaron otro evento de ocultación por un objeto del cinturón de Kuiper de tamaño sub-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. determinaron que la pendiente de la distribución del tamaño de los objetos del cinturón de Kuiper es 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 subkilómetro 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 Estudiantil Venetia Burney de New Horizons de la NASA mostraron "flujos de polvo superiores a los predichos por el modelo" hasta 55 au, lo que no se explica con 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 del disco disperso (SDO) tienen órbitas muy elípticas, a menudo también muy inclinadas hacia 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 (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 fuerzan hacia el Sistema Solar interior, primero convirtiéndose 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 estado más allá del cinturón de Kuiper (por ejemplo, en la región del disco disperso). A menudo describen los objetos del disco disperso como "objetos dispersos del cinturón de Kuiper". [108] A Eris , que se sabe que es más masivo que Plutón, a menudo se lo denomina KBO, pero técnicamente es un SDO. [107] Aún no se ha alcanzado un consenso entre los astrónomos en cuanto a la definición precisa del cinturón de Kuiper, y esta cuestión sigue sin resolverse.
También se piensa que los centauros, que normalmente no se consideran parte del cinturón de Kuiper, son objetos dispersos, con la única diferencia de que se dispersaron hacia adentro, en lugar de hacia afuera. El Minor Planet Center agrupa a los centauros y a los SDO como objetos dispersos. [107]
.jpg/1280px-Triton_moon_mosaic_Voyager_2_(large).jpg)
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 progenitores, 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 frenar el objeto lo suficiente como para que sea atrapado por la gravedad del objeto más grande. Una posible explicación es que Tritón era parte de un sistema binario cuando se encontró con Neptuno. (Muchos KBO son miembros de sistemas binarios. Véase más abajo). La expulsión del otro miembro del sistema binario por Neptuno podría explicar entonces 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 parte por materiales similares, como metano y monóxido de carbono . Todo esto apunta a la conclusión de que Tritón fue alguna vez un KBO que fue capturado por Neptuno durante su migración hacia el exterior . [110]
Desde el año 2000 se han descubierto varios objetos del sistema de las galaxias con diámetros de entre 500 y 1.500 km (932 mi), más de la mitad del diámetro de Plutón (2.370 km). Quaoar , un objeto del sistema de las galaxias 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 más grandes. Otros objetos, como 28978 Ixion (descubierto en 2001) y 20000 Varuna (descubierto en 2000), miden aproximadamente entre 600 y 700 km (373 y 435 mi) de diámetro. [3]
El descubrimiento de estos grandes KBO en órbitas similares a la 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 fue considerado un planeta antes del descubrimiento de sus compañeros asteroides , algunos comenzaron a sugerir que Plutón también podría ser reclasificado.
El problema 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 (UAI) se vio obligada a definir qué es un planeta por primera vez, y al hacerlo incluyó en su definición que un planeta debe haber " despejado 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, se reclasificó de planeta a planeta enano , lo que lo convirtió 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 cuerpos, 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 un mecanismo de formación diferente fue responsable. [116] También hay un gran número de sistemas binarios (dos objetos lo suficientemente cercanos en masa como para estar orbitando "uno alrededor del otro") en el cinturón de Kuiper. El ejemplo más notable es el sistema binario Plutón-Caronte, pero se estima que alrededor del 11% de los KBO existen en sistemas binarios. [117]
El 19 de enero de 2006 se lanzó la primera nave espacial para explorar el cinturón de Kuiper, New Horizons , que sobrevoló 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 el 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 pequeños para ser vistos por telescopios terrestres, a distancias del Sol de 43 a 44 UA, lo que pondría 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 "frío" (baja inclinación , baja excentricidad ) cinturón de Kuiper clásico , y por lo tanto muy diferentes de Plutón. PT1 (que recibió la designación temporal "1110113Y" en el sitio web del HST [123] ), el objeto ubicado de manera más favorable, tenía una magnitud de 26,8, un diámetro de 30 a 45 km y se encontró en enero de 2019. [124] Una vez que se proporcionó suficiente información orbital, el Minor Planet Center otorgó 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 por observaciones de seguimiento. PT2 quedó fuera de la 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 posteriormente llamado 486958 Arrokoth ). El ajuste del rumbo se realizó a fines 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 mi) de distancia. [129]
El 1 de enero de 2019, la sonda New Horizons sobrevoló con éxito Arrokoth y envió datos que mostraban que Arrokoth era un sistema binario de contacto de 32 km de largo por 16 km de ancho. [130] El instrumento Ralph a bordo de la sonda New Horizons confirmó el color rojo de Arrokoth. Los datos del sobrevuelo se seguirán descargando durante los próximos 20 meses.
No se han planeado 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 estado como el cuerpo principal de una familia de colisiones que incluye varios otros TNO, así como el anillo de Haumea y dos lunas. El autor principal, Joel Poncy, ha abogado por una nueva tecnología que permitiría a las naves espaciales alcanzar y orbitar 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 del KBO, [135] impulsando así la exploración del cinturón de Kuiper y al mismo tiempo visitando estos planetas gigantes de hielo por primera vez desde los sobrevuelos de la Voyager 2 en los años 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 en el Laboratorio de Física Aplicada 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 pertenecer a dos categorías: cinturones anchos, con radios de más de 50 UA, y cinturones estrechos (probablemente como el del Sistema Solar) con radios de entre 20 y 30 UA 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 infrarrojo 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, son lo suficientemente antiguas (aproximadamente 300 millones de años) como 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 observan alrededor de las estrellas más jóvenes. [142]
