En astronomía , un objeto transneptuniano resonante es un objeto transneptuniano (TNO) en resonancia orbital de movimiento medio con Neptuno . Los períodos orbitales de los objetos resonantes están en relaciones enteras simples con el período de Neptuno, por ejemplo, 1:2, 2:3, etc. Los TNO resonantes pueden ser parte de la población principal del cinturón de Kuiper o de la población de discos dispersos más distantes. . [1]
El diagrama ilustra la distribución de los objetos transneptunianos conocidos. Los objetos resonantes se representan en rojo. Las resonancias orbitales con Neptuno están marcadas con barras verticales: 1:1 marca la posición de la órbita de Neptuno y sus troyanos ; 2:3 marca la órbita de Plutón y los plutinos ; y 1:2, 2:5, etc. marcan un número de familias más pequeñas. La designación 2:3 o 3:2 se refiere a la misma resonancia para los TNO. No hay ambigüedad, porque los TNO tienen, por definición, períodos más largos que los de Neptuno. El uso depende del autor y del campo de investigación.
Estudios analíticos y numéricos detallados de las resonancias de Neptuno han demostrado que los objetos deben tener un rango de energías relativamente preciso. [2] [3] Si el semieje mayor del objeto está fuera de estos rangos estrechos, la órbita se vuelve caótica, con elementos orbitales ampliamente cambiantes. Cuando se descubrieron los TNO, se descubrió que más del 10% tenían resonancias 2:3, lejos de tener una distribución aleatoria. Ahora se cree que los objetos fueron recolectados desde distancias mayores mediante amplias resonancias durante la migración de Neptuno. [4] Mucho antes del descubrimiento del primer TNO, se sugirió que la interacción entre planetas gigantes y un disco masivo de pequeñas partículas haría, a través de la transferencia de momento angular , que Júpiter migrara hacia adentro y que Saturno, Urano y especialmente Neptuno migraran hacia afuera. . Durante este período de tiempo relativamente corto, las resonancias de Neptuno estarían barriendo el espacio, atrapando objetos en órbitas heliocéntricas inicialmente variables en resonancia. [5]
Se han descubierto algunos objetos que siguen órbitas con semiejes mayores similares a los de Neptuno, cerca del Sol ( puntos lagrangianos de Neptuno ). Estos troyanos de Neptuno , denominados por analogía con los asteroides troyanos (Júpiter) , están en resonancia 1:1 con Neptuno. Se conocen 28 en febrero de 2020. [6] [7] Solo 5 objetos están cerca del punto Lagrangiano L 5 de Neptuno , y la identificación de uno de ellos es insegura; los demás están ubicados en la región L 4 de Neptuno . [8] [7] Además, (316179) 2010 EN 65 es el llamado "troyano saltador", que actualmente pasa de librarse alrededor de L 4 a librarse alrededor de L 5 , a través de la región L 3 . [9]
La resonancia 2:3 a 39,4 AU es, con diferencia, la categoría dominante entre los objetos resonantes. En febrero de 2020, incluye 383 organismos confirmados y 99 posibles miembros (como (175113) 2004 PF 115 ). [6] De estos 383 plutinos confirmados, 338 tienen sus órbitas aseguradas en simulaciones realizadas por el Deep Ecliptic Survey . [7] Los objetos que siguen órbitas en esta resonancia se denominan plutinos en honor a Plutón , el primer cuerpo de este tipo descubierto. Los plutinos grandes y numerados incluyen:
En febrero de 2020, se confirma que 47 objetos están en una resonancia orbital de 3:5 con Neptuno a 42,5 AU. Entre los objetos numerados se encuentran: [7] [6]
Otra población de objetos orbita alrededor del Sol a 43,7 AU (en medio de los objetos clásicos ). Los objetos son bastante pequeños (con dos excepciones, H >6) y la mayoría siguen órbitas cercanas a la eclíptica . [7] Hasta febrero de 2020 [update], el Deep Ecliptic Survey ha asegurado sus órbitas de 55 objetos con resonancia 4:7. [6] [7] Los objetos con órbitas bien establecidas incluyen: [7]
Esta resonancia a 47,8 AU a menudo se considera el borde exterior del cinturón de Kuiper , y los objetos en esta resonancia a veces se denominan twotinos . Los Twotinos tienen inclinaciones inferiores a 15 grados y excentricidades generalmente moderadas entre 0,1 y 0,3. [10] Un número desconocido de resonancias 2:1 probablemente no se originaron en un disco planetesimal que fue barrido por la resonancia durante la migración de Neptuno, sino que fueron capturadas cuando ya se habían dispersado. [11]
Hay muchos menos objetos en esta resonancia que plutinos. El Archivo de Johnston cuenta 99, mientras que las simulaciones del Deep Ecliptic Survey han confirmado 73 en febrero de 2020. [6] [7] La integración orbital a largo plazo muestra que la resonancia 1:2 es menos estable que la resonancia 2:3; Se encontró que sólo el 15% de los objetos en resonancia 1:2 sobrevivieron 4 Gyr en comparación con el 28% de los plutinos. [10] En consecuencia, podría ser que los twotinos fueran originalmente tan numerosos como los plutinos, pero su población ha disminuido significativamente por debajo de la de los plutinos desde entonces. [10]
Los objetos con órbitas bien establecidas incluyen (en orden de magnitud absoluta ): [6]
Hay 57 objetos resonantes 2:5 confirmados en febrero de 2020. [6] [7]
Los objetos con órbitas bien establecidas a 55,4 AU incluyen:
El Archivo de Johnston cuenta 14 objetos resonantes 1:3 en febrero de 2020 a 62,8 AU. [6] Una docena de estos son seguros según el Deep Ecliptic Survey: [7]
A febrero de 2020, se confirman las siguientes resonancias de orden superior para un número limitado de objetos: [7]
Se cree que Haumea se encuentra en una resonancia orbital intermitente de 7:12 con Neptuno. [13] Su nodo ascendente precede con un período de aproximadamente 4,6 millones de años, y la resonancia se rompe dos veces por ciclo de precesión, o cada 2,3 millones de años, para regresar aproximadamente cien mil años después. [14] Marc Buie lo califica de no resonante. [15]
Una de las preocupaciones es que puedan existir resonancias débiles y serían difíciles de probar debido a la actual falta de precisión en las órbitas de estos objetos distantes. Muchos objetos tienen períodos orbitales de más de 300 años y la mayoría sólo han sido observados durante un arco de observación relativamente corto de unos pocos años. Debido a su gran distancia y lento movimiento contra las estrellas de fondo, pueden pasar décadas antes de que muchas de estas órbitas distantes se determinen lo suficientemente bien como para confirmar con seguridad si una resonancia es verdadera o simplemente una coincidencia . Una resonancia verdadera oscilará suavemente mientras que una resonancia cercana coincidente circulará. [ cita necesaria ] (Ver Hacia una definición formal)
Las simulaciones realizadas por Emel'yanenko y Kiseleva en 2007 muestran que (131696) 2001 XT 254 está librando en una resonancia de 3:7 con Neptuno. [16] Esta libración puede permanecer estable durante menos de 100 millones a miles de millones de años. [dieciséis]
Emel'yanenko y Kiseleva también muestran que (48639) 1995 TL 8 parece tener menos del 1% de probabilidad de estar en una resonancia 3:7 con Neptuno, pero ejecuta circulaciones cerca de esta resonancia . [dieciséis]
Las clases de TNO no tienen definiciones precisas universalmente acordadas, los límites a menudo no son claros y la noción de resonancia no está definida con precisión. El Deep Ecliptic Survey introdujo clases dinámicas definidas formalmente basadas en la integración directa a largo plazo de órbitas bajo las perturbaciones combinadas de los cuatro planetas gigantes. (ver también la definición formal de KBO clásico )
En general, la resonancia de movimiento medio puede implicar no sólo períodos orbitales de la forma
donde p y q son números enteros pequeños, λ y λ N son respectivamente las longitudes medias del objeto y Neptuno, pero también pueden involucrar la longitud del perihelio y las longitudes de los nodos (ver resonancia orbital , para ejemplos elementales)
Un objeto es resonante si para algunos números enteros pequeños (p,q,n,m,r,s), el argumento (ángulo) definido a continuación es librante (es decir, está acotado): [17]
donde son las longitudes del perihelio y son las longitudes de los nodos ascendentes , para Neptuno (con subíndices "N") y el objeto resonante (sin subíndices).
El término libración denota aquí la oscilación periódica del ángulo alrededor de algún valor y se opone a la circulación donde el ángulo puede tomar todos los valores de 0 a 360°. Por ejemplo, en el caso de Plutón, el ángulo de resonancia oscila alrededor de 180° con una amplitud de aproximadamente 86,6° grados, es decir, el ángulo cambia periódicamente de 93,4° a 266,6°. [18]
Todos los nuevos plutinos descubiertos durante el Deep Ecliptic Survey resultaron ser del tipo
similar a la resonancia de movimiento medio de Plutón.
De manera más general, esta resonancia 2:3 es un ejemplo de las resonancias p:(p+1) (por ejemplo 1:2, 2:3, 3:4) que han demostrado conducir a órbitas estables. [4] Su ángulo resonante es
En este caso, la importancia del ángulo resonante se puede entender observando que cuando el objeto está en el perihelio, es decir , entonces
es decir, da una medida de la distancia del perihelio del objeto a Neptuno. [4] El objeto está protegido de la perturbación manteniendo su perihelio lejos de Neptuno siempre que libere alrededor de un ángulo alejado de 0°.
Como los elementos orbitales se conocen con una precisión limitada, las incertidumbres pueden dar lugar a falsos positivos (es decir, clasificación como resonante de una órbita que no lo es). Un enfoque reciente [19] considera no sólo la órbita actual de mejor ajuste sino también dos órbitas adicionales correspondientes a las incertidumbres de los datos de observación. En términos simples, el algoritmo determina si el objeto aún se clasificaría como resonante si su órbita real difiriera de la órbita mejor ajustada, como resultado de los errores en las observaciones. Las tres órbitas están integradas numéricamente durante un período de 10 millones de años. Si las tres órbitas permanecen resonantes (es decir, el argumento de la resonancia es librante, ver definición formal), la clasificación como objeto resonante se considera segura. [19] Si sólo dos de las tres órbitas están librando, el objeto se clasifica como probablemente en resonancia. Finalmente, si solo una órbita pasa la prueba, se anota la vecindad de la resonancia para fomentar nuevas observaciones que mejoren los datos. [19] Se determina que los dos valores extremos del semieje mayor utilizados en el algoritmo corresponden a incertidumbres de los datos de como máximo 3 desviaciones estándar . Tal rango de valores de semieje debería, bajo una serie de suposiciones, reducir la probabilidad de que la órbita real esté más allá de este rango a menos del 0,3%. El método es aplicable a objetos con observaciones que abarcan al menos 3 oposiciones. [19]
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