Subpoblaciones orbitales

Los KBO se clasifican por su semieje mayor (la distancia media desde el Sol), su distancia del perihelio (la aproximación más cercana al Sol), y la inclinación de su plano orbital al formado por los planetas del sistema solar. Con estos parámetros, los KBO se encuentran a menudo en tres subestructuras orbitales distintas.

• Objetos resonantes: KBO en resonancia de movimiento medio (MMR) con Neptuno. Se estima que 55.000 KBO de más de 100 km (60 millas) de diámetro orbitan el Sol en una proporción entera de períodos orbitales de Neptuno. Por ejemplo, Plutón está en el MMR de Neptuno 3: 2, completando dos órbitas alrededor del Sol en el tiempo que le toma a Neptuno completar tres. De hecho, casi una cuarta parte de todos los objetos MMR están en resonancia 3: 2. En reconocimiento de este parentesco, estos objetos han sido denominados Plutinos.
• Clásicos calientes: KBO con inclinaciones extraídas de una amplia distribución (alrededor de 16 °) y con distancias de perihelio de entre 35 y 40 AU (5,2 mil millones y 6 mil millones de km). La población clásica caliente consta de aproximadamente 120.000 objetos con diámetros superiores a 100 km. Se estima que esta población incluye 80.000 objetos cuya distancia media del Sol supera los 50 UA (7.500 millones de km) y que, por lo tanto, a veces se denominan colectivamente como el cinturón de Kuiper «exterior» o «separado».
• Clásicos fríos: KBO extraídos de una distribución estrecha de inclinaciones orbitales (alrededor de 2,6 °), con distancias orbitales medias restringidas a 42,5 a 47,2 AU (6,4 mil millones a 7,1 mil millones de km) y distancias de perihelio distribuidas suavemente entre 38 AU (5,7 mil millones de km) y 47,2 AU. La población clásica fría es de aproximadamente 75.000 objetos con diámetros de 100 km o más. Dentro de los clásicos fríos hay una pequeña subpoblación llamada «el núcleo» de 25.000 objetos con diámetros mayores a 100 km. Los objetos del núcleo tienen semiejes mayores entre 43,8 y 44,4 AU (6,55 mil millones y 6,64 mil millones de km), excentricidades orbitales entre 0,03 y 0,08 , y una distribución de inclinación estrecha como el resto del componente clásico frío.

La lista anterior contiene las subestructuras actualmente bien definidas del espacio orbital del cinturón de Kuiper. Los objetos están en órbitas metaestables; es decir, sus órbitas son estables en escalas de tiempo de 100 millones a 1000 millones de años. Sin embargo, algunos se difundirán caóticamente fuera de la región estable. A medida que se descubran más KBO, es probable que se encuentren poblaciones orbitales importantes adicionales .

Los KBO que tienen interacciones gravitacionales significativas con Neptune se denominan «KBO de dispersión». Los KBO de dispersión se encuentran en órbitas que son inestables en escalas de tiempo de millones de años. Se cree que estos objetos están en transición de ser KBO metaestables a convertirse en objetos Centauros y, finalmente, en cometas de período corto. No se conoce la región metaestable que abastece a la población dispersa, pero pueden ser los clásicos calientes o quizás los KBO resonantes. No todas las órbitas de dispersión son igualmente inestables, y comprender cómo un KBO en una órbita metaestable se convierte en un cometa de período corto es un área de investigación activa. La población estimada de fuentes de dispersión (3000-15000 objetos de más de 100 km de diámetro) es significativamente menor que las expectativas teóricas.

Debido a la pequeña cantidad de fuentes detectadas, la cantidad estimada de KBO aún es bastante incierta . Particularmente incierto es el número de KBO pequeños (1 a 10 km) si esta región del sistema solar es realmente el depósito de cometas de período corto. A modo de comparación, se estima que hay 250 asteroides de más de 100 km de diámetro y quizás 1 millón de más de 1 km. Si la relación entre el número de objetos y el tamaño de los KBO es similar a la de los asteroides, eso implica una población total del cinturón de Kuiper de más de 100 mil millones de fuentes de más de 1 km de diámetro. Esta extrapolación se deriva de los pocos cientos de fuentes para las que se dispone de circunstancias precisas de detección. Sin embargo, la extrapolación de 300 objetos a 100 mil millones está sujeta a una incertidumbre considerable.

Como se señaló anteriormente, el planeta Neptuno tiene una fuerte influencia gravitacional sobre la estructura orbital del cinturón de Kuiper. Hay dos modelos predominantes para la formación de estructuras en la distribución orbital de KBO. En el modelo de «migración», la distancia orbital media de Neptuno fue inicialmente menor (alrededor de 23 UA; 3.400 millones de km). Durante este lento crecimiento orbital, muchos KBO quedaron atrapados en resonancia orbital con Neptuno. Sin embargo, este modelo no produce el componente clásico caliente , y algún otro proceso debe conducir a órbitas más inclinadas para los KBO.

Alternativamente, en el modelo «Niza» (llamado así por la ciudad francesa donde se propuso por primera vez), los planetas gigantes del sistema solar se formaron en una configuración más compacta que la que se ve hoy en día, y a través de la interacción gravitacional, Neptuno y Urano se dispersaron a sus ubicaciones actuales. El modelo de Niza proporciona una representación razonable del componente caliente del cinturón de Kuiper, pero tiene menos éxito en la producción de objetos resonantes y no proporciona un componente clásico frío. Una explicación completa de la formación de la estructura en el sistema solar exterior puede ser alguna combinación de estos dos escenarios o algún modelo de evolución completamente diferente.

Además de los miembros nominales del cinturón de Kuiper descritos anteriormente, hay algunos KBO cuyo acercamiento más cercano al Sol los deja fuera de la influencia de Neptuno. Sedna, un objeto cuya aproximación más cercana es 76,3 AU (11,4 mil millones de km), es el ejemplo más extremo de estos valores atípicos distantes. Estos objetos raros (solo dos objetos con aproximaciones más cercanas superiores a 47,2 AU y distancias medias al Sol superiores a 200 AU (29,9 mil millones de km (18,6 mil millones de millas)) se conocen actualmente) pueden representar el borde exterior de la región del cinturón de Kuiper o el interior borde de una población de fuentes completamente nueva. A veces se hace referencia a Sedna como un miembro de la nube interna de Oort.