Sous-populations orbitales

Les KBO sont classés par leur demi-grand axe (la distance moyenne au Soleil), leur distance périhélique (la approche la plus proche du Soleil), et l’inclinaison de leur plan orbital par rapport à celui formé par les planètes du système solaire. En utilisant ces paramètres, les KBO se trouvent souvent dans trois sous-structures orbitales distinctes.

• Objets résonants: KBO en résonance de mouvement moyenne (MMR) avec Neptune. On estime que 55 000 KBO de plus de 100 km (60 miles) de diamètre gravitent autour du Soleil dans un rapport entier de périodes orbitales de Neptune. Par exemple, Pluton est dans le MMR Neptune 3: 2, complétant deux orbites autour du Soleil dans le temps qu’il faut à Neptune pour en terminer trois. En fait, près d’un quart de tous les objets MMR sont dans la résonance 3: 2. En reconnaissance de cette parenté, ces objets ont été baptisés Plutinos.
• Classiques chauds: KBO avec des inclinaisons tirées d’une large distribution (environ 16 °) et avec des distances périhéliques comprises entre 35 et 40 UA (5,2 milliards et 6 milliards de km). La population classique chaude se compose d’environ 120 000 objets d’un diamètre supérieur à 100 km. On estime que cette population comprend 80 000 objets dont la distance moyenne au Soleil dépasse 50 UA (7,5 milliards de km) et qui sont donc parfois appelés collectivement la ceinture de Kuiper «extérieure» ou «détachée».
• Classiques froids: KBO tirés d’une distribution étroite des inclinaisons orbitales (environ 2,6 °), avec des distances orbitales moyennes limitées à 42,5–47,2 UA (6,4 milliards – 7,1 milliards de km) et des distances de périhélie uniformément réparties entre 38 UA (5,7 milliards de km) et 47,2 UA. La population classique froide est d’environ 75 000 objets d’un diamètre de 100 km et plus. Dans les classiques froids se trouve une petite sous-population appelée « le noyau » de 25 000 objets de diamètre supérieur à 100 km. Les objets noyau ont des axes semi-majeurs entre 43,8 et 44,4 UA (6,55 milliards et 6,64 milliards de km), des excentricités orbitales comprises entre 0,03 et 0,08 , et une distribution d’inclinaison étroite comme le reste de la composante classique froide.

La liste ci-dessus contient les sous-structures actuellement bien définies de l’espace orbital de la ceinture de Kuiper. les objets se trouvent sur des orbites métastables, c’est-à-dire que leurs orbites sont stables sur des échelles de temps de 100 millions à 1 milliard d’années. Cependant, certains diffuseront de manière chaotique hors de la région stable. Au fur et à mesure que d’autres KBO seront découverts, d’autres populations orbitales importantes seront probablement découvertes .

Les KBO qui ont des interactions gravitationnelles significatives avec Neptune sont appelés « KBO de diffusion ». Les KBO de diffusion sont sur des orbites instables sur des échelles de temps d’un million d’années. On pense que ces objets sont en transition d’être des KBO métastables pour devenir des objets Centaures et finalement des comètes de courte période. La région métastable qui fournit la population de diffusion n’est pas connue, mais il peut s’agir des classiques chauds ou peut-être des KBO résonnants. Toutes les orbites de diffusion ne sont pas également instables, et comprendre comment un KBO sur une orbite métastable devient une comète à courte période est un domaine de recherche active. La population estimée de sources de diffusion (3 000 à 15 000 objets de plus de 100 km de diamètre) est nettement inférieure aux attentes théoriques.

En raison du petit nombre de sources détectées, le nombre estimé de KBO est encore assez incertain . Le nombre de petits KBO (1 à 10 km) est particulièrement incertain si cette région du système solaire est vraiment le réservoir des comètes de courte période. À titre de comparaison, on estime qu’il y a 250 astéroïdes de plus de 100 km de diamètre et peut-être 1 million de plus de 1 km. Si la relation entre le nombre d’objets et la taille des KBO est similaire à celle des astéroïdes, cela implique une population totale de la ceinture de Kuiper de plus de 100 milliards de sources de plus de 1 km de diamètre. Cette extrapolation est dérivée des quelques centaines de sources pour lesquelles des circonstances de détection précises sont disponibles. Cependant, l’extrapolation de 300 objets à 100 milliards est sujette à une incertitude considérable.

Comme indiqué ci-dessus, la planète Neptune a une forte influence gravitationnelle sur la structure orbitale de la ceinture de Kuiper. Il existe deux modèles dominants pour la formation de la structure dans la distribution orbitale des KBO. Dans le modèle de «migration», la distance orbitale moyenne de Neptune était initialement plus petite (environ 23 UA; 3,4 milliards de km). Au cours de cette lente croissance orbitale, de nombreux KBO ont été piégés en résonance orbitale avec Neptune. Cependant, ce modèle ne produit pas la composante classique chaude , et un autre processus doit donc conduire à des orbites plus inclinées pour les KBO.

Alternativement, dans le modèle « Nice » (du nom de la ville française où il a été proposé pour la première fois), les planètes géantes du système solaire se sont formées dans une configuration plus compacte qu’on ne le voit aujourd’hui, et par interaction gravitationnelle, Neptune et Uranus ont été dispersés à leur emplacement actuel. Le modèle de Nice fournit une représentation raisonnable de la composante chaude de la ceinture de Kuiper mais réussit moins bien à produire les objets résonnants et ne fournit pas une composante classique froide. Explication complète de la formation de la structure dans le système solaire externe peut être une combinaison de ces deux scénarios ou un modèle d’évolution complètement différent.

En plus des membres nominaux de la ceinture de Kuiper décrits ci-dessus, il y a certains KBO dont l’approche la plus proche du Soleil les laisse bien en dehors de l’influence de Neptune. Sedna, un objet dont l’approche la plus proche est de 76,3 UA (11,4 milliards de km), est l’exemple le plus extrême de ces valeurs aberrantes éloignées. Ces objets rares (seuls deux objets avec des approches les plus proches supérieures à 47,2 UA et des distances moyennes du Soleil supérieures à 200 UA (29,9 milliards de km (18,6 milliards de miles)] sont actuellement connus) peuvent représenter le bord très extérieur de la région de la ceinture de Kuiper ou l’intérieur à la limite d’une toute nouvelle population de sources. Sedna est parfois appelée membre du nuage d’Oort interne.