Sottopopolazioni orbitali

I KBO sono classificati in base al loro semiasse maggiore (la distanza media dal Sole), la loro distanza perielio (la più vicino al Sole) e l’inclinazione del loro piano orbitale rispetto a quello formato dai pianeti del sistema solare. Utilizzando questi parametri, i KBO si trovano spesso in tre distinte sottostrutture orbitali.

• Oggetti risonanti: KBO in risonanza di movimento medio (MMR) con Nettuno. Si stima che circa 55.000 KBO più grandi di 100 km (60 miglia) di diametro orbitano attorno al Sole in un rapporto intero dei periodi orbitali di Nettuno. Ad esempio, Plutone si trova nel MMR 3: 2 di Nettuno, completando due orbite attorno al Sole nel tempo necessario a Nettuno per completarne tre. In effetti, quasi un quarto di tutti gli oggetti MMR sono in risonanza 3: 2. In riconoscimento di questa parentela, questi oggetti sono stati soprannominati Plutini.
• Classici caldi: KBO con inclinazioni tratte da un’ampia distribuzione (circa 16 °) e con distanze del perielio comprese tra 35 e 40 UA (5,2 miliardi e 6 miliardi di km). La calda popolazione classica è composta da circa 120.000 oggetti con un diametro maggiore di 100 km. Si stima che questa popolazione includa 80.000 oggetti la cui distanza media dal Sole supera i 50 UA (7,5 miliardi di km) e che sono quindi talvolta indicati collettivamente come cintura di Kuiper “esterna” o “staccata”.
• Classici freddi: KBO tratti da una stretta distribuzione delle inclinazioni dell’orbita (circa 2,6 °), con distanze orbitali medie limitate a 42,5-47,2 UA (6,4 miliardi-7,1 miliardi di km) e distanze del perielio uniformemente distribuite tra 38 UA (5,7 miliardi di km) e 47,2 AU. La popolazione classica fredda è di circa 75.000 oggetti con diametri di 100 km e più grandi. All’interno dei freddi classici c’è una piccola sottopopolazione chiamata “il nocciolo” di 25.000 oggetti con diametri maggiori di 100 km. Gli oggetti del nucleo hanno semiassi maggiori tra 43,8 e 44,4 UA (6,55 miliardi e 6,64 miliardi di km), eccentricità orbitali comprese tra 0,03 e 0,08 e una stretta distribuzione dell’inclinazione come il resto della fredda componente classica.

L’elenco precedente contiene le sottostrutture attualmente ben definite dello spazio orbitale della cintura di Kuiper. gli oggetti sono in orbite metastabili; cioè, le loro orbite sono stabili su scale temporali da 100 milioni a 1 miliardo di anni. Tuttavia, alcuni si diffonderanno caoticamente fuori dalla regione stabile. Man mano che vengono scoperti più KBO, è probabile che vengano trovate ulteriori popolazioni orbitali significative .

I KBO che hanno interazioni gravitazionali significative con Nettuno sono chiamati “KBO a dispersione”. I KBO a dispersione sono su orbite instabili su scale temporali di milioni di anni. Si pensa che questi oggetti siano in transizione dall’essere KBO metastabili a diventare oggetti Centaur e infine comete di breve periodo. La regione metastabile che fornisce la popolazione dispersa non è nota, ma potrebbero essere i classici caldi o forse i KBO risonanti. Non tutte le orbite di dispersione sono ugualmente instabili e capire come un KBO in un’orbita metastabile diventa una cometa di breve periodo è un’area di ricerca attiva. La popolazione stimata di sorgenti di scattering (3.000-15.000 oggetti di diametro superiore a 100 km) è significativamente inferiore alle aspettative teoriche.

A causa del numero limitato di sorgenti rilevate, il numero stimato di KBO è ancora piuttosto incerto . Particolarmente incerto è il numero di piccoli KBO (1–10 km) se questa regione del sistema solare è davvero il serbatoio per comete di breve periodo. Per fare un confronto, si stima che ci siano 250 asteroidi più grandi di 100 km di diametro e forse 1 milione più grandi di 1 km. Se la relazione tra il numero di oggetti e le dimensioni per i KBO è simile a quella degli asteroidi, ciò implica una popolazione totale della fascia di Kuiper di oltre 100 miliardi di sorgenti più grandi di 1 km di diametro. Questa estrapolazione deriva dalle poche centinaia di fonti per le quali sono disponibili precise circostanze di rilevamento. Tuttavia, l’estrapolazione da 300 oggetti a 100 miliardi è soggetta a notevole incertezza.

Come notato sopra, il pianeta Nettuno ha una forte influenza gravitazionale sulla struttura orbitale della fascia di Kuiper. Esistono due modelli prevalenti per la formazione della struttura nella distribuzione orbitale dei KBO. Nel modello di “migrazione”, la distanza orbitale media di Nettuno era inizialmente inferiore (circa 23 UA; 3,4 miliardi di km). Durante questa lenta crescita orbitale molti KBO sono rimasti intrappolati nella risonanza orbitale con Nettuno. Tuttavia, questo modello non produce la componente calda classica , e qualche altro processo deve quindi portare a orbite più inclinate per i KBO.

In alternativa, nel modello “Nice” (dal nome della città francese in cui fu proposto per la prima volta), i pianeti giganti del sistema solare si sono formati in una configurazione più compatta di quella che si vede oggi, e attraverso l’interazione gravitazionale Nettuno e Urano furono dispersi nelle loro posizioni attuali. Il modello di Nizza fornisce una rappresentazione ragionevole della componente calda della fascia di Kuiper ma ha meno successo nel produrre gli oggetti risonanti e non fornisce una fredda componente classica. Una spiegazione completa. della formazione della struttura nel sistema solare esterno può essere una combinazione di questi due scenari o un modello di evoluzione completamente diverso.

Oltre ai membri nominali della cintura di Kuiper descritti sopra, ci sono alcuni KBO il cui approccio più vicino al Sole li lascia ben al di fuori dell’influenza di Nettuno. Sedna, un oggetto il cui avvicinamento più vicino è 76,3 UA (11,4 miliardi di km), è l’esempio più estremo di questi valori anomali distanti. Questi oggetti rari (solo due oggetti con avvicinamenti più vicini maggiori di 47,2 UA e distanze medie del Sole maggiori di 200 UA (29,9 miliardi di km (18,6 miliardi di miglia)] sono attualmente conosciuti) possono rappresentare il limite esterno della regione della fascia di Kuiper o la parte interna bordo di una popolazione di sorgenti completamente nuova. Sedna viene talvolta definito un membro della nuvola di Oort interna.