Orbitale subpopulaties

KBO’s worden geclassificeerd op basis van hun halve lange as (de gemiddelde afstand tot de zon), hun periheliumafstand (de dichtstbijzijnde benadering van de zon), en de helling van hun baanvlak tot dat gevormd door de planeten van het zonnestelsel. Met behulp van deze parameters worden KBO’s vaak gevonden in drie verschillende orbitale substructuren.

• Resonante objecten: KBO’s in gemiddelde bewegingsresonantie (MMR) met Neptunus. Naar schatting 55.000 KBO’s met een diameter van meer dan 100 km (60 mijl) draaien rond de zon in een gehele verhouding van de omloopperioden van Neptunus. Pluto bevindt zich bijvoorbeeld in de MMR 3: 2 van Neptunus en voltooit twee banen rond de zon in de tijd die Neptunus nodig heeft om er drie te voltooien. In feite bevindt bijna een kwart van alle MMR-objecten zich in de 3: 2-resonantie. Als erkenning voor deze verwantschap werden deze objecten Plutinos genoemd.
• Hot classicals: KBO’s met hellingen getrokken uit een brede spreiding (ongeveer 16 °) en met periheliumafstanden tussen 35 en 40 AU (5,2 miljard en 6 miljard km). De hete klassieke populatie bestaat uit ongeveer 120.000 objecten met een diameter groter dan 100 km. Deze populatie omvatte naar schatting 80.000 objecten waarvan de gemiddelde afstand tot de zon meer dan 50 AU (7,5 miljard km) bedraagt en die daarom soms gezamenlijk de “buitenste” of “vrijstaande” Kuipergordel worden genoemd.
• Koude klassiekers: KBO’s ontleend aan een nauwe verdeling van baanhellingen (ongeveer 2,6 °), met gemiddelde orbitale afstanden beperkt tot 42,5–47,2 AU (6,4 miljard – 7,1 miljard km) en periheliumafstanden soepel verdeeld tussen 38 AU (5,7 miljard km) en 47,2 AU. De koude klassieke populatie is ongeveer 75.000 objecten met een diameter van 100 km en groter. Binnen de koude klassiekers bevindt zich een kleine subpopulatie genaamd “de kernel” van 25.000 objecten met diameters groter dan 100 km. De kernelobjecten hebben halve lange assen tussen 43,8 en 44,4 AU (6,55 miljard en 6,64 miljard km), orbitale excentriciteiten tussen 0,03 en 0,08 , en een smalle hellingsverdeling zoals de rest van de koude klassieke component.

De bovenstaande lijst bevat de momenteel goed gedefinieerde substructuren van de orbitale ruimte van de Kuipergordel. Deze objecten bevinden zich in metastabiele banen; dat wil zeggen, hun banen zijn stabiel over tijdschalen van 100 miljoen tot 1 miljard jaar. Sommige zullen echter chaotisch uit het stabiele gebied diffunderen. Naarmate er meer KBO’s worden ontdekt, zullen er waarschijnlijk meer significante orbitale populaties worden gevonden .

KBO’s die significante zwaartekrachtinteracties met Neptunus hebben, worden “verstrooiende KBO’s” genoemd. Verstrooiende KBO’s bevinden zich op banen die onstabiel zijn op tijdschalen van een miljoen jaar. Aangenomen wordt dat deze objecten in de overgang zijn van metastabiele KBO’s naar Centaur-objecten en uiteindelijk kometen met een korte periode. Het metastabiele gebied dat de verstrooiende populatie voorziet, is niet bekend, maar het kunnen de hete klassiekers zijn of misschien de resonerende KBO’s. Niet alle verstrooiingsbanen zijn even onstabiel, en begrijpen hoe een KBO in een metastabiele baan een komeet met een korte periode wordt, is een gebied van actief onderzoek. De geschatte populatie van verstrooiingsbronnen (3.000-15.000 objecten groter dan 100 km in diameter) is aanzienlijk kleiner dan theoretische verwachtingen.

Vanwege het kleine aantal gedetecteerde bronnen is het geschatte aantal KBO’s nog vrij onzeker . Bijzonder onzeker is het aantal kleine (1–10 km) KBO’s of dit gebied van het zonnestelsel echt het reservoir is voor kometen met een korte periode. Ter vergelijking: er zijn naar schatting 250 asteroïden die groter zijn dan 100 km in diameter en misschien 1 miljoen groter dan 1 km. Als de relatie tussen het aantal objecten en de grootte voor KBO’s vergelijkbaar is met die van asteroïden, impliceert dat een totale populatie van de Kuipergordel van meer dan 100 miljard bronnen met een diameter groter dan 1 km. Deze extrapolatie is ontleend aan de paar honderd bronnen waarvoor nauwkeurige detectieomstandigheden beschikbaar zijn. Het extrapoleren van 300 objecten naar 100 miljard is echter onderhevig aan aanzienlijke onzekerheid.

Zoals hierboven opgemerkt, heeft de planeet Neptunus een sterke gravitatie-invloed op de orbitale structuur van de Kuipergordel. Er zijn twee gangbare modellen voor de vorming van structuur in de orbitale distributie van KBO’s. In het ‘migratie’-model was de gemiddelde orbitale afstand van Neptunus aanvankelijk kleiner (ongeveer 23 AU; 3,4 miljard km). Tijdens deze langzame orbitale groei raakten veel KBO’s gevangen in orbitale resonantie met Neptunus. Dit model produceert echter niet de hete klassieke component , en een ander proces moet daarom leiden tot meer hellende banen voor KBO’s.

Als alternatief, in het “Nice” -model (genoemd naar de Franse stad waar het voor het eerst werd voorgesteld), vormden de gigantische planeten van het zonnestelsel zich in een compactere configuratie dan tegenwoordig wordt gezien, en door zwaartekrachtinteractie werden Neptunus en Uranus verstrooid naar hun huidige locaties. Het model van Nice geeft een redelijke weergave van de hete component van de Kuipergordel, maar is minder succesvol in het produceren van de resonerende objecten en voorziet niet in een koude klassieke component. Een volledige uitleg van de vorming van een structuur in het buitenste zonnestelsel kan een combinatie zijn van deze twee scenario’s of een totaal ander evolutiemodel.

Naast de nominale leden van de Kuipergordel die hierboven zijn beschreven, zijn er sommige KBO’s die het dichtst bij de zon staan, waardoor ze ver buiten de invloed van Neptunus vallen. Sedna, een object waarvan de dichtstbijzijnde benadering 76,3 AU (11,4 miljard km) is, is het meest extreme voorbeeld van deze verre uitschieters. Deze zeldzame objecten (slechts twee objecten met de dichtstbijzijnde naderingen groter dan 47,2 AU en gemiddelde zonafstanden groter dan 200 AU (29,9 miljard km (18,6 miljard mijl)] zijn momenteel bekend) vertegenwoordigen mogelijk de uiterste buitenrand van het Kuipergordelgebied of de binnenste rand van een geheel nieuwe populatie van bronnen. Sedna wordt soms een lid van de binnenste Oortwolk genoemd.