Subpopulações orbitais

Os KBOs são classificados por seu semi-eixo maior (a distância média do Sol), sua distância do periélio (o aproximação mais próxima do Sol), e a inclinação de seu plano orbital ao formado pelos planetas do sistema solar. Usando esses parâmetros, os KBOs são freqüentemente encontrados em três subestruturas orbitais distintas.

• Objetos ressonantes: KBOs em ressonância de movimento médio (MMR) com Netuno. Estima-se que 55.000 KBOs maiores que 100 km (60 milhas) de diâmetro orbitam o Sol em uma proporção inteira de períodos orbitais de Netuno. Por exemplo, Plutão está no MMR 3: 2 de Netuno, completando duas órbitas ao redor do Sol no tempo que Netuno leva para completar três. Na verdade, quase um quarto de todos os objetos MMR estão na ressonância 3: 2. Em reconhecimento a esse parentesco, esses objetos foram apelidados de Plutinos.
• Clássicos quentes: KBOs com inclinações traçadas a partir de uma ampla distribuição (cerca de 16 °) e com distâncias de periélio entre 35 e 40 UA (5,2 bilhões e 6 bilhões de km). A população clássica quente consiste em aproximadamente 120.000 objetos com diâmetros maiores que 100 km. Estima-se que essa população inclua 80.000 objetos cuja distância média do Sol excede 50 UA (7,5 bilhões de km) e que são, portanto, às vezes chamados coletivamente de cinturão de Kuiper “externo” ou “destacado”.
• Clássicos frios: KBOs extraídos de uma distribuição estreita de inclinações orbitais (cerca de 2,6 °), com distâncias orbitais médias restritas a 42,5-47,2 UA (6,4 bilhões-7,1 bilhões de km) e distâncias do periélio suavemente distribuídas entre 38 UA (5,7 bilhões de km) e 47,2 UA. A população clássica fria é de aproximadamente 75.000 objetos com diâmetros de 100 km e maiores. Dentro dos clássicos frios há uma pequena subpopulação chamada “kernel” de 25.000 objetos com diâmetros maiores que 100 km. Os objetos kernel têm eixos semi-principais entre 43,8 e 44,4 AU (6,55 bilhões e 6,64 bilhões de km), excentricidades orbitais entre 0,03 e 0,08 , e uma distribuição de inclinação estreita como o resto do componente clássico frio.

A lista acima contém as subestruturas atualmente bem definidas do espaço orbital do cinturão de Kuiper. os objetos estão em órbitas metaestáveis; ou seja, suas órbitas são estáveis em escalas de tempo de 100 milhões a 1 bilhão de anos. No entanto, alguns vão se difundir caoticamente para fora da região estável. À medida que mais KBOs são descobertos, é provável que sejam encontradas outras populações orbitais significativas .

KBOs que têm interações gravitacionais significativas com Neptune são chamados de “KBOs de dispersão”. Os KBOs de dispersão estão em órbitas que são instáveis em escalas de tempo de milhões de anos. Acredita-se que esses objetos estejam em transição de KBOs metaestáveis para se tornarem objetos Centauro e eventualmente cometas de curto período. A região metaestável que fornece a população de dispersão não é conhecida, mas pode ser os clássicos quentes ou talvez os KBOs ressonantes. Nem todas as órbitas de espalhamento são igualmente instáveis, e entender como um KBO em uma órbita metaestável se torna um cometa de curto período é uma área de pesquisa ativa. A população estimada de fontes de dispersão (3.000-15.000 objetos maiores que 100 km de diâmetro) é significativamente menor do que as expectativas teóricas.

Devido ao pequeno número de fontes detectadas, os números estimados de KBOs ainda são bastante incertos . Particularmente incerto é o número de KBOs pequenos (1–10 km) se esta região do sistema solar realmente for o reservatório para cometas de curto período. Para efeito de comparação, estima-se que haja 250 asteróides com mais de 100 km de diâmetro e talvez 1 milhão com mais de 1 km. Se a relação entre o número de objetos e o tamanho dos KBOs for semelhante à dos asteróides, isso implica em uma população total do cinturão de Kuiper de mais de 100 bilhões de fontes maiores que 1 km de diâmetro. Esta extrapolação é derivada de algumas centenas de fontes para as quais circunstâncias precisas de detecção estão disponíveis. No entanto, extrapolar de 300 objetos para 100 bilhões está sujeito a uma incerteza considerável.

Como observado acima, o planeta Netuno tem uma forte influência gravitacional sobre a estrutura orbital do cinturão de Kuiper. Existem dois modelos predominantes para a formação da estrutura na distribuição orbital de KBOs. No modelo de “migração”, a distância orbital média de Netuno era inicialmente menor (cerca de 23 UA; 3,4 bilhões de km). Durante esse crescimento orbital lento, muitos KBOs ficaram presos na ressonância orbital com Netuno. No entanto, este modelo não produz o componente clássico quente , e algum outro processo deve, portanto, levar a órbitas mais inclinadas para KBOs.

Alternativamente, no modelo “Nice” (em homenagem à cidade francesa onde foi proposto pela primeira vez), os planetas gigantes do sistema solar formaram-se em uma configuração mais compacta do que a vista hoje, e por meio da interação gravitacional, Netuno e Urano foram espalhados para suas localizações atuais. O modelo de Nice fornece uma representação razoável do componente quente do cinturão de Kuiper, mas tem menos sucesso na produção de objetos ressonantes e não fornece um componente clássico frio. Uma explicação completa da formação da estrutura no sistema solar externo pode ser alguma combinação desses dois cenários ou algum modelo de evolução completamente diferente.

Além dos membros nominais do cinturão de Kuiper descritos acima, existem alguns KBOs cuja abordagem mais próxima do Sol os deixa bem fora da influência de Netuno. Sedna, um objeto cuja aproximação mais próxima é 76,3 UA (11,4 bilhões de km), é o exemplo mais extremo desses outliers distantes. Esses objetos raros (apenas dois objetos com aproximações mais próximas maiores que 47,2 UA e distâncias médias do Sol maiores que 200 UA (29,9 bilhões de km (18,6 bilhões de milhas)] são atualmente conhecidos) podem representar a borda externa da região do cinturão de Kuiper ou o interior borda de uma população inteiramente nova de fontes. Sedna às vezes é chamada de membro da nuvem interna de Oort.