El Cinturón de Kuiper

Estructura y características

El Cinturón de Kuiper representa un enorme volumen de espacio en forma de rosquilla en el Sistema Solar exterior. Si bien hay muchos cuerpos helados en esta región a los que nos referimos como objetos del Cinturón de Kuiper u objetos transneptunianos, son bastante diversos en tamaño, forma y color. Y lo que es más importante, no están distribuidos de manera uniforme por el espacio: una vez que los astrónomos comenzaron a descubrirlos a principios de la década de 1990, una de las primeras sorpresas fue que los objetos del Cinturón de Kuiper podían agruparse de acuerdo con las formas y tamaños de sus órbitas. Esto llevó a los científicos a comprender que hay varios grupos o poblaciones distintos de estos objetos cuyas órbitas proporcionan pistas sobre su historia. La categoría a la que pertenece un objeto tiene mucho que ver con la forma en que ha interactuado con la gravedad de Neptuno a lo largo del tiempo.

La mayoría de los objetos del Cinturón de Kuiper se encuentran en la parte principal del cinturón o en el disco disperso.

• Disco disperso: El disco disperso es una región que se extiende mucho más allá de la parte principal del Cinturón de Kuiper. Es el hogar de objetos que han sido dispersados por Neptuno en órbitas inclinadas decenas de grados. Algunos se aventuran a cientos de UA desde el Sol y muy por encima del plano de los planetas en el punto más lejano de sus órbitas, antes de volver a caer al punto más cercano de la órbita de Neptuno. Las órbitas de muchos objetos en el disco disperso todavía están evolucionando lentamente, y los objetos aquí se pierden con el tiempo, en comparación con el Cinturón de Kuiper clásico, donde las órbitas son más estables.

El disco disperso le da al Cinturón de Kuiper clásico en forma de rosquilla una extensión mucho más ancha y gruesa. Algunos astrónomos hablan de ellas como regiones separadas, aunque sus límites se superponen y están vinculados entre sí de varias maneras. En particular, se cree que los objetos en ambas regiones terminaron allí como resultado de la migración de Neptuno desde su órbita original más cercana a donde está ahora.



Eris es un ejemplo de un objeto en el disco disperso y es el miembro más grande conocido de esta población.

• Objetos del Cinturón de Kuiper clásicos: Una gran fracción de objetos orbitan alrededor del Sol en lo que se llama el Cinturón de Kuiper clásico. El término “clásico” se refiere al hecho de que estos objetos tienen órbitas muy similares a la idea original, o clásica, de cómo se esperaba que fuera el Cinturón de Kuiper antes de que los astrónomos comenzaran a encontrar objetos allí. La expectativa era que, si hubiera objetos más allá de Neptuno, estarían en órbitas relativamente circulares que no se inclinaran demasiado del plano de los planetas. En cambio, muchos objetos tienen órbitas significativamente elípticas e inclinadas. Por lo tanto, hasta cierto punto, la clasificación de los objetos del Cinturón de Kuiper todavía refleja nuestra comprensión en evolución de esta región distante del Sistema Solar.

Hay dos grupos principales de objetos en el Cinturón de Kuiper clásico, denominados “fríos” y “calientes”. Estos términos no se refieren a la temperatura, sino que describen las órbitas de los objetos, junto con la cantidad de influencia que la gravedad de Neptuno ha tenido sobre ellos.

Todos los objetos clásicos tienen una distancia media similar del Sol entre 40 y 50 UA. Los objetos clásicos fríos tienen órbitas relativamente circulares que no se alejan mucho del plano de los planetas; los objetos clásicos calientes tienen órbitas más elípticas e inclinadas (que los astrónomos denominan excéntricas e inclinadas, respectivamente). Esto significa que la variedad fría pasa la mayor parte de su tiempo aproximadamente a la misma distancia del Sol (lo que significa que, en algunas partes de sus órbitas, están más cerca del Sol y a veces están más lejos).

Las diferencias entre estos dos tipos de cuerpos en el Cinturón de Kuiper clásico tienen mucho que ver con Neptuno. Los objetos clásicos fríos tienen órbitas que nunca se acercan mucho a Neptuno y, por lo tanto” permanecen “fríos” e imperturbables por la gravedad del planeta gigante. Es probable que sus órbitas no se hayan movido mucho durante miles de millones de años. En contraste, los objetos clásicos calientes han tenido interacciones con Neptuno en el pasado (es decir, con la gravedad del planeta gigante). Estas interacciones bombearon energía a sus órbitas, lo que las estiró en una forma elíptica y las inclinó ligeramente fuera del plano de los planetas.

• Objetos resonantes: Un número significativo de objetos del Cinturón de Kuiper se encuentran en órbitas que están estrechamente controladas por Neptuno. Orbitan en resonancia con el planeta gigante, lo que significa que sus órbitas están en un patrón estable y repetido con el de Neptuno. Estos objetos resonantes completan un número específico de órbitas en la misma cantidad de tiempo que Neptuno completa un número específico de órbitas (en otras palabras, una proporción). Hay varias de estas agrupaciones o resonancias: 1:1 (pronunciado “uno a uno”), 4:3, 3:2 y 2:1. Por ejemplo, Plutón está en una resonancia de 3:2 con Neptuno, lo que significa que gira alrededor del Sol dos veces por cada tres veces que Neptuno gira.

De hecho, hay suficientes objetos en órbitas con esta resonancia 3:2, junto con Plutón, que los astrónomos les han dado su propia categoría entre los objetos resonantes: los plutinos.

• Familias adicionales: La mayoría de los objetos en el Cinturón de Kuiper se encuentran en la parte principal del cinturón o en el disco disperso, pero también hay un par de familias adicionales de objetos que orbitan el Sol en el interior y exterior del cinturón. Estos grupos adicionales de objetos probablemente vinieron originalmente del Cinturón de Kuiper, pero han sido sacados de las regiones principales por la gravedad de Neptuno o quizá por otro planeta masivo.
• Objetos separados: Los objetos desprendidos del Cinturón de Kuiper tienen órbitas que nunca se acercan al Sol más de 40 UA. Esto los distingue de la mayoría de los otros objetos, que pasan al menos parte de sus órbitas en la región entre 40 y 50 UA del Sol. Debido a que sus órbitas no se acercan a la distancia de Neptuno del Sol (~30 UA), parece poco probable que los objetos desprendidos hayan sido sacados del Cinturón de Kuiper por interacciones con el planeta gigante. Los científicos piensan que es probable que alguna otra fuerza sea responsable, como un planeta gigante no descubierto (en una órbita muy distante), la gravedad de las estrellas que pasan o las perturbaciones gravitacionales cuando se estaba formando el Cinturón de Kuiper hace mucho tiempo.


Sedna y otros cuerpos del Sistema Solar, incluida la Tierra y su Luna, Plutón y Quaoar.

Sedna es un ejemplo de objeto independiente. Lo más cerca que se acerca al Sol es de 76 UA, mientras que en su punto más lejano viaja a ~1200 UA.

• Centauros: Los centauros son objetos con órbitas que viajan a través del espacio entre las órbitas de Júpiter y Neptuno. Los objetos en estas órbitas interactúan fuertemente con la gravedad de los planetas gigantes. Debido a estos poderosos encuentros gravitacionales, la mayoría están destinados a ser expulsados del Sistema Solar o empujados a su interior donde se convierten en cometas o chocan contra el Sol y los planetas.

Este proceso, la eliminación de los centauros, está en curso, y el típico objeto centauro tarda decenas de millones de años. Por lo tanto, el hecho de que haya centauros hoy en día es evidencia de que se están suministrando activamente desde otro lugar.

Los astrónomos creen que la explicación más probable es que son fugitivos relativamente recientes del Cinturón de Kuiper. De hecho, se entiende que los centauros son objetos dispersos, como los del disco disperso, con la diferencia de que los centauros han sido dispersados más cerca del Sol por Neptuno, en lugar de más lejos.

El lugar de Plutón en el Cinturón de Kuiper

En 1930, Plutón se convirtió en el primer objeto descubierto del Cinturón de Kuiper. Se encontró antes de que los astrónomos tuvieran motivos para esperar una gran población de mundos helados más allá de Neptuno. Hoy es conocido como el “Rey del Cinturón de Kuiper” y es el objeto más grande de la región, aunque otro objeto similar en tamaño, llamado Eris, tiene una masa ligeramente mayor. Se dice que la órbita de Plutón está en resonancia con la órbita de Neptuno, lo que significa que la órbita de Plutón está en un patrón estable y repetido con la de Neptuno. Por cada tres órbitas completadas por Neptuno, Plutón realiza dos órbitas. En esta situación, Plutón nunca se acerca lo suficiente a Neptuno como para verse muy afectado por su gravedad. De hecho, aunque su órbita cruza la órbita de Neptuno, Plutón se acerca físicamente a Urano más que a Neptuno.

Lunas y binarios del Cinturón de Kuiper

Una cantidad bastante grande de objetos del Cinturón de Kuiper tienen lunas, es decir, cuerpos significativamente más pequeños que las orbitan, o son objetos binarios. Los binarios son pares de objetos que son relativamente similares en tamaño o masa que orbitan alrededor de un punto, un centro de masa compartido, que se encuentra entre ellos. Algunos binarios en realidad se tocan, creando una especie de forma de maní, creando lo que se conoce como un binario de contacto.

La nave espacial New Horizons de la NASA sobrevoló Arrokoth en el Año Nuevo de 2019

La nave espacial New Horizons de la NASA sobrevoló Arrokoth en el Año Nuevo de 2019, casi cuatro años después de su histórico vuelo a través del sistema Plutón el 14 de julio de 2015.

El pequeño objeto del Cinturón de Kuiper llamado Arrokoth es un binario de contacto. Fue descubierto en 2014 por el equipo científico New Horizons de la NASA, utilizando el Telescopio Espacial Hubble. La nave espacial New Horizons de la NASA sobrevoló Arrokoth el 1 de enero de 2019, tomando imágenes que mostraban un objeto de dos lóbulos que parecía un muñeco de nieve rojo parcialmente aplanado. Arrokoth es el objeto más distante y primitivo jamás explorado por una nave espacial.

Plutón, Eris, Haumea y Quaoar son todos objetos del Cinturón de Kuiper que tienen lunas.

Una cosa que hace que los objetos del Cinturón de Kuiper binarios sean particularmente interesantes es que la mayoría de ellos pueden ser objetos extremadamente antiguos o primordiales que se han alterado poco desde su formación. Las diversas ideas sobre cómo se forman estos pares requieren muchos más objetos de los que parece contener el Cinturón de Kuiper actual. Una idea importante es que los binarios pueden resultar de colisiones a baja velocidad entre KBO, lo que les permitiría sobrevivir al impacto y mantenerse unidos debido a su gravedad mutua. Es probable que tales colisiones fueran mucho mñas comunes hace miles de millones de años, cuando la mayoría de los objetos se encontraban en órbitas similares que eran más circulares y cercanas al plano de los planetas (llamado eclíptica). Hoy en día, estas colisiones son mucho más raras. También tienden a ser destructivos, ya que muchos objetos del Cinturón de Kuiper están ahora en órbitas inclinadas o elípticas, lo que significa que chocan entre sí con mayor fuerza y se rompen.

Relación con los cometas

El Cinturón de Kuiper es una fuente de cometas, pero no la única. En la actualidad, se cree que el Cinturón de Kuiper se está erosionando muy lentamente. Los objetos allí ocasionalmente chocan, y los fragmentos de colisión producen objetos más pequeños (algunos de los cuales pueden convertirse en cometas), así como polvo que el viento solar expulsa del Sistema Solar. Las piezas producidas por la colisión de objetos pueden ser empujadas por la gravedad de Neptuno a órbitas que las envían hacia el Sol, donde Júpiter las acorrala aún más en bucles cortos que duran 20 años o menos. Estos se denominan cometas de periodo corto de la familia Júpiter. Dados sus frecuentes viajes al interior del Sistema Solar, la mayoría tiende a agotar sus hielos volátiles con bastante rapidez y finalmente se vuelven cometas inactivos o muertos con poca o ninguna actividad detectable.

Los investigadores han descubierto que algunos asteroides cercanos a la Tierra son en realidad cometas quemados, y la mayoría de ellos habrían comenzado en el Cinturón de Kuiper. Muchos cometas chocan contra el Sol o los planetas. Aquellos que tienen encuentros cercanos con Júpiter tienden a ser destrozados o arrojados completamente fuera del Sistema Solar.

La otra fuente de cometas es la Nube de Oort, de donde provienen la mayoría de los cometas de periodos prolongados en órbitas muy inclinadas.