Objeto transneptuniano ressonante - Resonant trans-Neptunian object

Na astronomia , um objeto transneptuniano ressonante é um objeto transnetuniano (TNO) em ressonância orbital de movimento médio com Netuno . Os períodos orbitais dos objetos ressonantes estão em relações inteiras simples com o período de Netuno, por exemplo, 1: 2, 2: 3, etc. Os TNOs ressonantes podem ser parte da população principal do cinturão de Kuiper ou da população de discos dispersos mais distantes .

Distribuição

Distribuição de objetos transnetunianos. Os objetos que ocupam as ressonâncias mais fortes estão em vermelho.

O diagrama ilustra a distribuição dos objetos transnetunianos conhecidos. Objetos ressonantes são plotados em vermelho. As ressonâncias orbitais com Netuno são marcadas com barras verticais: 1: 1 marca a posição da órbita de Netuno e seus trojans ; 2: 3 marca a órbita de Plutão e plutinos ; e 1: 2, 2: 5, etc. marcam várias famílias menores. A designação 2: 3 ou 3: 2 referem-se à mesma ressonância para TNOs. Não há ambigüidade, porque os TNOs têm, por definição, períodos mais longos do que os de Netuno. O uso depende do autor e da área de pesquisa.

Origem

Estudos analíticos e numéricos detalhados das ressonâncias de Netuno mostraram que os objetos devem ter uma gama relativamente precisa de energias. Se o semieixo maior do objeto estiver fora dessas faixas estreitas, a órbita se torna caótica, com elementos orbitais que mudam amplamente. Conforme os TNOs foram descobertos, mais de 10% foram encontrados em ressonâncias 2: 3, longe de uma distribuição aleatória. Acredita-se agora que os objetos foram coletados de distâncias maiores por ressonâncias de varredura durante a migração de Netuno. Bem antes da descoberta do primeiro TNO, foi sugerido que a interação entre planetas gigantes e um disco massivo de pequenas partículas, via transferência de momento angular , faria Júpiter migrar para dentro e fazer Saturno, Urano e especialmente Netuno migrar para fora. Durante este período de tempo relativamente curto, as ressonâncias de Netuno estariam varrendo o espaço, prendendo objetos em órbitas heliocêntricas inicialmente variáveis ​​em ressonância.

Populações conhecidas

1: 1 ressonância (Neptune trojans, período ~ 164,8 anos)

Alguns objetos foram descobertos seguindo órbitas com eixos semi-maiores semelhantes aos de Netuno, perto do Sol - pontos de Netuno Lagrangianos . Esses trojans de Netuno , denominados por analogia aos asteróides de Trojan (de Júpiter) , estão em ressonância 1: 1 com Netuno. 28 são conhecidos em fevereiro de 2020. Apenas 5 objetos estão próximos ao ponto Lagrangiano L _{5 de} Netuno , e a identificação de um deles é insegura; os outros estão localizados na região L _{4 de} Netuno . Além disso, (316179) 2010 EN 65 é um assim chamado "trojan saltador", atualmente em transição de librar em torno de L ₄ para librar em torno de L ₅ , por meio da região L ₃ .

Trojans líderes em L ₄

Seguindo Trojans em L ₅

Ressonância 2: 3 ("plutinos", período ~ 247,94 anos)

Os movimentos de Orcus e Plutão em uma estrutura rotativa com um período igual a Neptune 's período orbital (segurando estacionário Neptune)

Plutão e suas luas (topo) comparados em tamanho, albedo e cor com Orcus e Ixion

A ressonância 2: 3 em 39,4 UA é de longe a categoria dominante entre os objetos ressonantes. Em fevereiro de 2020, incluía 383 membros confirmados e 99 possíveis membros (como (175113) 2004 PF 115 ). Destes 383 plutinos confirmados, 338 têm suas órbitas garantidas em simulações realizadas pelo Deep Ecliptic Survey . Os objetos seguintes órbitas neste ressonância são nomeados plutinos após Plutão , o primeiro corpo descoberto. Plutinos grandes e numerados incluem:

3: 5 ressonância (período ~ 275 anos)

Em fevereiro de 2020, 47 objetos estavam confirmados em uma ressonância orbital 3: 5 com Netuno. Entre os objetos numerados estão:

4: 7 ressonância (período ~ 290 anos)

Outra população de objetos está orbitando o Sol a 43,7 UA (no meio dos objetos clássicos ). Os objetos são bastante pequenos (com duas exceções, H > 6) e a maioria deles segue órbitas próximas à eclíptica . Em fevereiro de 2020, 55 objetos ressonantes 4: 7 tiveram suas órbitas protegidas pelo Deep Ecliptic Survey. Objetos com órbitas bem estabelecidas incluem:

1: 2 ressonância ("twotinos", período ~ 330 anos)

Esta ressonância em 47,8 UA é freqüentemente considerada a borda externa do cinturão de Kuiper , e os objetos nesta ressonância são às vezes chamados de twotinos . Twotinos têm inclinações inferiores a 15 graus e excentricidades geralmente moderadas entre 0,1 e 0,3. Um número desconhecido de ressonantes 2: 1 provavelmente não se originou em um disco planetesimal que foi varrido pela ressonância durante a migração de Netuno, mas foi capturado quando já havia sido espalhado.

Existem muito menos objetos nesta ressonância do que plutinos. O Arquivo de Johnston conta 99, enquanto as simulações do Deep Ecliptic Survey confirmaram 73 em fevereiro de 2020. A integração orbital de longo prazo mostra que a ressonância 1: 2 é menos estável do que a ressonância 2: 3; apenas 15% dos objetos em ressonância 1: 2 sobreviveram a 4 Gyr em comparação com 28% dos plutinos. Conseqüentemente, pode ser que os twotinos fossem originalmente tão numerosos quanto os plutinos, mas sua população caiu significativamente abaixo da de plutinos desde então.

Objetos com órbitas bem estabelecidas incluem (em ordem de magnitude absoluta ):

2: 5 ressonância (período ~ 410 anos)

Há 57 objetos ressonantes 2: 5 confirmados em fevereiro de 2020.

Objetos com órbitas bem estabelecidas em 55,4 UA incluem:

1: 3 ressonância (período ~ 500 anos)

O Arquivo de Johnston conta 14 objetos ressonantes 1: 3 em fevereiro de 2020. Uma dúzia deles são seguros de acordo com a Pesquisa Eclíptica Profunda:

Outras ressonâncias

(523794) 2015 RR ₂₄₅ em órbita librando em uma ressonância 2: 9 com Netuno

A partir de fevereiro de 2020, as seguintes ressonâncias de ordem superior foram confirmadas para um número limitado de objetos:

Haumea

A libração da órbita nominal de Haumea em um quadro rotativo , com Netuno estacionário (ver 2 Pallas para um exemplo de não-libração)

O ângulo${\displaystyle \phi }$ de vibração da fraca ressonância 7:12 de Haumea com Netuno , ao longo dos próximos 5 milhões de anos${\displaystyle \phi ={\rm {12\cdot \lambda -{\rm {7\cdot \lambda _{\rm {N}}-{\rm {5\cdot \varpi -{\rm {1\cdot \Omega }}}}}}}}}$

Acredita-se que Haumea esteja em ressonância orbital intermitente 7:12 com Netuno. Seu nó ascendente sofre precessão com um período de cerca de 4,6 milhões de anos, e a ressonância é interrompida duas vezes por ciclo de precessão, ou a cada 2,3 milhões de anos, apenas para retornar cerca de cem mil anos depois. Marc Buie o qualifica como não ressonante. ${\displaystyle \Omega }$

Ressonâncias coincidentes versus verdadeiras

Uma das preocupações é que podem existir ressonâncias fracas e seriam difíceis de provar devido à atual falta de precisão nas órbitas desses objetos distantes. Muitos objetos têm períodos orbitais de mais de 300 anos e a maioria só foi observada durante um arco de observação relativamente curto de alguns anos. Devido à sua grande distância e movimento lento contra estrelas de fundo, pode levar décadas até que muitas dessas órbitas distantes sejam determinadas bem o suficiente para confirmar com segurança se uma ressonância é verdadeira ou mera coincidência . Uma ressonância verdadeira irá oscilar suavemente enquanto uma ressonância coincidente próxima irá circular. (Veja Rumo a uma definição formal )

Simulações de Emel'yanenko e Kiseleva em 2007 mostram que (131696) 2001 XT 254 está librando em uma ressonância 3: 7 com Netuno. Essa libração pode ser estável por menos de 100 milhões a bilhões de anos.

O período orbital de 2001 XT _{254 em} torno da ressonância 3: 7 (2.333) de Netuno.

Emel'yanenko e Kiseleva também mostram que (48639) 1995 TL 8 parece ter menos de 1% de probabilidade de estar em uma ressonância 3: 7 com Netuno, mas executa circulações perto dessa ressonância .

O período orbital de 1995 TL 8 faltando a ressonância 3: 7 (2.333) de Netuno.

Rumo a uma definição formal

As classes de TNO não têm definições precisas universalmente aceitas, os limites muitas vezes não são claros e a noção de ressonância não é definida com precisão. O Deep Ecliptic Survey introduziu classes dinâmicas formalmente definidas com base na integração direta de longo prazo de órbitas sob as perturbações combinadas de todos os quatro planetas gigantes. (veja também a definição formal de KBO clássico )

Em geral, a ressonância de movimento médio pode envolver não apenas períodos orbitais da forma

${\displaystyle {\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}}}}}}$

onde p e q são pequenos inteiros, λ e λ _N são respectivamente as longitudes médias do objeto e Netuno, mas também podem envolver a longitude do periélio e as longitudes dos nós (ver ressonância orbital , para exemplos elementares)

Um objeto é ressonante se, para alguns pequenos inteiros (p, q, n, m, r, s), o argumento (ângulo) definido abaixo é librante (ou seja, é limitado):

${\displaystyle \phi ={\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}-{\rm {m\cdot \varpi -{\rm {n\cdot \Omega -{\rm {r\cdot \varpi _{\rm {N}}-{\rm {s\cdot \Omega _{\rm {N}}}}}}}}}}}}}}}$

onde são as longitudes dos periélios e são as longitudes dos nós ascendentes , para Netuno (com subscritos "N") e o objeto ressonante (sem subscritos). ${\displaystyle \varpi }$${\displaystyle \Omega }$

O termo libração denota aqui a oscilação periódica do ângulo em torno de algum valor e se opõe à circulação, onde o ângulo pode assumir todos os valores de 0 a 360 °. Por exemplo, no caso de Plutão, o ângulo ressonante libera cerca de 180 ° com uma amplitude de cerca de 86,6 ° graus, ou seja, o ângulo muda periodicamente de 93,4 ° para 266,6 °. ${\displaystyle \phi }$

Todos os novos plutinos descobertos durante o Deep Ecliptic Survey provaram ser do tipo

${\displaystyle \phi ={\rm {3\cdot \lambda -{\rm {2\cdot \lambda _{\rm {N}}-\varpi }}}}}$

semelhante à ressonância de movimento médio de Plutão.

Mais geralmente, esta ressonância 2: 3 é um exemplo das ressonâncias p: (p + 1) (por exemplo 1: 2, 2: 3, 3: 4) que provaram conduzir a órbitas estáveis. Seu ângulo ressonante é

${\displaystyle \phi ={\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}-({\rm {p-{\rm {q)\cdot \varpi }}}}}}}}}$

Nesse caso, a importância do ângulo ressonante pode ser entendida observando que quando o objeto está no periélio, ou seja , então ${\displaystyle \phi \,}$${\displaystyle \lambda =\varpi }$

${\displaystyle \phi =q\cdot (\varpi -\lambda _{\rm {N}})}$

isto é, dá uma medida da distância entre o periélio do objeto e Netuno. O objeto é protegido da perturbação mantendo seu periélio longe de Netuno, desde que as libras estejam em um ângulo distante de 0 °. ${\displaystyle \phi \,}$${\displaystyle \phi \,}$

Métodos de classificação

Como os elementos orbitais são conhecidos com uma precisão limitada, as incertezas podem levar a falsos positivos (ou seja, classificação como ressonante de uma órbita que não é). Uma abordagem recente considera não apenas a órbita de melhor ajuste atual, mas também duas órbitas adicionais correspondentes às incertezas dos dados observacionais. Em termos simples, o algoritmo determina se o objeto ainda seria classificado como ressonante se sua órbita real diferisse da órbita de melhor ajuste, como resultado dos erros nas observações. As três órbitas são integradas numericamente ao longo de um período de 10 milhões de anos. Se todas as três órbitas permanecerem ressonantes (ou seja, o argumento da ressonância é librante, consulte a definição formal ), a classificação como um objeto ressonante é considerada segura. Se apenas duas das três órbitas estiverem librando, o objeto é classificado como provavelmente em ressonância. Finalmente, se apenas uma órbita passa no teste, a vizinhança da ressonância é observada para encorajar outras observações para melhorar os dados. Os dois valores extremos do semieixo maior usados ​​no algoritmo são determinados para corresponder às incertezas dos dados de no máximo 3 desvios padrão . Essa faixa de valores de semieixo deve, com uma série de suposições, reduzir a probabilidade de que a órbita real esteja além dessa faixa para menos de 0,3%. O método é aplicável a objetos com observações abrangendo pelo menos 3 oposições.

Referências

Leitura adicional

• John K. Davies; Luis H. Barrera, eds. (03/08/2004). A primeira revisão decadal do cinturão Edgeworth-Kuiper . Springer. ISBN 1-4020-1781-2.
• EI Chiang; JR Lovering; RL Millis; MW Buie; LH Wasserman & KJ Meech (junho de 2003). "Famílias Ressonantes e Seculares do Cinturão de Kuiper". Terra, Lua e planetas . Springer Netherlands. 92 (1–4): 49–62. arXiv : astro-ph / 0309250 . Bibcode : 2003EM & P ... 92 ... 49C . doi : 10.1023 / B: MOON.0000031924.20073.d0 . S2CID  189905712 .
• EI Chiang; AB Jordan; RL Millis; MW Buie; LH Wasserman; JL Elliot; SD Kern; DE Trilling; KJ Meech e RM Wagner (21/01/2003). "Ocupação de ressonância no cinturão de Kuiper: exemplos de caso das ressonâncias 5: 2 e trojan". The Astronomical Journal . 126 (1): 430–443. arXiv : astro-ph / 0301458 . Bibcode : 2003AJ .... 126..430C . doi : 10.1086 / 375207 . S2CID  54079935 .
• Renu Malhotra. "O Cinturão de Kuiper como um disco de detritos" (PDF) . Arquivado do original (PDF) em 22/10/2005. Cite journal requires |journal= (help)( como HTML )