Disco disperso - Scattered disc

Eris , o maior objeto de disco espalhado conhecido (centro), e sua lua Disnomia (à esquerda do objeto)

O disco espalhado (ou disco espalhado ) é um disco circunstelar distante no Sistema Solar que é esparsamente povoado por pequenos corpos gelados do sistema solar , que são um subconjunto da família mais ampla de objetos transnetunianos . Os objetos de disco espalhado (SDOs) têm excentricidades orbitais que variam de até 0,8, inclinações de até 40 ° e periélios maiores que 30 unidades astronômicas (4,5 × 10 9  km; 2,8 × 10 9  mi). Acredita-se que essas órbitas extremas sejam o resultado do "espalhamento" gravitacional pelos gigantes gasosos , e os objetos continuam sujeitos à perturbação do planeta Netuno .

Embora os objetos de disco espalhado mais próximos se aproximem do Sol em cerca de 30-35 UA, suas órbitas podem se estender bem além de 100 UA. Isso torna os objetos espalhados entre os objetos mais frios e distantes do Sistema Solar. A porção mais interna do disco espalhado se sobrepõe a uma região em forma de toro de objetos em órbita tradicionalmente chamada de cinturão de Kuiper , mas seus limites externos alcançam muito mais longe do Sol e mais acima e abaixo da eclíptica do que o cinturão de Kuiper propriamente dito.

Por causa de sua natureza instável, os astrônomos agora consideram o disco espalhado como o local de origem da maioria dos cometas periódicos no Sistema Solar, com os centauros , uma população de corpos gelados entre Júpiter e Netuno, sendo o estágio intermediário na migração de um objeto de o disco para o Sistema Solar interno. Eventualmente, as perturbações dos planetas gigantes enviam esses objetos em direção ao Sol, transformando-os em cometas periódicos. Acredita-se que muitos objetos da nuvem de Oort proposta também tenham se originado no disco espalhado. Objetos destacados não são nitidamente distintos de objetos de disco espalhados, e alguns, como Sedna , às vezes foram considerados incluídos neste grupo.

Descoberta

Tradicionalmente, dispositivos como um comparador de piscar eram usados ​​na astronomia para detectar objetos no Sistema Solar, porque esses objetos se moviam entre duas exposições - isso envolvia etapas demoradas, como expor e revelar placas fotográficas ou filmes , e as pessoas então usando um comparador de piscar para detectar manualmente os objetos em potencial. Durante a década de 1980, o uso de câmeras baseadas em CCD em telescópios possibilitou a produção direta de imagens eletrônicas que poderiam ser prontamente digitalizadas e transferidas para imagens digitais . Como o CCD captava mais luz do que o filme (cerca de 90% contra 10% da luz que entra) e o piscar agora podia ser feito em uma tela ajustável de computador, as pesquisas permitiam um rendimento mais alto. O resultado foi uma enxurrada de novas descobertas: mais de mil objetos transnetunianos foram detectados entre 1992 e 2006.

O primeiro objeto de disco espalhado (SDO) a ser reconhecido como tal foi 1996 TL 66 , originalmente identificado em 1996 por astrônomos baseados em Mauna Kea no Havaí. Outros três foram identificados pela mesma pesquisa em 1999: 1999 CV 118 , 1999 CY 118 e 1999 CF 119 . O primeiro objeto atualmente classificado como SDO a ser descoberto foi o TL 8 de 1995 , encontrado em 1995 pela Spacewatch .

Em 2011, mais de 200 SDOs foram identificados, incluindo Gǃkúnǁʼhòmdímà (descoberto por Schwamb, Brown e Rabinowitz), 2002 TC 302 ( NEAT ), Eris (Brown, Trujillo e Rabinowitz), Sedna (Brown, Trujillo e Rabinowitz) e 2004 VN 112 ( Deep Ecliptic Survey ). Embora o número de objetos no cinturão de Kuiper e no disco espalhado sejam hipotetizados como sendo aproximadamente iguais, o viés observacional devido à sua maior distância significa que muito menos SDOs foram observados até o momento.

Subdivisões do espaço transnetuniano

A excentricidade e inclinação da população de discos dispersos em comparação com os objetos clássicos e 5: 2 ressonantes do cinturão de Kuiper

Objetos transnetunianos conhecidos são freqüentemente divididos em duas subpopulações: o cinturão de Kuiper e o disco espalhado. Um terceiro reservatório de objetos transnetunianos, a nuvem de Oort , foi hipotetizado, embora nenhuma observação direta confirmada da nuvem de Oort tenha sido feita. Alguns pesquisadores ainda sugerem um espaço de transição entre o disco espalhado e a nuvem interna de Oort, povoado por " objetos destacados ".

Disco disperso versus cinto de Kuiper

O cinturão de Kuiper é um toro relativamente espesso (ou "donut") do espaço, estendendo-se de cerca de 30 a 50 UA compreendendo duas populações principais de objetos do cinturão de Kuiper (KBOs): os objetos clássicos do cinturão de Kuiper (ou "cubewanos"), que encontram-se em órbitas intocadas por Netuno e os objetos ressonantes do cinturão de Kuiper ; aqueles que Netuno travou em uma proporção orbital precisa como 2: 3 (o objeto gira duas vezes para cada três órbitas de Netuno) e 1: 2 (o objeto gira uma vez para cada duas órbitas de Netuno). Essas relações, chamadas de ressonâncias orbitais , permitem que os KBOs persistam em regiões que a influência gravitacional de Netuno teria desaparecido com a idade do Sistema Solar, uma vez que os objetos nunca estão próximos o suficiente de Netuno para serem espalhados por sua gravidade. Aqueles em ressonâncias 2: 3 são conhecidos como " plutinos ", porque Plutão é o maior membro de seu grupo, enquanto aqueles em ressonâncias 1: 2 são conhecidos como " twotinos ".

Em contraste com o cinturão de Kuiper, a população de discos dispersos pode ser perturbada por Netuno. Objetos de discos dispersos ficam dentro do alcance gravitacional de Netuno em suas abordagens mais próximas (~ 30 UA), mas suas distâncias mais distantes chegam a muitas vezes isso. Pesquisas em andamento sugerem que os centauros , uma classe de planetóides gelados que orbitam entre Júpiter e Netuno, podem simplesmente ser SDOs lançados nas áreas internas do Sistema Solar por Netuno, tornando-os "cis-Netunianos" em vez de objetos espalhados transnetunianos. Alguns objetos, como (29981) 1999 TD 10 , borram a distinção e o Minor Planet Center (MPC), que cataloga oficialmente todos os objetos transnetunianos , agora lista centauros e SDOs juntos.

O MPC, no entanto, faz uma distinção clara entre o cinturão de Kuiper e o disco espalhado, separando esses objetos em órbitas estáveis ​​(o cinturão de Kuiper) daqueles em órbitas dispersas (o disco espalhado e os centauros). No entanto, a diferença entre o cinturão de Kuiper e o disco espalhado não é clara, e muitos astrônomos vêem o disco espalhado não como uma população separada, mas como uma região externa do cinturão de Kuiper. Outro termo usado é "objeto disperso do cinturão de Kuiper" (ou SKBO) para corpos do disco disperso.

Morbidelli e Brown propõem que a diferença entre objetos no cinturão de Kuiper e objetos de disco espalhado é que os últimos corpos "são transportados em semi-eixo maior por encontros próximos e distantes com Netuno", mas o primeiro não experimentou tais encontros próximos. Esse delineamento é inadequado (como eles notam) com a idade do Sistema Solar, uma vez que corpos "presos em ressonâncias" poderiam "passar de uma fase de espalhamento para uma fase de não espalhamento (e vice-versa) inúmeras vezes". Ou seja, objetos transnetunianos podem viajar para frente e para trás entre o cinturão de Kuiper e o disco espalhado ao longo do tempo. Portanto, eles escolheram definir as regiões, em vez dos objetos, definindo o disco espalhado como "a região do espaço orbital que pode ser visitada por corpos que encontraram Netuno" dentro do raio de uma esfera de Colina , e o cinturão de Kuiper como o seu "complemento ... na região a > 30 UA"; a região do Sistema Solar povoada por objetos com semi-eixos maiores maiores que 30 UA.

Objetos destacados

O Minor Planet Center classifica o objeto transnetuniano 90377 Sedna como um objeto de disco espalhado. Seu descobridor Michael E. Brown sugeriu, em vez disso, que deveria ser considerado um objeto de nuvem de Oort interno em vez de um membro do disco espalhado, porque, com uma distância do periélio de 76 UA, é muito remoto para ser afetado pela atração gravitacional dos planetas exteriores. Segundo esta definição, um objeto com um periélio maior que 40 UA pode ser classificado como fora do disco espalhado.

Sedna não é o único objeto: (148209) 2000 CR 105 (descoberto antes de Sedna) e 2004 VN 112 têm um periélio muito longe de Netuno para serem influenciados por ele. Isso levou a uma discussão entre os astrônomos sobre um novo conjunto de planetas menores, chamado de disco espalhado estendido ( E-SDO ). 2000 CR 105 também pode ser um objeto de nuvem de Oort interno ou (mais provavelmente) um objeto de transição entre o disco espalhado e a nuvem de Oort interna. Mais recentemente, esses objetos foram chamados de objetos "desanexados" ou objetos desanexados distantes ( DDO ).

Não há limites claros entre as regiões dispersas e isoladas. Gomes et al. definem SDOs como tendo "órbitas altamente excêntricas, periélios além de Netuno e semi-eixos maiores além da ressonância 1: 2." Por esta definição, todos os objetos destacados distantes são SDOs. Uma vez que as órbitas dos objetos destacados não podem ser produzidas pelo espalhamento de Netuno, mecanismos alternativos de espalhamento foram apresentados, incluindo uma estrela que passa ou um objeto distante do tamanho de um planeta . Alternativamente, foi sugerido que esses objetos foram capturados de uma estrela que passava.

Um esquema introduzido por um relatório de 2005 do Deep Ecliptic Survey por JL Elliott et al. distingue entre duas categorias: espalhados-próximos (ou seja, SDOs típicos) e espalhados-estendidos (ou seja, objetos separados). Objetos próximos dispersos são aqueles cujas órbitas não são ressonantes, não cruzam órbitas planetárias e têm um parâmetro Tisserand (em relação a Netuno) menor que 3. Objetos estendidos dispersos têm um parâmetro Tisserand (em relação a Netuno) maior que 3 e têm uma excentricidade média ao longo do tempo maior que 0,2.

Uma classificação alternativa, introduzida por BJ Gladman , BG Marsden e C. Van Laerhoven em 2007, usa integração de órbita de 10 milhões de anos em vez do parâmetro Tisserand. Um objeto se qualifica como SDO se sua órbita não for ressonante, tiver um semieixo maior não superior a 2.000 UA e, durante a integração, seu semieixo maior mostrar uma excursão de 1,5 UA ou mais. Gladman et al. sugira o termo objeto de disco de espalhamento para enfatizar esta mobilidade presente. Se o objeto não for um SDO conforme a definição acima, mas a excentricidade de sua órbita for maior que 0,240, ele é classificado como um TNO destacado . (Objetos com menor excentricidade são considerados clássicos.) Neste esquema, o disco se estende da órbita de Netuno até 2.000 UA, a região conhecida como nuvem interna de Oort.

Órbitas

Distribuição de objetos transnetunianos, com semieixo maior na horizontal e inclinação no eixo vertical. Objetos de disco dispersos são mostrados em cinza, objetos que estão em ressonância com Netuno em vermelho. Os objetos clássicos do cinturão de Kuiper (cubewanos) e sednóides são azuis e amarelos, respectivamente.

O disco espalhado é um ambiente muito dinâmico. Como ainda podem ser perturbadas por Netuno, as órbitas dos SDOs estão sempre em perigo de interrupção; seja enviado para fora para a nuvem de Oort ou para dentro da população de centauros e, finalmente, da família de cometas de Júpiter. Por esse motivo, Gladman et al. prefere se referir à região como o disco de dispersão, em vez de dispersa. Ao contrário dos objetos do cinturão de Kuiper (KBOs), as órbitas dos objetos de disco espalhado podem ser inclinadas até 40 ° da eclíptica .

SDOs são tipicamente caracterizados por órbitas com excentricidades médias e altas com um semieixo maior maior que 50 UA, mas seus periélios os colocam sob a influência de Netuno. Ter um periélio de aproximadamente 30 UA é uma das características definidoras de objetos espalhados, pois permite que Netuno exerça sua influência gravitacional.

Os objetos clássicos ( cubewanos ) são muito diferentes dos objetos espalhados: mais de 30% de todos os cubewanos estão em órbitas quase circulares de baixa inclinação, cujas excentricidades atingem o pico de 0,25. Os objetos clássicos possuem excentricidades que variam de 0,2 a 0,8. Embora as inclinações de objetos espalhados sejam semelhantes aos KBOs mais extremos, muito poucos objetos espalhados têm órbitas tão perto da eclíptica quanto a população de KBO.

Embora os movimentos no disco espalhado sejam aleatórios, eles tendem a seguir direções semelhantes, o que significa que os SDOs podem ficar presos em ressonâncias temporárias com Netuno. Exemplos de órbitas ressonantes possíveis dentro do disco espalhado incluem 1: 3, 2: 7, 3:11, 5:22 e 4:79.

Formação

Simulação mostrando planetas externos e cinturão de Kuiper: a) Antes de Júpiter / Saturno 2: 1 ressonância b) Espalhamento de objetos do cinturão de Kuiper no Sistema Solar após a mudança orbital de Netuno c) Após a ejeção dos corpos do cinturão de Kuiper por Júpiter

O disco espalhado ainda é pouco compreendido: ainda não foi proposto nenhum modelo da formação do cinturão de Kuiper e do disco espalhado que explique todas as suas propriedades observadas.

De acordo com os modelos contemporâneos, o disco espalhado se formou quando os objetos do cinturão de Kuiper (KBOs) foram "espalhados" em órbitas excêntricas e inclinadas por interação gravitacional com Netuno e os outros planetas externos . A quantidade de tempo para que esse processo ocorra permanece incerta. Uma hipótese estima um período igual a toda a idade do Sistema Solar; um segundo postula que a dispersão ocorreu de forma relativamente rápida, durante a época de migração inicial de Netuno .

Modelos para uma formação contínua ao longo da era do Sistema Solar ilustram que em ressonâncias fracas dentro do cinturão de Kuiper (como 5: 7 ou 8: 1), ou nos limites de ressonâncias mais fortes, os objetos podem desenvolver instabilidades orbitais fracas ao longo de milhões de anos. A ressonância 4: 7 em particular tem grande instabilidade. KBOs também podem ser deslocados para órbitas instáveis ​​pela passagem próxima de objetos massivos ou por meio de colisões. Com o tempo, o disco espalhado gradualmente se formaria a partir desses eventos isolados.

Simulações de computador também sugeriram uma formação mais rápida e precoce para o disco espalhado. As teorias modernas indicam que nem Urano nem Netuno poderiam ter se formado in situ além de Saturno, já que existia muito pouca matéria primordial nessa faixa para produzir objetos de tão grande massa. Em vez disso, esses planetas, e Saturno, podem ter se formado mais perto de Júpiter, mas foram lançados para fora durante a evolução inicial do Sistema Solar, talvez por meio de trocas de momento angular com objetos dispersos. Uma vez que as órbitas de Júpiter e Saturno mudaram para uma ressonância 2: 1 (duas órbitas de Júpiter para cada órbita de Saturno), sua força gravitacional combinada interrompeu as órbitas de Urano e Netuno, enviando Netuno para o "caos" temporário do proto-Kuiper cinto. À medida que Neptuno viajava para fora, ele espalhou muitos objetos transnetunianos em órbitas mais altas e excêntricas. Este modelo afirma que 90% ou mais dos objetos no disco espalhado podem ter sido "promovidos a essas órbitas excêntricas pelas ressonâncias de Netuno durante a época de migração ... [portanto] o disco espalhado pode não estar tão espalhado."

Composição

Os espectros infravermelhos de Eris e Plutão, destacando suas linhas comuns de absorção de metano

Objetos dispersos, como outros objetos transnetunianos, têm baixas densidades e são compostos principalmente de voláteis congelados , como água e metano . A análise espectral do cinturão de Kuiper selecionado e objetos espalhados revelou assinaturas de compostos semelhantes. Tanto Plutão quanto Eris, por exemplo, mostram assinaturas de metano.

Os astrônomos originalmente supuseram que toda a população transnetuniana apresentaria uma cor de superfície vermelha semelhante, pois se pensava que eles se originaram na mesma região e foram submetidos aos mesmos processos físicos. Especificamente, esperava-se que os SDOs tivessem grandes quantidades de metano na superfície, quimicamente alterado em tholins pela luz solar do sol. Isso absorveria a luz azul, criando uma tonalidade avermelhada. A maioria dos objetos clássicos exibe essa cor, mas os objetos dispersos não; em vez disso, apresentam uma aparência branca ou acinzentada.

Uma explicação é a exposição de camadas subsuperficiais mais brancas por impactos; outra é que a maior distância dos objetos espalhados do Sol cria um gradiente de composição, análogo ao gradiente de composição dos planetas terrestres e gigantes gasosos. Michael E. Brown, descobridor do objeto espalhado Eris, sugere que sua cor mais pálida pode ser porque, em sua atual distância do Sol, sua atmosfera de metano está congelada em toda a sua superfície, criando uma camada de gelo branco brilhante com centímetros de espessura . Plutão, por outro lado, estar mais perto do Sol, seria suficiente quente que o metano seria congelar única para refrigerador, alto albedo regiões, deixando baixo albedo tholin regiões -covered nua de gelo.

Cometas

O cinturão de Kuiper foi inicialmente considerado a fonte dos cometas eclíptica do Sistema Solar . No entanto, estudos da região desde 1992 mostraram que as órbitas dentro do cinturão de Kuiper são relativamente estáveis, e que os cometas eclípticos se originam do disco espalhado, onde as órbitas são geralmente menos estáveis.

Os cometas podem ser divididos em duas categorias: período curto e período longo - o último sendo considerado originário da nuvem de Oort. As duas categorias principais de cometas de período curto são cometas da família de Júpiter (JFCs) e cometas do tipo Halley . Acredita-se que os cometas do tipo Halley, que recebem o nome de seu protótipo, o Cometa Halley , tenham se originado na nuvem de Oort, mas foram atraídos para o interior do Sistema Solar pela gravidade dos planetas gigantes, enquanto os JFCs se originaram no disco espalhado. Os centauros são considerados um estágio intermediário dinâmico entre o disco espalhado e a família de Júpiter.

Existem muitas diferenças entre SDOs e JFCs, embora muitos dos cometas da família de Júpiter possam ter se originado no disco espalhado. Embora os centauros compartilhem uma coloração avermelhada ou neutra com muitos SDOs, seus núcleos são mais azuis, indicando uma diferença química ou física fundamental. Uma hipótese é que os núcleos dos cometas voltam à superfície à medida que se aproximam do Sol por materiais subterrâneos que posteriormente enterram o material mais antigo.

Veja também

Notas

Referências