Los investigadores han estado muy ocupados intentando comprender la composición y evolución del cinturón de Kuiper del sistema solar desde que se planteó la hipótesis poco después del descubrimiento de Plutón en 1930. En particular, los pares binarios de objetos que se encuentran allí son útiles como indicadores, ya que su existencia hoy en día ofrece una imagen de cuán energética o violenta fue la evolución del sistema solar en sus inicios, hace cuatro mil millones de años.
Al observar de cerca la evolución de un objeto binario ultraancho (separado), los investigadores incluyeron más física que revela mucho sobre su arquitectura y desarrollo. Descubrieron que estos sistemas binarios ultraanchos pueden no haberse formado en el sistema solar primigenio, como se pensaba. Su trabajo se ha publicado en Nature Astronomy.
«En los confines del sistema solar, existe una población de sistemas binarios tan separados que parecía que valía la pena investigar si podrían sobrevivir o no 4 mil millones de años sin estar [completamente] separados de alguna manera», dijo Hunter M. Campbell de la Universidad de Oklahoma en los EE. UU.
«Si se formaron en el Cinturón de Kuiper primitivo y sobrevivieron durante tanto tiempo, se podrían sacar muchas conclusiones sobre cuán enérgica o violenta fue la evolución del sistema solar en sus inicios».
El Cinturón de Kuiper es la región en forma de toro del sistema solar que contiene planetesimales y cuerpos más pequeños que quedaron de la formación del sistema solar. Comienza aproximadamente en la órbita de Neptuno, que se encuentra a una distancia media de 30 unidades astronómicas (UA) del Sol, y se extiende hasta unas 55 UA, inclinado dentro de 10° respecto del plano eclíptico de la Tierra.
Más masivo que el Cinturón de Asteroides en 20 a 200 veces, está formado por pequeños restos de la formación del sistema solar; la mayoría son volátiles helados compuestos de moléculas como metano, amoníaco y agua. En su interior se encuentran los planetas enanos Plutón, Eris, Orcus y otros. Se cree que existen más de 100.000 objetos del Cinturón de Kuiper de más de 100 km de diámetro.
Los objetos clásicos fríos del cinturón de Kuiper, en un subconjunto del cinturón de Kuiper, son una clase de cuerpos pequeños con órbitas no perturbadas más allá de la órbita de Neptuno; estos objetos son primitivos y conservan información sobre la formación del sistema solar. Nunca migraron como lo hizo Neptuno hacia afuera del Sol durante el sistema solar primitivo. Esta región tiene la mayor cantidad de sistemas binarios ultraanchos (UWB): casi un tercio de los objetos en esta región son binarios, ligados gravitacionalmente a otro objeto, y un porcentaje de ellos son sistemas binarios ultraanchos (UWB), con diámetros de objetos de aproximadamente 100 km pero separados por decenas de miles de kilómetros.
«Muchos trabajos en el pasado han examinado la evolución binaria como impulsada por colisiones con cuerpos que pasan», dijo Campbell. «Nuestro trabajo examina la evolución impulsada por perturbaciones gravitacionales».
A pesar de su rareza y de su susceptibilidad a las perturbaciones, las UWB actuales se han utilizado para limitar su distancia mínima a Neptuno en el sistema solar primitivo y el número aproximado de objetos transneptunianos (TNO) de tamaño kilométrico en el cinturón de Kuiper actual.
Sin embargo, se ha asumido implícitamente que la arquitectura de las UWB, con su amplio espaciamiento, procedía del sistema solar primigenio. Pero Campbell y su equipo se preguntaron si en un principio podrían haber existido objetos binarios estrechamente unidos que, a través de colisiones con TNO a lo largo de los eones, perdieron parte de su control entre sí y, aunque seguían unidos, su separación evolucionó hasta convertirse en ultraancha.
Sin embargo, los estudios han demostrado que el número de TNO que pasan o impactan en el cinturón de Kuiper moderno es demasiado pequeño para producir de manera significativa la población de UWB.
A medida que Neptuno se alejaba del Sol (de 24 a 30 UA), algunos de estos objetos se difundieron dinámicamente hasta que comenzaron a interactuar fuertemente con los planetas gigantes exteriores del sistema solar, cuando fueron expulsados del sistema solar o atrapados en la nube de Oort.
Se cree que entre el 99 y el 99,9% de los planetesimales del cinturón primordial son expulsados del dinámico cinturón de Kuiper, objetos que se formaron mucho más cerca del Sol y migraron a sus órbitas actuales al ser expulsados por Neptuno. Dado que un objeto afectado del cinturón primordial tarda al menos 10 millones de años en ser eliminado, Campbell y sus colegas se preguntaron si la inclusión de los numerosos cruces del cinturón clásico frío de dichos TNO perturbados podría ser sustancialmente mayor que la inferida a partir de las observaciones modernas, lo que expondría a los sistemas binarios a mayores perturbaciones gravitacionales.
Eso es precisamente lo que encontraron en su simulación de la evolución del cinturón de Kuiper. Las UWB no parecen ser primordiales, por lo que no pueden limitar el sistema solar primitivo como se ha pensado.
«A partir de nuestros hallazgos, parece que estas perturbaciones son bastante significativas, hasta el punto de que esas binarias anchas probablemente no podrían haber sobrevivido mucho tiempo», dijo Campbell.
«Pero las perturbaciones también son capaces de generar más de esas binarias anchas, alejando lentamente las binarias inicialmente más estrechas y más estables hasta que se vuelven anchas».
Al someter las binarias tempranas a cuatro mil millones de años de sobrevuelos desde estas diferentes trayectorias de TNO, descubrieron que «la ampliación de las binarias TNO más estrechas a configuraciones UWB no era infrecuente en nuestras simulaciones».
Calculan que los pasos de TNO ensancharían hasta un 10% de las binarias moderadamente estrechas a UWB a lo largo del lapso de 4 mil millones de años del sistema solar. Pero el resultado no es válido para las binarias más estrechas.
«A medida que se descubran más sistemas binarios del cinturón de Kuiper y tengamos una mejor idea de la amplia población de sistemas binarios, podremos reducir las limitaciones sobre la evolución del cinturón de Kuiper y los planetas gigantes que lo impulsaron», dijo Campbell.
Como se han visto discos de KB similares en otros sistemas estelares, «si sabemos más sobre cómo se formó el nuestro, podemos aprender un poco más sobre cómo se formaron los otros y hacer algunas conjeturas sobre qué otros planetas podrían estar escondidos allí y que son demasiado difíciles de ver de otra manera».
Con información de Nature
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