Cinturón de Kuiper

Objetos conocidos en el cinturón Kuiper más allá de la órbita de Neptuno. (Scale in AU; epoch as of January 2015.)

Sol Júpiter trojans Planetas gigantes: J S U N Centauurs

Neptune trojans Cinturón Resonante Kuiper Cinturón clásico de Kuiper Disco estafador

Distancias pero no tamaños son a escala. El disco amarillo es del tamaño de la órbita de Marte.
Fuente: Minor Planet Center, www.cfeps.net y otros

El cinturón de Kuiper () es un disco circunestelar en el Sistema Solar exterior, que se extiende desde la órbita de Neptuno a 30 unidades astronómicas (UA) hasta aproximadamente 50 UA del Sol. Es similar al cinturón de asteroides, pero es mucho más grande: 20 veces más ancho y entre 20 y 200 veces más masivo. Al igual que el cinturón de asteroides, se compone principalmente de pequeños cuerpos o restos de cuando se formó el Sistema Solar. Si bien muchos asteroides se componen principalmente de roca y metal, la mayoría de los objetos del cinturón de Kuiper se componen principalmente de volátiles congelados (denominados "hielo"), como el metano, el amoníaco y el agua. El cinturón de Kuiper alberga la mayoría de los objetos que los astrónomos generalmente aceptan como planetas enanos: Orcus, Plutón, Haumea, Quaoar y Makemake. Algunas de las lunas del Sistema Solar, como Tritón de Neptuno y Febe de Saturno, pueden haberse originado en la región.

El cinturón de Kuiper recibió su nombre del astrónomo holandés Gerard Kuiper, aunque no predijo su existencia. En 1992, se descubrió el planeta menor (15760) Albion, el primer objeto del cinturón de Kuiper (KBO) desde Plutón (en 1930) y Caronte (en 1978). Desde su descubrimiento, el número de KBO conocidos ha aumentado a miles, y se cree que existen más de 100 000 KBO de más de 100 km (62 mi) de diámetro. Inicialmente se pensó que el cinturón de Kuiper era el depósito principal de cometas periódicos, aquellos con órbitas que duran menos de 200 años. Los estudios desde mediados de la década de 1990 han demostrado que el cinturón es dinámicamente estable y que los cometas' el verdadero lugar de origen es el disco disperso, una zona dinámicamente activa creada por el movimiento hacia el exterior de Neptuno hace 4500 millones de años; Los objetos de discos dispersos como Eris tienen órbitas extremadamente excéntricas que los llevan hasta 100 UA del Sol.

El cinturón de Kuiper es distinto de la hipotética nube de Oort, que se cree que es mil veces más distante y en su mayoría esférica. Los objetos dentro del cinturón de Kuiper, junto con los miembros del disco disperso y cualquier objeto potencial de la nube de Hills o de la nube de Oort, se denominan colectivamente como objetos transneptunianos (TNO). Plutón es el miembro más grande y masivo del cinturón de Kuiper y el TNO más grande y segundo más masivo conocido, superado solo por Eris en el disco disperso. Originalmente considerado un planeta, el estado de Plutón como parte del cinturón de Kuiper hizo que fuera reclasificado como planeta enano en 2006. Su composición es similar a muchos otros objetos del cinturón de Kuiper, y su período orbital es característico de un clase de KBO, conocidos como "plutinos," que comparten la misma resonancia 2:3 con Neptuno.

El cinturón de Kuiper y Neptuno se pueden tratar como un marcador de la extensión del Sistema Solar, siendo las alternativas la heliopausa y la distancia a la que la influencia gravitatoria del Sol coincide con la de otras estrellas (estimada en entre 50000 AU y 125000 AU).

Historia

Plutón y Charon

Después del descubrimiento de Plutón en 1930, muchos especularon que podría no estar solo. La región ahora llamada el cinturón de Kuiper fue hipotetizada en varias formas durante décadas. Fue solo en 1992 que se encontró la primera evidencia directa de su existencia. El número y la variedad de especulaciones previas sobre la naturaleza del cinturón de Kuiper han llevado a una continua incertidumbre sobre quién merece el crédito por proponerlo primero.

Hipótesis

El primer astrónomo que sugirió la existencia de una población transneptuniana fue Frederick C. Leonard. Poco después del descubrimiento de Plutón por Clyde Tombaugh en 1930, Leonard se preguntó si no era probable que en Plutón haya salido a la luz el primero de una serie de cuerpos ultra-neptunianos, cuyos miembros restantes aún esperan ser descubiertos pero que están destinados a ser detectados con el tiempo". Ese mismo año, el astrónomo Armin O. Leuschner sugirió que Plutón "podría ser uno de los muchos objetos planetarios de período largo aún por descubrir".

Astronomer Gerard Kuiper, después de quien se llama el cinturón Kuiper

En 1943, en el Journal of the British Astronomical Association, Kenneth Edgeworth planteó la hipótesis de que, en la región más allá de Neptuno, el material dentro de la nebulosa solar primordial estaba demasiado espaciado para condensarse en planetas, y así más bien condensado en una miríada de cuerpos más pequeños. A partir de esto, concluyó que "la región exterior del sistema solar, más allá de las órbitas de los planetas, está ocupada por una gran cantidad de cuerpos comparativamente pequeños". y que, de vez en cuando, uno de ellos "vaga de su propia esfera y aparece como un visitante ocasional del sistema solar interior", convirtiéndose en un cometa.

En 1951, en un artículo en Astrophysics: A Topical Symposium, Gerard Kuiper especuló sobre la formación temprana de un disco similar en la evolución del Sistema Solar, pero no pensó que tal un cinturón todavía existía hoy. Kuiper estaba operando bajo la suposición, común en su época, de que Plutón era del tamaño de la Tierra y, por lo tanto, había dispersado estos cuerpos hacia la nube de Oort o fuera del Sistema Solar. Si la hipótesis de Kuiper fuera correcta, hoy no habría un cinturón de Kuiper.

La hipótesis tomó muchas otras formas en las décadas siguientes. En 1962, el físico Al G.W. Cameron postuló la existencia de 'una enorme masa de material pequeño en las afueras del sistema solar'. En 1964, Fred Whipple, quien popularizó la famosa "bola de nieve sucia" hipótesis de la estructura del cometa, pensó que un "cinturón de cometas" podría ser lo suficientemente masiva como para causar las supuestas discrepancias en la órbita de Urano que habían provocado la búsqueda del Planeta X o, al menos, lo suficientemente masiva como para afectar las órbitas de los cometas conocidos. La observación descartó esta hipótesis.

En 1977, Charles Kowal descubrió 2060 Chiron, un planetoide helado con una órbita entre Saturno y Urano. Usó un comparador de parpadeo, el mismo dispositivo que le había permitido a Clyde Tombaugh descubrir Plutón casi 50 años antes. En 1992, se descubrió otro objeto, 5145 Pholus, en una órbita similar. Hoy en día, se sabe que existe una población completa de cuerpos similares a cometas, llamados centauros, en la región entre Júpiter y Neptuno. Los centauros' las órbitas son inestables y tienen vidas dinámicas de unos pocos millones de años. Desde el momento del descubrimiento de Quirón en 1977, los astrónomos han especulado que, por lo tanto, los centauros deben ser reabastecidos con frecuencia por algún depósito exterior.

Posteriormente surgieron más pruebas de la existencia del cinturón de Kuiper a partir del estudio de los cometas. Hace tiempo que se sabe que los cometas tienen una vida útil finita. A medida que se acercan al Sol, su calor hace que sus superficies volátiles se sublimen en el espacio, dispersándolas gradualmente. Para que los cometas continúen siendo visibles a lo largo de la edad del Sistema Solar, deben reponerse con frecuencia. Una propuesta para tal área de reabastecimiento es la nube de Oort, posiblemente un enjambre esférico de cometas que se extiende más allá de las 50 000 UA del Sol, planteado por primera vez como hipótesis por el astrónomo holandés Jan Oort en 1950. Se cree que la nube de Oort es el punto de origen de los cometas de larga distancia. cometas del período, que son aquellos, como Hale-Bopp, con órbitas que duran miles de años.

Existe otra población de cometas, conocida como cometas periódicos o de período corto, que consiste en aquellos cometas que, como el cometa Halley, tienen períodos orbitales de menos de 200 años. En la década de 1970, la velocidad a la que se descubrían los cometas de período corto se estaba volviendo cada vez más inconsistente con el hecho de que emergieran únicamente de la nube de Oort. Para que un objeto de la nube de Oort se convierta en un cometa de período corto, primero tendría que ser capturado por los planetas gigantes. En un artículo publicado en Mensual Notices of the Royal Astronomical Society en 1980, el astrónomo uruguayo Julio Fernández afirmó que por cada cometa de período corto enviado al Sistema Solar interior desde la nube de Oort, 600 habrían ser expulsado al espacio interestelar. Especuló que se requeriría un cinturón de cometas de entre 35 y 50 UA para dar cuenta del número observado de cometas. Siguiendo el trabajo de Fernández, en 1988 el equipo canadiense de Martin Duncan, Tom Quinn y Scott Tremaine realizó una serie de simulaciones por computadora para determinar si todos los cometas observados podrían haber llegado desde la nube de Oort. Descubrieron que la nube de Oort no podía dar cuenta de todos los cometas de período corto, particularmente porque los cometas de período corto se agrupan cerca del plano del Sistema Solar, mientras que los cometas de la nube de Oort tienden a llegar desde cualquier punto del cielo. Con un 'cinturón', como lo describió Fernández, agregado a las formulaciones, las simulaciones coincidieron con las observaciones. Según se informa, porque las palabras "Kuiper" y "cinturón cometa" apareció en la oración inicial del artículo de Fernández, Tremaine nombró a esta región hipotética el 'cinturón de Kuiper'.

Descubrimiento

El conjunto de telescopios sobre Mauna Kea, con los que se descubrió el cinturón Kuiper

En 1987, el astrónomo británico David Jewitt, entonces en el MIT, se sintió cada vez más desconcertado por el "aparente vacío del Sistema Solar exterior". Animó a la entonces estudiante de posgrado Jane Luu a que lo ayudara en su esfuerzo por localizar otro objeto más allá de la órbita de Plutón porque, como él le dijo, "si no lo hacemos, nadie lo hará". 34; Usando telescopios en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona y el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, Jewitt y Luu realizaron su búsqueda de la misma manera que lo habían hecho Clyde Tombaugh y Charles Kowal, con un comparador intermitente. Inicialmente, el examen de cada par de placas tomaba unas ocho horas, pero el proceso se aceleró con la llegada de los dispositivos electrónicos de carga acoplada o CCD, que, aunque su campo de visión era más estrecho, no solo eran más eficientes en la captación de luz (retenían el 90% de la luz que les llegaba, en lugar del 10% que logran las fotografías) pero permitían que el proceso de parpadeo se hiciera virtualmente, en una pantalla de computadora. Hoy en día, los CCD constituyen la base de la mayoría de los detectores astronómicos. En 1988, Jewitt se trasladó al Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawái. Más tarde, Luu se unió a él para trabajar en el telescopio de 2,24 m de la Universidad de Hawái en Mauna Kea. Finalmente, el campo de visión de los CCD aumentó a 1024 por 1024 píxeles, lo que permitió realizar búsquedas mucho más rápidamente. Finalmente, después de cinco años de búsqueda, Jewitt y Luu anunciaron el 30 de agosto de 1992 el 'Descubrimiento del objeto candidato del cinturón de Kuiper 1992 QB1'. Este objeto más tarde se llamaría 15760 Albion. Seis meses después, descubrieron un segundo objeto en la región, (181708) 1993 FW. Para 2018, se habían descubierto más de 2000 objetos del cinturón de Kuiper.

Se encontraron más de mil cuerpos en un cinturón en los veinte años (1992-2012), después de encontrar 1992 QB₁ (nombrado en 2018, 15760 Albion), mostrando un vasto cinturón de cuerpos más allá de Plutón y Albion. Para la década de 2010, se desconoce en gran medida el alcance total y la naturaleza de los cuerpos del cinturón de Kuiper. Finalmente, a fines de la década de 2010, una nave espacial no tripulada pasó cerca de dos KBO, lo que proporcionó observaciones mucho más cercanas del sistema plutoniano y otro KBO.

Los estudios realizados desde que se cartografió por primera vez la región transneptuniana han demostrado que la región ahora llamada cinturón de Kuiper no es el punto de origen de los cometas de período corto, sino que derivan de una población vinculada llamada disco disperso. El disco disperso se creó cuando Neptuno emigró hacia el exterior del cinturón proto-Kuiper, que en ese momento estaba mucho más cerca del Sol, y dejó a su paso una población de objetos dinámicamente estables que nunca podrían verse afectados por su órbita (el cinturón de Kuiper). propiamente dicho), y una población cuyos perihelios están lo suficientemente cerca como para que Neptuno aún pueda perturbarlos mientras viaja alrededor del Sol (el disco disperso). Debido a que el disco disperso es dinámicamente activo y el cinturón de Kuiper relativamente estable dinámicamente, el disco disperso ahora se ve como el punto de origen más probable para los cometas periódicos.

Nombre

Los astrónomos a veces usan el nombre alternativo Edgeworth-cinturón de Kuiper para dar crédito a Edgeworth, y los KBO se conocen ocasionalmente como EKO. Brian G. Marsden afirma que ninguno de los dos merece el verdadero crédito: "Ni Edgeworth ni Kuiper escribieron sobre nada remotamente parecido a lo que estamos viendo ahora, pero Fred Whipple sí". David Jewitt comenta: "En todo caso... Fernández casi merece el crédito por predecir el Cinturón de Kuiper."

Los KBO a veces se llaman "kuiperoides", un nombre sugerido por Clyde Tombaugh. El término "objeto transneptuniano" (TNO) es recomendado para objetos en el cinturón por varios grupos científicos porque el término es menos controvertido que todos los demás; sin embargo, no es un sinónimo exacto, ya que los TNO incluyen todos los objetos que orbitan alrededor del Sol más allá de la órbita de Neptuno, no solo aquellos en el cinturón de Kuiper.

Estructura

En su máxima extensión (pero excluyendo el disco disperso), incluidas sus regiones periféricas, el cinturón de Kuiper se extiende aproximadamente entre 30 y 55 AU. En general, se acepta que el cuerpo principal del cinturón se extiende desde la resonancia de movimiento medio de 2:3 (ver más abajo) a 39,5 AU hasta la resonancia de 1:2 a aproximadamente 48 AU. El cinturón de Kuiper es bastante grueso, con la concentración principal que se extiende hasta diez grados fuera del plano de la eclíptica y una distribución más difusa de objetos que se extiende varias veces más lejos. En general, se parece más a un toro o dona que a un cinturón. Su posición media está inclinada con respecto a la eclíptica en 1,86 grados.

La presencia de Neptuno tiene un profundo efecto en la estructura del cinturón de Kuiper debido a las resonancias orbitales. En una escala de tiempo comparable a la edad del Sistema Solar, la gravedad de Neptuno desestabiliza las órbitas de cualquier objeto que se encuentre en ciertas regiones y los envía al Sistema Solar interior o al disco disperso o al espacio interestelar.. Esto hace que el cinturón de Kuiper tenga brechas pronunciadas en su diseño actual, similares a las brechas de Kirkwood en el cinturón de asteroides. En la región entre 40 y 42 AU, por ejemplo, ningún objeto puede mantener una órbita estable durante esos tiempos, y cualquier observado en esa región debe haber migrado allí hace relativamente poco tiempo.

Las diversas clases dinámicas de objetos trans-neptunianos.

Cinturón clásico

Entre las resonancias 2:3 y 1:2 con Neptuno, aproximadamente entre 42 y 48 AU, las interacciones gravitatorias con Neptuno se producen durante una escala de tiempo prolongada y los objetos pueden existir con sus órbitas esencialmente inalteradas. Esta región se conoce como el cinturón de Kuiper clásico y sus miembros comprenden aproximadamente dos tercios de los KBO observados hasta la fecha. Debido a que el primer KBO moderno descubierto (Albion, pero llamado durante mucho tiempo (15760) 1992 QB₁), se considera el prototipo de este grupo, los KBO clásicos a menudo se denominan cubewanos ("Q-B- 1-os"). Las pautas establecidas por la IAU exigen que los KBO clásicos reciban nombres de seres mitológicos asociados con la creación.

El cinturón de Kuiper clásico parece ser una combinación de dos poblaciones separadas. El primero, conocido como el "dinámicamente frío" población, tiene órbitas muy parecidas a los planetas; casi circulares, con una excentricidad orbital de menos de 0,1 y con inclinaciones relativamente bajas de hasta unos 10° (se encuentran cerca del plano del Sistema Solar en lugar de formar un ángulo). La población fría también contiene una concentración de objetos, denominada núcleo, con semiejes principales en 44–44,5 AU. El segundo, el "dinámicamente caliente" población, tiene órbitas mucho más inclinadas a la eclíptica, hasta 30°. Las dos poblaciones han sido nombradas de esta manera no por una gran diferencia de temperatura, sino por analogía con las partículas de un gas, que aumentan su velocidad relativa a medida que se calientan. Las dos poblaciones no solo están en órbitas diferentes, la población fría también difiere en color y albedo, siendo más roja y brillante, tiene una fracción más grande de objetos binarios, tiene una distribución de tamaño diferente y carece de objetos muy grandes. La masa de la población dinámicamente fría es aproximadamente 30 veces menor que la masa de los calientes. La diferencia de colores puede ser un reflejo de diferentes composiciones, lo que sugiere que se formaron en diferentes regiones. Se propone que la población caliente se formó cerca de la órbita original de Neptuno y que se dispersó durante la migración de los planetas gigantes. Se ha propuesto que la población fría, por otro lado, se formó más o menos en su posición actual porque es poco probable que los binarios sueltos sobrevivan a los encuentros con Neptuno. Aunque el modelo de Niza parece poder explicar, al menos parcialmente, una diferencia de composición, también se ha sugerido que la diferencia de color puede reflejar diferencias en la evolución de la superficie.

Resonancias

Distribución de cubewanos (azul), Resonantes objetos trans-neptunianos (rojo), Sednoids (amarillo) y objetos dispersos (verde)

Clasificación orbital (esquemática de ejes semi-major)

Cuando el período orbital de un objeto es una proporción exacta del de Neptuno (una situación llamada resonancia de movimiento medio), entonces puede bloquearse en un movimiento sincronizado con Neptuno y evitar ser perturbado si sus alineaciones relativas son apropiadas. Si, por ejemplo, un objeto orbita alrededor del Sol dos veces por cada tres órbitas de Neptuno, y si alcanza el perihelio con Neptuno a un cuarto de órbita de él, entonces cada vez que regrese al perihelio, Neptuno estará siempre en la misma posición relativa. como comenzó, porque habrá completado 1+1⁄2 órbitas al mismo tiempo. Esto se conoce como resonancia 2:3 (o 3:2) y corresponde a un semieje principal característico de aproximadamente 39,4 AU. Esta resonancia 2:3 está poblada por unos 200 objetos conocidos, incluido Plutón junto con sus lunas. En reconocimiento a esto, los miembros de esta familia son conocidos como plutinos. Muchos plutinos, incluido Plutón, tienen órbitas que cruzan la de Neptuno, aunque su resonancia significa que nunca pueden colisionar. Los plutinos tienen excentricidades orbitales altas, lo que sugiere que no son nativos de sus posiciones actuales, sino que fueron arrojados al azar a sus órbitas por la migración de Neptuno. Las pautas de la IAU dictan que todos los plutinos deben, como Plutón, llevar el nombre de las deidades del inframundo. La resonancia 1:2 (cuyos objetos completan la mitad de una órbita para cada uno de los de Neptuno) corresponde a ejes semi-mayores de ~47,7 UA y está escasamente poblada. Sus residentes a veces se denominan twotinos. También existen otras resonancias en 3:4, 3:5, 4:7 y 2:5. Neptuno tiene una serie de objetos troyanos, que ocupan sus puntos de Lagrangian, regiones gravitacionalmente estables que lo conducen y lo siguen en su órbita. Los troyanos de Neptuno tienen una resonancia de movimiento medio de 1:1 con Neptuno y suelen tener órbitas muy estables.

Además, hay una ausencia relativa de objetos con semiejes mayores por debajo de 39 AU que aparentemente no puede explicarse por las resonancias actuales. La hipótesis actualmente aceptada sobre la causa de esto es que a medida que Neptuno migró hacia el exterior, las resonancias orbitales inestables se movieron gradualmente a través de esta región y, por lo tanto, cualquier objeto dentro de ella fue arrastrado o expulsado gravitacionalmente de ella.

Acantilado de Kuiper

Histograma de los ejes semi-major de objetos de cinturón Kuiper con inclinaciones por encima y por debajo de 5 grados. Las especias de los plutinos y el "panel" son visibles en 39–40 UA y 44 UA.

La resonancia 1:2 a 47,8 AU parece ser un límite más allá del cual se conocen pocos objetos. No está claro si en realidad es el borde exterior del cinturón clásico o solo el comienzo de una amplia brecha. Se han detectado objetos en la resonancia 2:5 a aproximadamente 55 AU, muy por fuera del cinturón clásico; Las predicciones de un gran número de cuerpos en órbitas clásicas entre estas resonancias no se han verificado mediante observación.

Basado en estimaciones de la masa primordial requerida para formar Urano y Neptuno, así como cuerpos tan grandes como Plutón (ver § Distribución de masa y tamaño), los modelos anteriores del cinturón de Kuiper habían sugerido que el número de objetos grandes aumentaría por un factor de dos más allá de las 50 AU, por lo que esta caída repentina y drástica, conocida como el acantilado de Kuiper, fue inesperada y, hasta la fecha, se desconoce su causa. Bernstein, Trilling, et al. (2003) encontraron evidencia de que la rápida disminución de objetos de 100 km o más de radio más allá de 50 UA es real y no se debe a un sesgo de observación. Las posibles explicaciones incluyen que el material a esa distancia era demasiado escaso o estaba demasiado disperso para acumularse en objetos grandes, o que los procesos posteriores eliminaron o destruyeron los que lo hicieron. Patryk Lykawka de la Universidad de Kobe afirmó que la atracción gravitatoria de un gran objeto planetario invisible, quizás del tamaño de la Tierra o Marte, podría ser el responsable.

Origen

Simulación mostrando planetas externos y Cinturón Kuiper: (a) antes de Júpiter/Saturn 1:2 resonancia, (b) dispersión de objetos del cinturón Kuiper en el Sistema Solar después del cambio orbital de Neptuno, (c) después de la eyección de cuerpos del cinturón Kuiper por Júpiter

Cinturón Kuiper (verde), en las afueras del Sistema Solar

Los orígenes precisos del cinturón de Kuiper y su estructura compleja aún no están claros, y los astrónomos están esperando la finalización de varios telescopios de exploración de campo amplio, como Pan-STARRS y el futuro LSST, que deberían revelar muchos KBO actualmente desconocidos. Estas encuestas proporcionarán datos que ayudarán a determinar las respuestas a estas preguntas. Pan-STARRS 1 terminó su misión científica principal en 2014, y los datos completos de las encuestas de Pan-STARRS 1 se publicaron en 2019, lo que ayudó a revelar muchos más KBO.

Se cree que el cinturón de Kuiper está formado por planetesimales, fragmentos del disco protoplanetario original alrededor del Sol que no lograron fusionarse completamente en planetas y, en cambio, se formaron en cuerpos más pequeños, el más grande de menos de 3000 kilómetros (1900 mi) de diámetro. Los estudios de los recuentos de cráteres en Plutón y Caronte revelaron una escasez de cráteres pequeños, lo que sugiere que tales objetos se formaron directamente como objetos de tamaño considerable en el rango de decenas de kilómetros de diámetro en lugar de acumularse a partir de cuerpos mucho más pequeños, de una escala de aproximadamente un kilómetro. Los mecanismos hipotéticos para la formación de estos cuerpos más grandes incluyen el colapso gravitatorio de nubes de guijarros concentrados entre remolinos en un disco protoplanetario turbulento o en inestabilidades de flujo. Estas nubes que colapsan pueden fragmentarse, formando binarios.

Las modernas simulaciones por computadora muestran que el cinturón de Kuiper estuvo fuertemente influenciado por Júpiter y Neptuno, y también sugieren que ni Urano ni Neptuno podrían haberse formado en sus posiciones actuales, porque existía muy poca materia primordial en ese rango para producir objetos de tal tamaño. gran masa. En cambio, se estima que estos planetas se formaron más cerca de Júpiter. La dispersión de planetesimales a principios de la historia del Sistema Solar habría llevado a la migración de las órbitas de los planetas gigantes: Saturno, Urano y Neptuno se desplazaron hacia afuera, mientras que Júpiter se desplazó hacia adentro. Finalmente, las órbitas se desplazaron hasta el punto en que Júpiter y Saturno alcanzaron una resonancia exacta de 1:2; Júpiter orbitó el Sol dos veces por cada órbita de Saturno. Las repercusiones gravitatorias de tal resonancia finalmente desestabilizaron las órbitas de Urano y Neptuno, causando que se dispersaran hacia afuera en órbitas de alta excentricidad que cruzaban el disco planetesimal primordial.

Si bien la órbita de Neptuno era muy excéntrica, sus resonancias de movimiento medio se superponían y las órbitas de los planetesimales evolucionaban caóticamente, lo que permitía que los planetesimales vagaran hacia afuera hasta la resonancia 1:2 de Neptuno para formar una dinámicamente cinturón frío de objetos de baja inclinación. Más tarde, después de que disminuyó su excentricidad, la órbita de Neptuno se expandió hacia su posición actual. Muchos planetesimales fueron capturados y permanecen en resonancias durante esta migración, otros evolucionaron hacia órbitas de mayor inclinación y menor excentricidad y escaparon de las resonancias a órbitas estables. Muchos más planetesimales se dispersaron hacia el interior, con pequeñas fracciones capturadas como troyanos de Júpiter, como satélites irregulares que orbitan los planetas gigantes y como asteroides del cinturón exterior. El resto fue dispersado nuevamente por Júpiter y, en la mayoría de los casos, expulsado del Sistema Solar, lo que redujo la población primordial del cinturón de Kuiper en un 99% o más.

La versión original del modelo más popular actualmente, el "modelo Nice", reproduce muchas características del cinturón de Kuiper, como el "frío" y "caliente" poblaciones, objetos resonantes y un disco disperso, pero aún no tiene en cuenta algunas de las características de sus distribuciones. El modelo predice una excentricidad promedio más alta en las órbitas KBO clásicas que la observada (0.10–0.13 versus 0.07) y su distribución de inclinación pronosticada contiene muy pocos objetos de alta inclinación. Además, la frecuencia de los objetos binarios en el cinturón frío, muchos de los cuales están muy separados y unidos de forma suelta, también plantea un problema para el modelo. Se predice que estos se separaron durante los encuentros con Neptuno, lo que llevó a algunos a proponer que el disco frío se formó en su ubicación actual, lo que representa la única población verdaderamente local de cuerpos pequeños en el sistema solar.

Una modificación reciente del modelo de Niza hace que el Sistema Solar comience con cinco planetas gigantes, incluido un gigante de hielo adicional, en una cadena de resonancias de movimiento medio. Aproximadamente 400 millones de años después de la formación del Sistema Solar, la cadena de resonancia se rompe. En lugar de dispersarse en el disco, los gigantes de hielo primero migran hacia el exterior varias UA. Esta migración divergente eventualmente conduce a un cruce de resonancia, desestabilizando las órbitas de los planetas. El gigante de hielo adicional se encuentra con Saturno y se dispersa hacia el interior en una órbita que cruza Júpiter y, después de una serie de encuentros, es expulsado del Sistema Solar. Los planetas restantes luego continúan su migración hasta que el disco planetesimal está casi agotado y quedan pequeñas fracciones en varios lugares.

Al igual que en el modelo original de Niza, los objetos se capturan en resonancia con Neptuno durante su migración hacia el exterior. Algunos permanecen en las resonancias, otros evolucionan hacia órbitas de mayor inclinación y menor excentricidad, y se liberan en órbitas estables que forman el cinturón clásico dinámicamente caliente. La distribución de la inclinación del cinturón caliente se puede reproducir si Neptuno migró de 24 AU a 30 AU en una escala de tiempo de 30 Myr. Cuando Neptuno migra a 28 UA, tiene un encuentro gravitatorio con el gigante de hielo extra. Los objetos capturados desde el cinturón frío en la resonancia de movimiento medio 1:2 con Neptuno quedan atrás como una concentración local a 44 AU cuando este encuentro hace que el semieje mayor de Neptuno salte hacia afuera. Los objetos depositados en el cinturón de frío incluyen algunos 'azules' sueltos encuadernados. binarios que se originan más cerca que la ubicación actual del cinturón frío. Si la excentricidad de Neptuno se mantiene pequeña durante este encuentro, se evita la evolución caótica de las órbitas del modelo original de Niza y se conserva un cinturón frío primordial. En las últimas fases de la migración de Neptuno, un barrido lento de resonancias de movimiento medio elimina los objetos de mayor excentricidad del cinturón frío, truncando su distribución de excentricidad.

Composición

El espectro infrarrojo de Eris y Plutón, destacando sus líneas comunes de absorción de metano

Al estar distantes del Sol y de los principales planetas, se cree que los objetos del cinturón de Kuiper no se ven afectados por los procesos que han dado forma y alterado a otros objetos del Sistema Solar; por lo tanto, determinar su composición proporcionaría información sustancial sobre la composición del Sistema Solar más antiguo. Debido a su pequeño tamaño y a su extrema distancia de la Tierra, la composición química de los KBO es muy difícil de determinar. El principal método por el cual los astrónomos determinan la composición de un objeto celeste es la espectroscopia. Cuando la luz de un objeto se divide en los colores que la componen, se forma una imagen similar a un arcoíris. Esta imagen se llama espectro. Diferentes sustancias absorben luz en diferentes longitudes de onda, y cuando el espectro de un objeto específico se desentraña, aparecen líneas oscuras (llamadas líneas de absorción) donde las sustancias dentro de él han absorbido esa longitud de onda de luz en particular. Cada elemento o compuesto tiene su propia firma espectroscópica única, y al leer la 'huella digital' espectral completa de un objeto, los astrónomos pueden determinar su composición.

El análisis indica que los objetos del cinturón de Kuiper están compuestos por una mezcla de roca y una variedad de hielos, como agua, metano y amoníaco. La temperatura del cinturón es de solo unos 50 K, por lo que muchos compuestos que serían gaseosos más cerca del Sol permanecen sólidos. Las densidades y las fracciones de roca y hielo se conocen solo para un pequeño número de objetos para los cuales se han determinado los diámetros y las masas. El diámetro se puede determinar tomando imágenes con un telescopio de alta resolución como el Telescopio Espacial Hubble, por el momento de una ocultación cuando un objeto pasa frente a una estrella o, más comúnmente, usando el albedo de un objeto calculado a partir de su emisiones infrarrojas. Las masas se determinan utilizando los semiejes mayores y los periodos de los satélites, que por lo tanto solo se conocen para unos pocos objetos binarios. Las densidades van desde menos de 0,4 a 2,6 g/cm³. Se cree que los objetos menos densos están compuestos en gran parte de hielo y tienen una porosidad significativa. Los objetos más densos probablemente estén compuestos de roca con una fina capa de hielo. Hay una tendencia de densidades bajas para objetos pequeños y densidades altas para objetos más grandes. Una posible explicación de esta tendencia es que el hielo se perdió de las capas superficiales cuando los objetos diferenciados chocaron para formar los objetos más grandes.

La impresión del artista de plutino y posible asteroide tipo C (120216) 2004 EW95

Al principio, era imposible realizar un análisis detallado de los KBO, por lo que los astrónomos solo podían determinar los datos más básicos sobre su composición, principalmente su color. Estos primeros datos mostraron una amplia gama de colores entre los KBO, que van desde el gris neutro hasta el rojo intenso. Esto sugirió que sus superficies estaban compuestas por una amplia gama de compuestos, desde hielos sucios hasta hidrocarburos. Esta diversidad fue sorprendente, ya que los astrónomos esperaban que los KBO fueran uniformemente oscuros, habiendo perdido la mayoría de los hielos volátiles de sus superficies por los efectos de los rayos cósmicos. Se sugirieron varias soluciones para esta discrepancia, incluida la repavimentación por impactos o desgasificación. El análisis espectral de Jewitt y Luu de los objetos conocidos del cinturón de Kuiper en 2001 encontró que la variación en el color era demasiado extrema para ser explicada fácilmente por impactos aleatorios. Se cree que la radiación del Sol ha alterado químicamente el metano en la superficie de los KBO, produciendo productos como las tolinas. Se ha demostrado que Makemake posee una serie de hidrocarburos derivados del procesamiento por radiación del metano, incluidos el etano, el etileno y el acetileno.

Aunque hasta la fecha, la mayoría de los KBO todavía aparecen sin rasgos espectrales debido a su desvanecimiento, ha habido una serie de éxitos en la determinación de su composición. En 1996, Robert H. Brown et al. adquirió datos espectroscópicos en el KBO 1993 SC, que revelaron que la composición de su superficie es notablemente similar a la de Plutón, así como a la luna de Neptuno, Tritón, con grandes cantidades de hielo de metano. Para los objetos más pequeños, solo se han determinado los colores y en algunos casos los albedos. Estos objetos se dividen en gran medida en dos clases: grises con albedos bajos o muy rojos con albedos más altos. Se supone que la diferencia de colores y albedos se debe a la retención o pérdida de sulfuro de hidrógeno (H₂S) en la superficie de estos objetos, con las superficies de aquellos que se formaron lo suficientemente lejos del Sol para retener H₂S siendo enrojecido por la irradiación.

Los KBO más grandes, como Plutón y Quaoar, tienen superficies ricas en compuestos volátiles como metano, nitrógeno y monóxido de carbono; la presencia de estas moléculas probablemente se deba a su presión de vapor moderada en el rango de temperatura de 30 a 50 K del cinturón de Kuiper. Esto les permite hervir ocasionalmente en sus superficies y luego volver a caer como nieve, mientras que los compuestos con puntos de ebullición más altos permanecerían sólidos. La abundancia relativa de estos tres compuestos en los KBO más grandes está directamente relacionada con la gravedad de su superficie y la temperatura ambiente, lo que determina cuáles pueden retener. Se ha detectado hielo de agua en varios KBO, incluidos miembros de la familia Haumea como 1996 TO66, objetos de tamaño medio como 38628 Huya y 20000 Varuna, y también en algunos objetos pequeños.. La presencia de hielo cristalino en objetos grandes y medianos, incluido 50000 Quaoar donde también se ha detectado hidrato de amoníaco, puede indicar actividad tectónica pasada con la ayuda de la disminución del punto de fusión debido a la presencia de amoníaco.

Distribución de masa y tamaño

A pesar de su gran extensión, la masa colectiva del cinturón de Kuiper es relativamente baja. Se estima que la masa total de la población dinámicamente caliente es el 1% de la masa de la Tierra. Se estima que la población dinámicamente fría es mucho más pequeña con solo el 0,03% de la masa de la Tierra. Si bien se cree que la población dinámicamente caliente es el remanente de una población mucho más grande que se formó más cerca del Sol y se dispersó hacia afuera durante la migración de los planetas gigantes, en contraste, se cree que la población dinámicamente fría se formó en su ubicación actual.. La estimación más reciente (2018) sitúa la masa total del cinturón de Kuiper en (1,97±0,30)×10⁻² Masas terrestres basadas en la influencia que ejerce sobre el movimiento de los planetas.

La pequeña masa total de la población dinámicamente fría presenta algunos problemas para los modelos de formación del Sistema Solar porque se requiere una masa considerable para la acumulación de KBO de más de 100 km (62 mi) de diámetro. Si el frío cinturón de Kuiper clásico siempre hubiera tenido su baja densidad actual, estos grandes objetos simplemente no podrían haberse formado por la colisión y fusión de planetesimales más pequeños. Además, la excentricidad y la inclinación de las órbitas actuales hacen que los encuentros sean bastante "violentos" resultando en destrucción en lugar de acumulación. Se cree que la eliminación de una gran fracción de la masa de la población dinámicamente fría es poco probable. La influencia actual de Neptuno es demasiado débil para explicar una "aspiración" tan masiva, y la extensión de la pérdida de masa por la molienda por colisión está limitada por la presencia de binarios débilmente unidos en el disco frío, que probablemente ser interrumpido en las colisiones. En lugar de formarse a partir de colisiones de planetesimales más pequeños, el objeto más grande puede haberse formado directamente a partir del colapso de nubes de guijarros.

Ilustración de la ley de poder

Las distribuciones de tamaño de los objetos del cinturón de Kuiper siguen una serie de leyes de potencia. Una ley de potencia describe la relación entre N(D) (el número de objetos de diámetro mayor que D) y D, y se conoce como pendiente de brillo. El número de objetos es inversamente proporcional a alguna potencia del diámetro D:

dNdD∝ ∝ D− − q.{displaystyle {frac {dN}{dD}propto D^{-q} que rinde (suponiendo q no es 1):N∝ ∝ D1− − q+una constante.{displaystyle Npropto D^{1-q}+{text{a constant }}

(La constante puede ser distinta de cero solo si la ley de potencia no se aplica a valores altos de D).

Las primeras estimaciones que se basaron en mediciones de la distribución de magnitud aparente encontraron un valor de q = 4 ± 0,5, lo que implicaba que hay 8 (=2³) veces más objetos en el 100– rango de 200 km que en el rango de 200 a 400 km.

Investigaciones recientes han revelado que las distribuciones de tamaño de los objetos clásicos calientes y clásicos fríos tienen diferentes pendientes. La pendiente de los objetos calientes es q = 5,3 en diámetros grandes y q = 2,0 en diámetros pequeños con el cambio de pendiente a los 110 km. La pendiente para los objetos fríos es q = 8,2 en diámetros grandes y q = 2,9 en diámetros pequeños con un cambio de pendiente a los 140 km. Las distribuciones de tamaño de los objetos dispersos, los plutinos y los troyanos de Neptuno tienen pendientes similares a las de otras poblaciones dinámicamente activas, pero en cambio pueden tener un divot, una disminución pronunciada en la cantidad de objetos por debajo de un tamaño específico. Se supone que esta chuleta se debe a la evolución por colisión de la población o a que la población se formó sin objetos por debajo de este tamaño, siendo los objetos más pequeños fragmentos de los objetos originales.

Los objetos del cinturón de Kuiper más pequeños conocidos con radios inferiores a 1 km solo han sido detectados por ocultaciones estelares, ya que son demasiado tenues (magnitud 35) para ser vistos directamente por telescopios como el telescopio espacial Hubble. Los primeros informes de estas ocultaciones fueron de Schlichting et al. en diciembre de 2009, quien anunció el descubrimiento de un pequeño objeto del cinturón de Kuiper con un radio de subkilómetro en la fotometría de archivo Hubble de marzo de 2007. Con un radio estimado de 520±60 m o un diámetro de 1040± 120 m, el objeto fue detectado por Hubble's sistema de seguimiento de estrellas cuando ocultó brevemente una estrella durante 0,3 segundos. En un estudio posterior publicado en diciembre de 2012, Schlichting et al. realizó un análisis más exhaustivo de la fotometría de archivo del Hubble e informó otro evento de ocultación por un objeto del cinturón de Kuiper de tamaño subkilómetro, estimado en 530±70 m en radio o 1060±140 m de diámetro. A partir de los eventos de ocultación detectados en 2009 y 2012, Schlichting et al. determinó que la pendiente de distribución del tamaño del objeto del cinturón de Kuiper es q = 3,6 ± 0,2 o q = 3,8 ± 0,2, con los supuestos de una sola ley de potencia y una distribución de latitud eclíptica uniforme. Su resultado implica un fuerte déficit de objetos del cinturón de Kuiper de tamaño inferior al kilómetro en comparación con las extrapolaciones de la población de objetos más grandes del cinturón de Kuiper con diámetros superiores a 90 km.

Objetos dispersos

Comparación de las órbitas de objetos de disco dispersos (negro), KBOs clásicos (azul), y 2:5 objetos resonantes (verde). Orbits of other KBOs are gray. (Los ejes orbitales se han alineado para la comparación.)

El disco disperso es una región escasamente poblada que se superpone con el cinturón de Kuiper pero se extiende más allá de las 100 UA. Los objetos de disco dispersos (SDO) tienen órbitas muy elípticas, a menudo también muy inclinadas a la eclíptica. La mayoría de los modelos de formación del Sistema Solar muestran que tanto los KBO como los SDO se forman primero en un cinturón primordial, con interacciones gravitacionales posteriores, particularmente con Neptuno, enviando los objetos hacia afuera, algunos a órbitas estables (los KBO) y otros a órbitas inestables, el disco disperso. Debido a su naturaleza inestable, se sospecha que el disco disperso es el punto de origen de muchos de los cometas de período corto del Sistema Solar. Sus órbitas dinámicas ocasionalmente los fuerzan hacia el Sistema Solar interior, primero convirtiéndose en centauros y luego en cometas de período corto.

Según Minor Planet Center, que cataloga oficialmente todos los objetos transneptunianos, un KBO es cualquier objeto que orbita exclusivamente dentro de la región definida del cinturón de Kuiper, independientemente de su origen o composición. Los objetos que se encuentran fuera del cinturón se clasifican como objetos dispersos. En algunos círculos científicos, el término "objeto del cinturón de Kuiper" se ha convertido en sinónimo de cualquier planeta menor helado nativo del Sistema Solar exterior que se supone que formaba parte de esa clase inicial, incluso si su órbita durante la mayor parte de la historia del Sistema Solar ha estado más allá del cinturón de Kuiper (por ejemplo, en la región del disco disperso). A menudo describen objetos de discos dispersos como "objetos del cinturón de Kuiper dispersos". Eris, que se sabe que es más masivo que Plutón, a menudo se denomina KBO, pero técnicamente es un SDO. Aún no se ha alcanzado un consenso entre los astrónomos sobre la definición precisa del cinturón de Kuiper, y este problema sigue sin resolverse.

También se cree que los centauros, que normalmente no se consideran parte del cinturón de Kuiper, son objetos dispersos, con la única diferencia de que estaban dispersos hacia adentro, en lugar de hacia afuera. El Minor Planet Center agrupa a los centauros y los SDO como objetos dispersos.

Tritón

La luna de Neptune Triton

Durante su período de migración, se cree que Neptuno capturó un gran KBO, Tritón, que es la única luna grande del Sistema Solar con una órbita retrógrada (es decir, orbita en sentido opuesto a la rotación de Neptuno).. Esto sugiere que, a diferencia de las grandes lunas de Júpiter, Saturno y Urano, que se cree que se fusionaron a partir de discos giratorios de material alrededor de sus jóvenes planetas progenitores, Tritón era un cuerpo completamente formado que fue capturado del espacio circundante. La captura gravitacional de un objeto no es fácil: requiere algún mecanismo para reducir la velocidad del objeto lo suficiente como para ser atrapado por la gravedad del objeto más grande. Una posible explicación es que Tritón era parte de un sistema binario cuando se encontró con Neptuno. (Muchos KBO son miembros de binarios. Ver más abajo). La expulsión del otro miembro del binario por parte de Neptune podría explicar la captura de Tritón. Tritón es solo un 14% más grande que Plutón, y el análisis espectral de ambos mundos muestra que sus superficies están compuestas en gran parte por materiales similares, como metano y monóxido de carbono. Todo esto apunta a la conclusión de que Triton fue una vez un KBO que fue capturado por Neptune durante su migración hacia el exterior.

Los KBO más grandes

Comparación artística de Plutón, Eris, Haumea, Makemake, Gonggong, Quaoar, Sedna, Orcus, Salacia, 2002 MS4, y la Tierra junto con la Luna

• v
• t
• e

Desde el año 2000, se han descubierto varios KBO con diámetros de entre 500 y 1500 km (932 mi), más de la mitad del de Plutón (2370 km de diámetro). 50000 Quaoar, un KBO clásico descubierto en 2002, tiene más de 1200 km de ancho. Makemake y Haumea, ambos anunciados el 29 de julio de 2005, son aún más grandes. Otros objetos, como 28978 Ixion (descubierto en 2001) y 20000 Varuna (descubierto en 2000), miden aproximadamente 600–700 km (373–435 mi) de ancho.

Plutón

El descubrimiento de estos grandes KBO en órbitas similares a la de Plutón llevó a muchos a concluir que, aparte de su tamaño relativo, Plutón no era particularmente diferente de otros miembros del cinturón de Kuiper. Estos objetos no solo son similares a Plutón en tamaño, sino que muchos también tienen satélites y tienen una composición similar (se han encontrado metano y monóxido de carbono tanto en Plutón como en los KBO más grandes). Así, así como Ceres era considerado un planeta antes del descubrimiento de sus compañeros asteroides, algunos comenzaron a sugerir que Plutón también podría ser reclasificado.

El problema llegó a un punto crítico con el descubrimiento de Eris, un objeto en el disco disperso mucho más allá del cinturón de Kuiper, que ahora se sabe que es un 27 % más masivo que Plutón. (Originalmente se pensó que Eris era más grande que Plutón en volumen, pero la misión New Horizons descubrió que no era así). En respuesta, la Unión Astronómica Internacional (UAI) se vio obligada a definir qué es un planet es por primera vez y, al hacerlo, se incluye en su definición que un planeta debe haber "limpiado el vecindario alrededor de su órbita". Como Plutón comparte su órbita con muchos otros objetos de tamaño considerable, se consideró que no había despejado su órbita y, por lo tanto, fue reclasificado de planeta a planeta enano, lo que lo convirtió en miembro del cinturón de Kuiper.

Aunque Plutón es actualmente el KBO más grande conocido, hay al menos un objeto más grande conocido actualmente fuera del cinturón de Kuiper que probablemente se originó en él: Tritón, la luna de Neptuno (que, como se explicó anteriormente, es probablemente un KBO capturado).

No está claro cuántos KBO son lo suficientemente grandes como para ser planetas enanos. La consideración de las densidades sorprendentemente bajas de muchos candidatos a planetas enanos sugiere que no muchos lo son. Orcus, Pluto, Haumea, Quaoar y Makemake son aceptados por la mayoría de los astrónomos; algunos han propuesto otros organismos, como Salacia, 2002 MS4, 2002 AW197 e Ixion.

Satélites

Se sabe que los seis TNO más grandes (Eris, Pluto, Gonggong, Makemake, Haumea y Quaoar) tienen satélites, y dos de ellos tienen más de uno. Un porcentaje más alto de los KBO más grandes tienen satélites que los objetos más pequeños en el cinturón de Kuiper, lo que sugiere que el responsable fue un mecanismo de formación diferente. También hay una gran cantidad de objetos binarios (dos objetos lo suficientemente cercanos en masa como para estar orbitando 'entre sí') en el cinturón de Kuiper. El ejemplo más notable es el binario Plutón-Caronte, pero se estima que alrededor del 11% de los KBO existen en binarios.

Exploración

El KBO 486958 Arrokoth (círculos verdes), el objetivo seleccionado para el Nuevos Horizontes Misión del objeto del cinturón de Kuiper

El 19 de enero de 2006, se lanzó la primera nave espacial para explorar el cinturón de Kuiper, New Horizons, que sobrevoló Plutón el 14 de julio de 2015. Más allá del sobrevuelo de Plutón, la misión El objetivo era localizar e investigar otros objetos más lejanos en el cinturón de Kuiper.

Diagrama que muestra la ubicación de 486958 Arrokoth y trayectoria para cita

Nuevos Horizontes color imagen compuesta de Arrokoth mostrando su color rojo, sugiriendo compuestos orgánicos. Hasta ahora, es la única KBO además de Plutón y sus satélites a ser visitados por una nave espacial.

El 15 de octubre de 2014, se reveló que Hubble había descubierto tres objetivos potenciales, designados provisionalmente PT1 ("objetivo potencial 1"), PT2 y PT3 por Equipo de Nuevos Horizontes. Los objetos' se estimó que los diámetros estaban en el rango de 30 a 55 km; demasiado pequeño para ser visto por telescopios terrestres, a distancias del Sol de 43 a 44 AU, lo que ubicaría los encuentros en el período 2018-2019. Las probabilidades iniciales estimadas de que estos objetos eran accesibles dentro del presupuesto de combustible de New Horizons' eran 100 %, 7% y 97%, respectivamente. Todos eran miembros de la "fría" (baja inclinación, baja excentricidad) cinturón de Kuiper clásico y, por lo tanto, muy diferente de Plutón. PT1 (con la designación temporal "1110113Y" en el sitio web del HST), el objeto situado más favorablemente, tenía una magnitud de 26,8, 30–45 km de diámetro y se encontró en enero de 2019. Una vez que se obtuvo suficiente información orbital provisto, Minor Planet Center otorgó designaciones oficiales a los tres KBO objetivo: 2014 MU69 (PT1), 2014 OS393 (PT2) y 2014 PN70 (PT3). Para el otoño de 2014, un posible cuarto objetivo, 2014 MT69, había sido eliminado por observaciones de seguimiento. PT2 estaba fuera de carrera antes del sobrevuelo de Plutón.

El 26 de agosto de 2015, el primer objetivo, 2014 MU₆₉ (apodado "Ultima Thule" y luego llamado 486958 Arrokoth), fue elegido. El ajuste de rumbo tuvo lugar a fines de octubre y principios de noviembre de 2015, lo que llevó a un sobrevuelo en enero de 2019. El 1 de julio de 2016, la NASA aprobó fondos adicionales para New Horizons para visitar el objeto.

El 2 de diciembre de 2015, New Horizons detectó lo que entonces se llamaba 1994 JR1 (más tarde llamado 15810 Arawn) de 270 millones de kilómetros (170×10^⁶ mi) de distancia.

El 1 de enero de 2019, New Horizons sobrevoló con éxito Arrokoth y devolvió datos que mostraban que Arrokoth era un binario de contacto de 32 km de largo por 16 km de ancho. El instrumento Ralph a bordo de New Horizons confirmó el color rojo de Arrokoth. Los datos del sobrevuelo se seguirán descargando durante los próximos 20 meses.

No se planean misiones de seguimiento para New Horizons, aunque se han estudiado al menos dos conceptos para misiones que regresarían a la órbita o aterrizarían en Plutón. Más allá de Plutón, existen muchos KBO grandes que no se pueden visitar con New Horizons, como los planetas enanos Makemake y Haumea. Se encargarían nuevas misiones para explorar y estudiar estos objetos en detalle. Thales Alenia Space ha estudiado la logística de una misión orbital a Haumea, un objetivo científico de alta prioridad debido a su condición de cuerpo principal de una familia de colisiones que incluye varios otros TNO, así como el anillo de Haumea y dos lunas. El autor principal, Joel Poncy, ha abogado por una nueva tecnología que permitiría que las naves espaciales alcancen y orbiten KBO en 10 a 20 años o menos. El investigador principal de New Horizons, Alan Stern, ha sugerido de manera informal misiones que sobrevolarían los planetas Urano o Neptuno antes de visitar nuevos objetivos KBO, lo que impulsaría la exploración del cinturón de Kuiper y visitaría estos planetas gigantes de hielo por primera vez. desde los sobrevuelos de la Voyager 2 en la década de 1980.

Estudios de diseño y misiones conceptuales

Diseño para un concepto avanzado de sonda desde 1999

Quaoar ha sido considerado como un objetivo de sobrevuelo para una sonda encargada de explorar el medio interestelar, ya que actualmente se encuentra cerca de la nariz heliosférica; Pontus Brandt del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins y sus colegas han estudiado una sonda que sobrevolará Quaoar en la década de 2030 antes de continuar hacia el medio interestelar a través de la nariz heliosférica. Entre sus intereses en Quaoar se encuentran su probable desaparición de la atmósfera de metano y el criovulcanismo. La misión estudiada por Brandt y sus colegas se lanzaría usando SLS y alcanzaría los 30 km/s usando un sobrevuelo de Júpiter. Alternativamente, para una misión orbital, un estudio publicado en 2012 concluyó que Ixion y Huya se encuentran entre los objetivos más factibles. Por ejemplo, los autores calcularon que una misión orbital podría llegar a Ixion después de 17 años de tiempo de crucero si se lanza en 2039.

A fines de la década de 2010, un estudio de diseño realizado por Glen Costigan y sus colegas analizó la captura orbital y los escenarios de múltiples objetivos para los objetos del cinturón de Kuiper. Algunos objetos del cinturón de Kuiper estudiados en ese artículo en particular incluyeron 2002 UX25, 1998 WW31 y 47171 Lempo. Otro estudio de diseño realizado por Ryan McGranaghan y sus colegas en 2011 exploró una encuesta de naves espaciales de los grandes objetos transneptunianos Quaoar, Sedna, Makemake, Haumea y Eris.

Las misiones interestelares han evaluado incluir un sobrevuelo de objetos del Cinturón de Kuiper como parte de su misión.

Cinturones de Kuiper extrasolares

Discos de escombros alrededor de las estrellas HD 139664 y HD 53143 – círculo negro de estrellas ocultas cámara para mostrar discos.

Para 2006, los astrónomos habían resuelto discos de polvo que se creía que eran estructuras similares al cinturón de Kuiper alrededor de nueve estrellas distintas del Sol. Parecen dividirse en dos categorías: cinturones anchos, con radios de más de 50 UA, y cinturones estrechos (probablemente como el del Sistema Solar) con radios de entre 20 y 30 UA y límites relativamente definidos. Más allá de esto, entre el 15 y el 20% de las estrellas de tipo solar tienen un exceso de infrarrojo observado que sugiere estructuras masivas similares al cinturón de Kuiper. La mayoría de los discos de escombros conocidos alrededor de otras estrellas son bastante jóvenes, pero las dos imágenes de la derecha, tomadas por el Telescopio Espacial Hubble en enero de 2006, son lo suficientemente viejas (aproximadamente 300 millones de años) para haberse asentado en configuraciones estables. La imagen de la izquierda es una "vista superior" de un cinturón ancho, y la imagen de la derecha es una "vista de borde" de un cinturón estrecho. Las simulaciones por computadora del polvo en el cinturón de Kuiper sugieren que cuando era más joven, podría haberse parecido a los anillos estrechos que se ven alrededor de las estrellas más jóvenes.