De un artículo de Guillermo Carvajal
Los cuatro planetas más grandes de nuestro sistema solar aparecen como puntos brillantes, pero los planetas interiores están demasiado cerca del Sol para poder verse.
Un equipo de astrónomos de la Universidad de Princeton y del Institute for Advanced Study ha identificado lo que parece ser una nueva agrupación de objetos en el interior del cinturón de Kuiper, la lejana franja de cuerpos helados más allá de la órbita de Neptuno.
Esta estructura, bautizada como el núcleo interno, se encuentra justo al lado de otra agrupación ya conocida llamada el núcleo, y su descubrimiento sugiere que la arquitectura de esta región del sistema solar podría ser más compleja de lo que se pensaba.
El estudio, liderado por Amir Siraj, Christopher F. Chyba y Scott Tremaine, se centró en aplicar por primera vez un potente algoritmo de búsqueda de patrones, normalmente utilizado para analizar grandes conjuntos de datos astronómicos, al mapa de órbitas de los objetos del cinturón de Kuiper.
El resultado fue la aparición de este nuevo grupo, ubicado a una distancia media del Sol de aproximadamente 43 Unidades Astronómicas (UA), ligeramente más cerca que el núcleo original, situado a unas 44 UA.
Una Unidad Astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol, unos 150 millones de kilómetros.
El núcleo original fue descubierto en 2011 por el astrónomo Jean-Marc Petit y su equipo.
Ellos notaron, simplemente mirando gráficos de las órbitas, una concentración inusual de objetos con órbitas muy circulares y poco inclinadas alrededor de los 44 UA.
Este hallazgo fue como encontrar un barrio particularmente denso en una gran ciudad, solo con echar un vistazo a un mapa.
a parte principal del cinturón de Kuiper comienza en la órbita de Neptuno. Crédito: NASA
La pregunta que se hicieron Siraj y sus colegas fue: ¿habrá más «barrios» como este que hayan pasado desapercibidos a simple vista?
Para responderla, decidieron utilizar una herramienta más sofisticada: un algoritmo de computadora llamado DBSCAN
Este algoritmo es experto en encontrar grupos densos de puntos de datos en medio del «ruido» de información dispersa.
Se ha usado, por ejemplo, para identificar cúmulos de estrellas en la vasta base de datos de la misión Gaia, pero nunca antes se había aplicado sistemáticamente al cinturón de Kuiper.
Sin embargo, no se podía simplemente introducir las órbitas observadas directamente en el algoritmo.
Las órbitas de estos objetos lejanos, conocidos como Objetos del Cinturón de Kuiper (KBOs), no son fijas. Se ven perturbadas por los gigantes gaseosos, principalmente Neptuno, haciendo que sus parámetros orbitales cambien con el tiempo.
Es como si intentáramos estudiar la distribución de coches en una ciudad midiendo su posición y velocidad en un momento concreto de mucho tráfico: obtendríamos una imagen distorsionada.
Para solucionar esto, los investigadores calcularon lo que se conoce como «elementos orbitales libres».
En términos simples, separaron el «movimiento propio» de cada objeto de las «sacudidas» gravitatorias inducidas por los planetas. Al eliminar estas perturbaciones, obtuvieron una visión más limpia y estable de las órbitas primordiales de los KBOs, aquella que mejor refleja cómo se distribuyeron originalmente.
Este paso fue crucial para poder buscar estructuras antiguas que de otro modo estarían enmascaradas.
El equipo utilizó una base de datos de 1650 objetos clásicos del cinturón de Kuiper –aquellos con órbitas estables y no demasiado excéntricas– y calculó para cada uno su distancia media libre, su excentricidad libre y su inclinación libre.
Con estos tres valores como coordenadas en un espacio tridimensional, ejecutaron el algoritmo DBSCAN.
Un desafío con este tipo de algoritmos es que sus resultados pueden depender de los parámetros que se elijan.
Para evitar que su descubrimiento fuera un mero artefacto de una configuración específica, los investigadores realizaron el análisis de manera «condicional». Se plantearon una pregunta concreta: ¿puede el algoritmo recuperar el núcleo ya conocido? Y, si lo hace, ¿encuentra al mismo tiempo algún otro grupo?
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La respuesta fue afirmativa en ambos casos. Para un amplio rango de parámetros razonables, DBSCAN fue consistentemente capaz de identificar un grupo que coincidía con la definición del núcleo ya descubierto. Y, crucialmente, en todos esos casos, DBSCAN identifica un cluster adicional en a ~ 43 UA.
Este grupo adicional es el que han denominado núcleo interno.
Según el estudio, el núcleo interno tiene sus propias particularidades.
Se centra alrededor de los 43 UA, mientras que el núcleo está en 44 UA.
El núcleo interno tiene una distribución de excentricidades «más fría» que la del núcleo.
Sus órbitas son, en promedio, aún más circulares.
El rango de excentricidad libre para el núcleo interno está entre 0.01 y 0.06. Al igual que el núcleo original y el resto de la población «fría» del cinturón de Kuiper, los objetos del núcleo interno tienen órbitas que se sitúan muy cerca del plano del sistema solar, con inclinaciones libres bajas.
Uno de los aspectos más intrigantes del descubrimiento es que los investigadores no pueden afirmar con total seguridad si el núcleo y el núcleo interno son dos estructuras genuinamente separadas o si forman parte de una sola estructura más grande y continua.
El algoritmo DBSCAN es sensible a la densidad.
Cuando los investigadores ajustan ligeramente sus parámetros para ser un poco más «permisivos» al definir un grupo, el núcleo y el núcleo interno se fusionan en una única y gran agrupación.¿Qué podría estar causando esta ambigüedad? Los autores proponen una pista importante: el aparente vacío de objetos entre los 43 y 44 UA podría deberse a la presencia de una «resonancia media-moción» con Neptuno a 43.7 UA.
Las resonancias son regiones donde las órbitas de los objetos son periódicamente perturbadas por la gravedad del planeta, lo que a menudo las vuelve inestables y las despobla.
La resonancia 7:4 con Neptuno, situada justo entre las dos agrupaciones, podría estar actuando como una barrera, creando la ilusión de dos grupos separados donde en realidad hay uno solo con un hueco en el medio.
Por lo tanto, las explicaciones posibles son dos.
Como señalan los autores: como resultado, hay dos explicaciones alternativas que no podemos distinguir: o el núcleo es significativamente más grande de lo que se pensaba, o hay una estructura adicional y distinta en el cinturón de Kuiper clásico frío. En cualquier caso, el núcleo interno, como se describe aquí, es el componente adicional.
Una evidencia que sugiere que podrían ser distintos es que sus distribuciones de excentricidad son notablemente diferentes. El núcleo interno es estadísticamente «más frío» (menos excéntrico).
El hallazgo del núcleo interno, independientemente de que sea una estructura separada o una extensión del núcleo, tiene implicaciones para nuestra comprensión de la formación y evolución del sistema solar.
Las órbitas particularmente ordenadas y circulares del núcleo interno implican que esta región del cinturón de Kuiper experimentó muy poco «calentamiento dinámico», es decir, pocas perturbaciones violentas en el pasado.
En cuanto a su origen, los autores especulan que la migración saltarina de Neptuno, una teoría que sugiere que el planeta se desplazó hacia el exterior en una serie de saltos inestables, es una explicación plausible para la formación tanto del núcleo como del núcleo interno.
Por el contrario, descartan en gran medida la posibilidad de que sea una familia colisional (los fragmentos de una gran colisión antigua) debido a su estrecha extensión en distancia media.La confirmación y mejor caracterización del núcleo interno llegará, probablemente, en los próximos años. El estudio menciona que el futuro Observatorio Vera C. Rubin y su Legacy Survey of Space and Time (LSST) comenzarán pronto a escanear el cielo con una profundidad y frecuencia sin precedentes. Se espera que este monumental sondeo astronómico multiplique el número de objetos del cinturón de Kuiper conocidos, permitiendo a los científicos determinar con mayor precisión si el núcleo interno es una realidad distintiva y, en última instancia, resolver el misterio de su formación
NO SE DEBE SER DÉBIL, SI SE QUIERE SER LIBRE