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Asteroides troyanos de Júpiter

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Júpiter
Júpiter.jpg
Este recuadro: v. D. · M.

El campo gravitatorio de Júpiter , junto con la de la Sun, controla un sistema de asteroides , llamados asteroides troyanos, [1] situado en correspondencia con algunos puntos de equilibrio del Sun- sistema gravitacional Jupiter, los puntos de Lagrange , en el que la resultante entre la atracción gravitacional general ejercida por estos dos cuerpos celestes y la fuerza centrífuga aparente. En particular, la mayor concentración de asteroides se da en los puntos L 4 y L 5 (que, respectivamente, precede y sigue a Júpiter en 60º en su trayectoria orbital), ya que el triángulo de fuerzas con vértices Júpiter-Sol-L 4 o Júpiter- Sun-L 5 les permite tener una órbita estable. [1] Los asteroides troyanos están distribuidos en dos regiones oblongas y curvas alrededor de los puntos lagrangianos, [2] y tienen órbitas alrededor del Sol con un semieje mayor promedio de aproximadamente 5,2 UA . [3]

El primer asteroide troyano, 588 Achilles , fue descubierto en 1906 por Max Wolf ; [4] en 2011 se conocen 4.916, [1] [5] pero se cree que el número de troyanos mayores de 1 km es del orden de un millón, casi igual al predicho para asteroides mayores de 1 km del banda principal . [3] Como ocurre con la mayoría de los cinturones de asteroides , los troyanos forman familias . [6]

Los nombres de los asteroides troyanos de Júpiter derivan de los de los héroes que, según la mitología griega , participaron en la guerra de Troya ; [4] los troyanos de Júpiter se dividen en dos grupos principales: el campo griego (o grupo de Aquiles ), ubicado en el punto L 4 , en el que los asteroides tienen los nombres de los héroes griegos, y el campo troyano (o grupo de Patroclus ), en el punto L 5 , cuyos asteroides tienen el nombre de los héroes troyanos. [4] Sin embargo, algunos asteroides no siguen este patrón: 617 Patroclus y 624 Hektor fueron nombrados antes de que se eligiera esta división; como resultado, un héroe griego aparece en el campo de Troya y un héroe de Troya se encuentra en el campo de Grecia. [7]

Historia de observaciones

Fotografía de 1890 de Max Wolf, el descubridor del primer asteroide troyano reconocido como tal.

En 1772, el matemático Joseph-Louis Lagrange , en sus estudios sobre el problema restringido de los tres cuerpos , predijo que un cuerpo pequeño, que comparte su órbita con un planeta, pero se encuentra en un punto 60 ° delante o detrás de él a lo largo de su trayectoria orbital, está restringida cerca de uno de estos puntos; [4] el cuerpo así atrapado flota lentamente alrededor del punto exacto de equilibrio siguiendo una trayectoria en forma de herradura . [8] Estos puntos, respectivamente el anterior y el posterior, se denominan puntos lagrangianos L 4 y L 5 . [9] [10] Sin embargo, fue necesario esperar más de un siglo antes de que se descubriera el primer asteroide colocado en un punto de Lagrange. [4]

La posición de los asteroides troyanos (de color verde) con respecto a la órbita de Júpiter; nótese también el cinturón principal , entre las órbitas de Marte y Júpiter (en blanco), y la familia Hilda (marrón).

Edward Emerson Barnard hizo la primera observación registrada de lo que más tarde se reconocerá como un asteroide troyano, (12126) 1999 RM 11 , en 1904 , pero la importancia de la observación no se entendió en ese momento. [11] Barnard estaba de hecho convencido de que había observado el satélite de Saturno Phoebe , que estaba entonces a solo dos minutos de arco del objeto observado, o una estrella . La identidad del objeto no se determinó con certeza hasta que se reconstruyó su órbita en 1999 . [11]

El primer descubrimiento real de un asteroide troyano se hizo en febrero de 1906, cuando el astrónomo alemán Max Wolf , del Observatorio Heidelberg-Königstuhl , descubrió un asteroide, más tarde llamado 588 Aquiles , cerca del punto L 4 del sistema solar : Júpiter; [4] en 1906 - 1907 August Kopff descubrió dos troyanos más, rebautizados como Hektor y Patroclus . [4] Héctor, al igual que Aquiles, estaba ubicado en el punto L 4 , mientras que Patroclo fue el primer asteroide descubierto cerca del punto L 5 . [12] Hasta 1938 , se descubrieron otros 11 troyanos, [7] mientras que se descubrieron tres más en 1961 . [4] En junio de 2011 se descubrieron 3117 troyanos en el punto L 4 y 1624 en L 5 , [13] pero la tasa de descubrimientos crece rápidamente con el progreso de la calidad de los instrumentos disponibles: en enero de 2000, de hecho, solo conocía 257 troyanos en total, [9] mientras que en mayo de 2003 el número había aumentado a 1600. [2]

Nomenclatura

Los nombres de los asteroides troyanos de Júpiter derivan de los de los héroes que, según la mitología griega , participaron en la guerra de Troya ; este sistema de nomenclatura fue ideado por el astrónomo austríaco Johann Palisa , quien fue el primero en calcular con precisión sus órbitas. [4] Los asteroides colocados en correspondencia de L 4 toman su nombre de los héroes en las filas de los griegos ( campo griego o grupo de Aquiles , del mayor de los miembros), mientras que los de L 5 toman el nombre del troyano héroes ( campo de Troya o grupo Patroclus ). [4] Sin embargo, algunos asteroides no siguen este esquema de nomenclatura: 617 Patroclo fue nombrado antes de que se sancionara la división entre el campo griego y el campo troyano, de modo que el héroe griego amigo de Aquiles aparece en el campo troyano; de manera similar, en el campo griego hay un asteroide, 624 Hektor, que toma su nombre del famoso héroe troyano. [7]

Números y masa

Las estimaciones del número total de troyanos se basan en estudios en profundidad de porciones relativamente pequeñas del cielo. [3] Se cree que el número de objetos presentes en L 4 está entre 160.000 y 240.000 unidades para objetos mayores de 2 km, y asciende a alrededor de 600.000 para cuerpos mayores de un kilómetro; [3] [9] asumiendo, según estimaciones, que hay un número equivalente de objetos similares en L 5 , el número total de asteroides troyanos excedería el millón, un número comparable con el de los asteroides del cinturón principal . [3] La masa total de los troyanos se estima en 0,0001 masas terrestres , una quinta parte de la masa total del cinturón principal. [9]

Modelo de 624 Hektor, el mayor de los troyanos de Júpiter.

Sin embargo, dos estudios recientes indican que las cifras anteriores pueden sobrestimar el número de troyanos en varios órdenes de magnitud; esta sobreestimación sería atribuible: (1) a la suposición de que todos los troyanos tendrían un albedo bajo (alrededor de 0,04), mientras que los cuerpos más pequeños podrían tener un albedo medio de al menos 0,12; [14] (2) a un error al considerar la distribución de troyanos en el cielo. [15] Según las nuevas estimaciones, el número total de troyanos con un diámetro superior a 2 km sería equivalente a 6,3 ± 1,0 × 10 4 en L 4 y 3,4 ± 0,5 × 10 4 en L 5 , [15] cifras que podría reducirse en un factor de 2 si los troyanos más pequeños fueran más reflectantes que los asteroides más grandes. [14] Estos datos reflejan una disparidad en la distribución de asteroides entre los dos grupos: de hecho, el número de troyanos descubiertos en L 4 es mayor que en L 5 ; sin embargo, dado que el número de troyanos más brillantes muestra variaciones mínimas entre las dos poblaciones, esta disparidad podría atribuirse a errores sistemáticos en las encuestas. [6] Algunos modelos dinámicos también parecen indicar una mayor estabilidad del grupo en L 4 en comparación con L 5 , lo que podría justificar la diferente distribución de los objetos. [8]

El mayor de los troyanos de Júpiter es 624 Hektor , que tiene un radio medio de 101,5 ± 1,8 km. [2] Los asteroides grandes son solo una pequeña fracción de la población total; teniendo en cuenta el tamaño, se observa que el número de troyanos crece rápidamente a medida que el tamaño disminuye hasta los 84 km, mucho mayor en promedio que los del rango principal. El diámetro de 84 km corresponde a la magnitud absoluta 9.5, asumiendo un albedo de 0.04. Considerando diámetros entre 4,4 y 40 km, la distribución de las dimensiones de los troyanos es similar a la del cinturón principal. La falta de datos significa que no se sabe nada sobre las masas de troyanos más pequeños; [8] esta distribución sugiere que los troyanos más pequeños son el resultado de colisiones entre los troyanos más grandes. [6]

Parámetros orbitales

Animación de la órbita de 624 Hektor (en azul) superpuesta a la órbita de Júpiter (en rojo).

Los troyanos de Júpiter tienen órbitas con radios entre 5,05 y 5,35 AU (media, 5,2 ± 0,15 AU), y se distribuyen alrededor de regiones oblongas y curvas en los dos puntos lagrangianos; [3] cada grupo se extiende unos 26 ° a lo largo de la órbita de Júpiter, equivalente a unas 2,5 UA. [9] El grosor de los grupos es aproximadamente igual a dos radios de Hill , que, en el caso de Júpiter, equivalen a aproximadamente 0,6 AU. [8] La mayoría de los troyanos de Júpiter tienen grandes inclinaciones orbitales (más de 40 °) con respecto al plano orbital de Júpiter. [9]

Los troyanos no mantienen una separación fija del planeta: de hecho, flotan lentamente alrededor de sus respectivos puntos de equilibrio, moviéndose periódicamente hacia o desde el planeta. [8] Los troyanos generalmente siguen órbitas en herradura alrededor de sus puntos lagrangianos; el período medio de libración es de unos 150 años. [9] La amplitud de la libración (a lo largo de la órbita joviana) varía de 0,6 ° a 88 °, con una libración promedio de aproximadamente 33 °. [8] Las simulaciones muestran que los troyanos pueden seguir trayectorias en forma de herradura más complejas al moverse de un punto lagrangiano a otro, aunque actualmente no se han identificado rastros de este movimiento entre los asteroides. [8]

Familias de colisiones y asteroides binarios

La identificación de familias de colisión dentro de los troyanos es más difícil que en la banda principal debido al hecho de que los troyanos están restringidos dentro de una banda más estrecha de posibles posiciones que la banda principal; esto significa que las familias de asteroides individuales tienden a superponerse y fusionarse con el grupo en general. Sin embargo, hasta 2003 se han identificado aproximadamente una docena de familias en colisión; se trata de familias más pequeñas que las de la franja principal: el grupo de Menelao de 1647 , el más conspicuo, consta de solo ocho miembros. [6]

Entre los troyanos, solo se ha identificado un asteroide binario , 617 Patroclus; la órbita del componente secundario del asteroide es muy estrecha, sólo 650 km contra los 35.000 km de la esfera Hill del componente primario. [16] Se cree que 624 Hektor también puede ser un asteroide binario, presumiblemente en contacto . [6] [17]

Características físicas

Los troyanos de Júpiter son objetos oscuros de tamaño irregular. Su albedo geométrico generalmente varía entre el 3 y el 10%, [2] con valores promedio que rondan los 0.056 ± 0.003; [6] el asteroide con el albedo más alto (0,18) es 4709 Ennomos . [2] Sin embargo, se sabe muy poco sobre las masas, la composición química, la rotación u otros parámetros físicos de los asteroides troyanos de Júpiter. [6]

Rotación

Las propiedades de rotación de los troyanos aún no se conocen bien. El análisis de las curvas de luz de 72 troyanos permitió obtener un período de rotación promedio de alrededor de 11,2 horas, mientras que, a modo de comparación, el período de rotación promedio en la banda principal es de 10,6 horas. [18] La distribución de los períodos de rotación de los troyanos parece aproximarse a la distribución de Maxwell , [19] mientras que se encontró que la misma distribución en el cinturón principal no era Maxwelliana, con un déficit de asteroides con períodos de rotación entre 8 y 10 horas. [18] La distribución maxwelliana de los períodos de rotación de los troyanos podría indicar que los asteroides han experimentado una evolución caracterizada por eventos de colisión más frecuentes que los del cinturón principal. [18]

Una imagen, resultado de una exposición de 8 minutos a través de un telescopio de 24 ", de 624 Hektor.

En 2008, un grupo de astrónomos del Calvin College analizó las curvas de luz de una muestra de diez troyanos de baja inclinación y descubrió que el período de giro medio era de alrededor de 18,9 horas; este valor fue significativamente menor que el valor encontrado en el cinturón principal de asteroides de tamaño similar (11,5 horas). Esta diferencia podría significar que los troyanos tengan una densidad media menor, lo que podría implicar que se formaron en el cinturón de Kuiper (al respecto, ver párrafo Origen y evolución ). [20]

Composición

Desde un punto de vista espectroscópico , los troyanos de Júpiter son en su mayor parte asteroides de tipo D , un tipo que predomina en las regiones exteriores del cinturón principal; [6] una pequeña parte se clasifica como asteroides de tipo P o C , [18] cuyos espectros tienden al rojo (es decir, reflejan la luz en longitudes de onda amplias) o parecen neutrales y libres de formaciones. [2] La presencia de agua , compuestos orgánicos u otras especies químicas no se encontró con absoluta certeza en 2008, aunque el albedo inusualmente alto de 4709 Ennomos se atribuyó a la presencia de hielo de agua . Además, varios otros troyanos, como 911 Agamenón y 617 Patroclo, mostraron líneas de absorción muy tenues en longitudes de onda de 1,7 y 2,3 µm, lo que podría indicar la presencia de sustancias orgánicas. [21] Los espectros de los troyanos son similares a los de las lunas irregulares de Júpiter y, por extensión, a los núcleos cometarios , aunque los troyanos son espectralmente muy diferentes de los objetos más rojos del cinturón de Kuiper. [3] [6] El espectro de un troyano se remonta a una mezcla de agua helada, una gran cantidad de material rico en carbono (similar al carbón vegetal ) [6] y posiblemente silicatos ricos en magnesio . [18] La composición de la población troyana parece ser uniforme, con pocas o ninguna diferencia entre los dos grupos principales (campo griego y campo troyano). [22]

Un grupo de astrónomos del Observatorio Keck en Hawái anunció en 2006 que habían medido la densidad de 617 Patroclus, que era más baja que la del hielo (0,8 × 10³ kg m −3 ), lo que lleva a la hipótesis de que el objeto, y probablemente muchos otros troyanos también se parecían a cometas u objetos del cinturón de Kuiper más claramente en tamaño y composición (hielo de agua con una capa de polvo) que los asteroides del cinturón principal. [16] En contraste, la densidad medida para 624 Hektor a partir de su curva de luz rotacional (2.480 × 10³ kg m −3 ) es significativamente mayor que la de 617 Patroclus; [17] esta diferencia de densidad es asombrosa e indica que la densidad podría no ser un buen indicador del origen de un asteroide. [17]

Origen y evolución

Impresión artística del disco de gas y polvo que rodea un sistema planetario en formación.

Se han formulado dos teorías principales sobre la formación y evolución de los asteroides troyanos.

El primero plantea la hipótesis de que los troyanos se formaron en la misma región del sistema solar primitivo en la que se estaba formando Júpiter. [8] Durante las últimas etapas de su proceso de formación , el planeta experimentó un aumento importante de su masa gracias a la acumulación , en un embrión planetario primitivo, de grandes cantidades de hidrógeno y helio presentes en la nebulosa solar ; [23] durante esta fase de crecimiento, que habría durado unos pocos miles de años, la masa de Júpiter habría crecido en un factor de diez. [24] Los planetesimales colocados en una órbita cercana a la del gigante gaseoso en formación habrían sufrido un proceso de captura por la creciente gravedad del planeta; [8] este mecanismo fue tan eficiente que aproximadamente el 50% de todos los planetesimales residuales fueron capturados. [25] Sin embargo, esta hipótesis presenta dos problemas importantes: el número de cuerpos atrapados según el modelo excede la población observada de troyanos en cuatro órdenes de magnitud , y los troyanos actuales tienen inclinaciones orbitales mucho mayores que las predichas por el modelo de captura. [8] Las simulaciones por ordenador de este escenario también muestran que estos mecanismos habrían inhibido la formación de un sistema similar de troyanos alrededor de Saturno , hecho realmente confirmado por la observación: de hecho, hasta ahora la presencia en la órbita de Saturno de cualquier troyano asteroide. [26]

La segunda teoría, que se enmarca en el modelo de Niza , propone que los troyanos fueron capturados durante la fase de migración planetaria , que habría ocurrido alrededor de 500-600 millones de años después de la formación del sistema solar [27] cuando Júpiter y Saturno establecieron un 1 : 2 resonancia orbital . Durante este proceso, Urano , Neptuno y , en cierta medida, el mismo Saturno habrían sido empujados hacia las regiones más externas del sistema solar, mientras que Júpiter habría experimentado un ligero cambio hacia el sistema solar interior . [27] La migración de los planetas gigantes resultó en una desestabilización del cinturón de Kuiper, que en ese momento era más denso en objetos e internamente, [28] arrojando millones de cuerpos más pequeños al interior del sistema solar ; Además, su influencia gravitacional combinada perturbó rápidamente a los troyanos preexistentes. [27] Según esta teoría, la población troyana actual se acumuló a partir de los objetos desestabilizados del cinturón de Kuiper cuando Júpiter y Saturno retrocedieron ligeramente de la resonancia orbital. [29]

El futuro a largo plazo de los troyanos sigue siendo un tema de duda, ya que múltiples resonancias débiles con Júpiter y Saturno hacen que se comporten de forma caótica con el tiempo. [30] Además, la fragmentación que sigue a las colisiones empobrece lentamente a la población troyana a medida que los fragmentos se expulsan al espacio; estos fragmentos pueden convertirse brevemente en las lunas de Júpiter o formar parte de una clase de cometas periódicos , la familia cometaria de Júpiter . [6] [31] [32] Las simulaciones muestran que alrededor del 17% de los troyanos de Júpiter exhiben inestabilidad en intervalos de tiempo iguales a la edad del sistema solar, y por esta razón se cree que la mayoría fueron expulsados ​​de su órbita mucho antes de hoy. [33] Levison y sus colegas [32] creen que alrededor de 200 troyanos expulsados ​​de más de 1 km pueden estar viajando a través del sistema solar interior y tienen una probabilidad mínima de cruzarse con la órbita de la Tierra. [32]

Troyanos en el sistema solar

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Trojan (astronomía) .

El término "troyano" se usa genéricamente para identificar cuerpos menores que tienen relaciones similares a los troyanos de Júpiter con cuerpos más grandes: por lo tanto, hay troyanos de Marte y troyanos de Neptuno , mientras que Saturno tiene satélites troyanos . Las simulaciones sugieren que Saturno y Urano poseen un número insignificante de asteroides troyanos, quizás incluso cero. [34]

Se descubrieron dos nubes de polvo llamadas nubes de Kordylewski en los puntos lagrangianos L4 y L5 de la Luna, que son en realidad satélites troyanos de la Luna. Por otro lado, algunas fuentes se refieren a 3753 Cruithne como un asteroide troyano en la Tierra.

Nota

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  10. ^ Los otros tres puntos lagrangianos, L 1 , L 2 y L 3 , son más inestables que estos dos.
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Bibliografia

Titoli generali

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Titoli specifici

Sul sistema solare

  • M. Hack , Alla scoperta del sistema solare , Milano, Mondadori Electa, 2003, p. 264.
  • ( EN ) Vari, Encyclopedia of the Solar System , Gruppo B, 2006, p. 412, ISBN 0-12-088589-1 .
  • F. Biafore, In viaggio nel sistema solare. Un percorso nello spazio e nel tempo alla luce delle ultime scoperte , Gruppo B, 2008, p. 146.

Su Giove

Sugli asteroidi

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

  • ( EN ) Trojans asteroids , su spaceguard.esa.int . URL consultato il 15 marzo 2008 (archiviato dall' url originale il 1º ottobre 2008) .
  • ( EN ) Trojan Minor Planets , su minorplanetcenter.net .
V · D · M
 L'asteroide 4 Vesta
Pianeti nani Cerere • Plutoidi : Plutone ( ☾ ) · Haumea ( ☾ ) · Makemake ( ☾ ) · Eris ( ☾ )
Raggruppamenti asteroidali Vulcanoidi • NEA ( Apollo · Aten · Amor ) • Fascia principale • Planetosecanti ( Mercurio · Venere · Terra · Marte · Giove · Saturno · Urano · Nettuno ) • Troiani ( della Terra · di Marte · di Giove · di Nettuno ) • Centauri • TNO ( Fascia di Kuiper – Plutini · Cubewani · Twotini – · Disco diffuso ) • Gruppi e famiglie ( Famiglie collisionali )
Classi spettrali Tholen : B · F · G · C · S · X · M · E · P · A · D · T · Q · R · V • SMASS : C · B · S · A · Q · R · K · L · X · T · D · Ld · O · V
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