Rezonant Neptün ötesi cisim

Rezonant Neptün ötesi cisim, astronomide Neptün ile ortalama hareket yörüngesinde rezonans halinde olan bir Neptün ötesi cisimdir (TNO). Rezonans cisimlerinin yörünge periyotları Neptün'ün periyodu ile 1:2, 2:3, vb. gibi basit bir tam sayı ilişkisi içindedir. Rezonans yapan TNO'lar ya ana Kuiper kuşağı popülasyonunun ya da daha uzak dağınık disk popülasyonunun bir parçası olabilir.^[1]

Dağılım

Trans-Neptün nesnelerinin dağılımı. Daha güçlü rezonansları işgal eden nesneler kırmızı renktedir.

Bu şema bilinen Neptün ötesi cisimlerin dağılımını göstermektedir. Rezonans gösteren nesneler kırmızı ile işaretlenmiştir. Neptün ile olan yörüngesel rezonanslar dikey çubuklarla belirtilmiştir: 1:1, Neptün'ün yörüngesinin ve truvalarının konumunu; 2:3, Plüton'un ve plutinoların yörüngesini; 1:2, 2:5, vb. ise bir dizi küçük aileyi işaret etmektedir. 2:3 veya 3:2 tanımlamalarının her ikisi de TNO'lar için aynı rezonansı ifade eder. TNO'lar tanım gereği Neptün'ünkinden daha uzun süreli periyotlara sahip oldukları için herhangi bir belirsizlik söz konusu değildir. Bu ifadelerin kullanımı araştırmacıya ve araştırma alanına göre değişmektedir.

Köken

Neptün yörüngesinin evriminin detayları için Nice modeli sayfasına bakınız.

Neptün'ün rezonansları üzerine yapılan ayrıntılı analitik ve sayısal çalışmalar, nesnelerin nispeten kesin bir enerji aralığına sahip olması gerektiğini göstermiştir.^[2][3] Nesnenin yarı büyük ekseni bu dar aralıkların dışındaysa, yörünge geniş ölçüde değişen yörünge unsurlarıyla kaotik hale gelir. TNO'lar keşfedildikçe, %10'dan fazlasının rastgele bir dağılımdan uzak olan 2:3 rezonanslarında olduğu bulunmuştur. Günümüzde bu nesnelerin Neptün'ün göçü sırasında oluşan rezonansları süpürülerek daha geniş mesafelerden yakalandığına inanılmaktadır.^[4] İlk TNO'nun keşfinden çok önce, dev gezegenler ve küçük parçacıklardan oluşan büyük bir disk arasındaki etkileşimin açısal momentum transferi yoluyla Jüpiter'i içe doğru çekerken, Satürn, Uranüs ve özellikle de Neptün'ü dışa doğru iteceği öne sürülmüştü. Bu nispeten kısa süre zarfında, Neptün'ün rezonansları uzayı süpürerek başlangıçta değişen güneş merkezli yörüngelerdeki nesneleri rezonansa sokacaktır.^[5]

Bilinen üyeler

1:1 rezonans (Neptün truvalıları, dönem ~164,8 yıl)

Ana madde: Neptün Truvalısı (astronomi)

Güneş-Neptün Lagrange noktaları yakınında, Neptün'ünkine benzer yarı büyük eksenli yörüngeler izleyen birkaç nesne keşfedilmiştir. Jüpiter Truvalarına benzetilerek adlandırılan bu Neptün Truvaları, Neptün ile 1:1 rezonans içindedir. Ağustos 2023 itibarıyla 31 nesne bilinmektedir.^[6][7] Sadece 5 nesne Neptün'ün L₅ Lagrange noktasına yakındır ve bunlardan birinin kimliği kesin değildir; diğerleri Neptün'ün L₄ bölgesinde yer almaktadır.^[7][8] Buna ek olarak, (316179) 2010 EN65 "sıçrayan Truva" olarak adlandırılmaktadır ve şu anda L₃ bölgesi üzerinden L₄ civarında librasyondan L₅ civarında librasyona geçiş yapmaktadır.^[9]

Gezegenin önünde seyreden truvalılar L₄

• 385571 Otrera
• 385695 Clete
• (527604) 2007 VL305
• (530930) 2011 WG157
• 2001 QR322
• 2005 TN53
• 2006 RJ103
• 2010 TS191
• 2010 TT191
• 2012 UV177
• 2013 RL124
• 2013 TZ187
• 2013 VX30
• 2014 QO441
• 2014 QP441
• 2014 RO74
• 2014 SC374
• 2014 UU240
• 2015 RW277
• 2015 VV165
• 2015 VW165
• 2015 VX165

Gezegeni ardından izleyen truvalılar L₅

• (530664) 2011 SO277
• 2008 LC18
• 2011 HM102
• 2012 UD185
• 2013 KY18 ?

2:3 rezonans ("plütinolar", dönem ~247,94 yıl)

Ana madde: Plutino

Orcus ve Plüton'un, Neptün'ün yörünge periyoduna eşit bir periyoda sahip dönen bir çerçevede hareketleri (Neptün'ü sabit tutarak)

Plüton ve uyduları (üstte) boyut, albedo ve renk bakımından Orcus ve Ixion'la karşılaştırıldı.

39,4 AU'daki 2:3 rezonans, rezonans nesneleri arasında açık ara en baskın kategoridir. Ağustos 2023 itibarıyla, 423 cisim içermektedir.^[6] Bu plütinoların 338'inin yörüngeleri Deep Ecliptic Survey tarafından yürütülen simülasyonlarda onaylanmıştır.^[7] Bu rezonansta yörüngeleri takip eden cisimler, keşfedilen ilk cisim olan Plüton'dan sonra plütoin olarak adlandırılır. Büyük, numaralandırılmış plütoinler şunlardır:

• 134340 Pluto
• 90482 Orcus
• (208996) 2003 AZ84
• (455502) 2003 UZ413
• (84922) 2003 VS2
• 28978 Ixion
• (84719) 2002 VR128
• (469372) 2001 QF298
• 38628 Huya
• (33340) 1998 VG44
• (15789) 1993 SC
• (444745) 2007 JF43
• (469421) 2001 XD255
• (120216) 2004 EW95
• 47171 Lempo
• (504555) 2008 SO266
• (307463) 2002 VU130
• (55638) 2002 VE95
• (450265) 2003 WU172
• (469987) 2006 HJ123
• (508823) 2001 RX143
• (469704) 2005 EZ296

3:5 rezonans (periyot ~275 yıl)

Şubat 2020 itibarıyla 47 nesnenin Neptün ile 3:5 yörünge rezonansında olduğu doğrulanmıştır. Numaralandırılmış nesneler arasında şunlar vardır:

• (15809) 1994 JS
• (149349) 2002 VA131
• (434709) 2006 CJ69
• (469420) 2001 XP254
• (469584) 2003 YW179
• (470523) 2008 CS190
• (503883) 2001 QF331
• (523677) 2013 UF15
• (523688) 2014 DK143
• (523731) 2014 OK394
• (523743) 2014 TA86
• (530839) 2011 UK411
• (531683) 2012 UC178
• (534074) 2014 QZ441
• (534314) 2014 SJ349

4:7 rezonans (periyot ~290 yıl)

Bir başka nesne popülasyonu da 43,7 AU'da (klasik nesnelerin ortasında) Güneş'in yörüngesinde dönmektedir. Nesneler oldukça küçüktür (iki istisna dışında, H>6) ve çoğu ekliptiğe yakın yörüngeleri takip eder.^[7] Ağustos 2023 itibarıyla, 60 4:7 rezonanslı nesnenin yörüngeleri Derin Ekliptik Araştırması tarafından onaylanmıştır.^[6][7] İyi belirlenmiş yörüngelere sahip nesneler şunları içerir:^[7]

• (119956) 2002 PA149
• (119066) 2001 KJ76
• (135024) 2001 KO76
• (119070) 2001 KP77
• (181871) 1999 CO153
• (118378) 1999 HT11
• (118698) 2000 OY51
• 385446 Manwë
• (385527) 2004 OK14
• (500828) 2013 GR136
• (523742) 2014 TZ85

1:2 rezonans ("twotinolar", periyot ~330 yıl)

47,8 AU'daki bu rezonans genellikle Kuiper kuşağının dış kenarı olarak kabul edilir ve bu rezonanstaki nesneler bazen twotino olarak da adlandırılır. Twotinolar 15 dereceden daha az eğime ve genellikle 0,1 ile 0,3 arasında orta derecede dış merkezliliğe sahiptir.^[10] Bilinmeyen sayıda 2:1 rezonans cismi muhtemelen Neptün'ün göçü sırasında oluşan titreşim tarafından süpürülen bir gezegenimsi diskten kaynaklanmamış, zaten dağılmış durumdayken yakalanmıştır.^[11]

Bu rezonansta plutinolardan çok daha az nesne vardır. Johnston Arşivi 99 sayarken, Deep Ecliptic Survey tarafından yapılan simülasyonlar Ağustos 2023 itibarıyla 112'sini teyit etmiştir.^[6][7] Uzun vadeli yörünge entegrasyonu, 1:2 rezonansının 2:3 rezonansından daha az kararlı olduğunu göstermektedir; 1:2 rezonansındaki nesnelerin sadece %15'inin, plütinonların %28'ine kıyasla 4 milyar yıl hayatta kaldığı bulunmuştur.^[10] Sonuç olarak, twotinolar başlangıçta plütinonlar kadar çok sayıda olabilir, ancak popülasyonları o zamandan beri plütinonlarınkinin önemli ölçüde altına düşmüştür.^[10]

Tutarlı yörüngelere sahip nesneler (mutlak büyüklük sırasına göre) şunları içerir:^[6]

• (119979) 2002 WC19
• (308379) 2005 RS43
• (312645) 2010 EP65
• (26308) 1998 SM165
• (469505) 2003 FE128
• (495189) 2012 VR113
• (137295) 1999 RB216
• (500880) 2013 JJ64
• (20161) 1996 TR66
• (470083) 2006 SG369
• (130391) 2000 JG81
• (500877) 2013 JE64

2:5 rezonans (periyot ~410 yıl)

Ağustos 2023 itibarıyla 77 adet onaylanmış 2:5 rezonanslı nesne bulunmaktadır ^[6]

55,4 AU'da yer alan tutarlı yörüngelere sahip nesneler şunları içerir:

• (495603) 2015 AM281
• (26375) 1999 DE9
• (143707) 2003 UY117
• (471172) 2010 JC80
• (471151) 2010 FD49
• 472235 Zhulong
• (119068) 2001 KC77
• (60621) 2000 FE8
• (38084) 1999 HB12
• (135571) 2002 GG32
• (69988) 1998 WA31
• (84522) 2002 TC302, cüce gezegen adayı

1:3 rezonans (periyot ~500 yıl)

Johnston's Archive Ağustos 2023 itibarıyla 22 adet 1:3 rezonanslı nesne saymaktadır.^[6] Derin Ekliptik Araştırması'na göre bunlardan 12'si tutarlıdır:^[7]

• (136120) 2003 LG7
• (385607) 2005 EO297
• 2004 VU130
• 2006 QJ181
• 2006 SF369
• 2011 US411
• 2014 FX71
• 2015 BZ517?
• 2015 GA55
• 2015 KY173
• 2015 RA278
• 2015 RZ277?
• 2015 VM166
• 2015 VN166

Diğer rezonanslar

(523794) 2015 RR₂₄₅ yörüngesi Neptün ile 2:9 rezonansta serbestleşiyor

Ağustos 2023 itibarıyla, sınırlı sayıda nesne için aşağıdaki yüksek dereceli rezonanslar onaylanmıştır:^[7]

Oran	Yarı büyük eksen AU	Yörünge periyodu (yıl)	Sayı	Örnek cisim
4:5	35	~205	15	(432949) 2012 HH2, (127871) 2003 FC128, (308460) 2005 SC278, (79969) 1999 CP133, (427581) 2003 QB92, (131697) 2001 XH255
3:4	36.5	~220	48	(143685) 2003 SS317, (15836) 1995 DA2
5:8	41.1	~264	3	(533398) 2014 GA54
7:12	43.1	~283	1	2015 RP278
5:9	44.5	~295	10	(437915) 2002 GD32
6:11	45	~303	4	(523725) 2014 MC70 ve (505477) 2013 UM15. (182294) 2001 KU76 de olası.
5:11	51	~363	1	2013 RM109
4:9	52	~370	3	(42301) 2001 UR163, (182397) 2001 QW297
3:7	53	~385	16	(495297) 2013 TJ159, (181867) 1999 CV118, (131696) 2001 XT254, (95625) 2002 GX32, (183964) 2004 DJ71, (500882) 2013 JN64
5:12	54	~395	5	(79978) 1999 CC158, (119878) 2002 CY224
3:8	57	~440	4	(82075) 2000 YW134, (542258) 2013 AP183, 2014 UE228
4:13	66	~537	2	2009 DJ143 2015 RS281
3:10	67	~549	3	225088 Gonggong
2:7	70	~580	15	471143 Dziewanna, (160148) 2001 KV76
3:11	72	~606	4	2014 UV224, 2013 AR183
1:4	76	~660	7	2003 LA7, 2011 UP411
5:21	78	~706	1	(574372) 2010 JO179[12]
2:9	80	~730	3	(523794) 2015 RR245, 2003 UA414
1:5	88	~825	4	2007 FN51, 2011 BP170
2:11	94	~909	4	2005 RP43, 2011 HO60
1:6	99	~1000	4	(528381) 2008 ST291, 2011 WJ157
1:9	129	~1500	2	2007 TC434, 2015 KE172

Haumea

Haumea'nın nominal yörüngesinin Neptün sabitken dönen bir çerçevede titreşmesi (titreşmeyen bir örnek için bkz. 2 Pallas)

Haumea'nın zayıf librasyon açısı ${\displaystyle \phi }$ Neptün ile 7:12 resonans içindedir. ${\displaystyle \phi ={\rm {12\cdot \lambda -{\rm {7\cdot \lambda _{\rm {N}}-{\rm {5\cdot \varpi -{\rm {1\cdot \Omega }}}}}}}}}$ önümüzdeki 5 milyon yıl boyunca.

Haumea'nın Neptün ile aralıklı 7:12 yörünge rezonansında olduğu düşünülmektedir.^[13] Yükselen düğümü ${\displaystyle \Omega }$ yaklaşık 4,6 milyon yıllık bir döngü süresi vermekte ve rezonansı her bir devinim döngüsünde iki kez veya her 2,3 milyon yılda bir bozularak yalnızca yüz bin yıl kadar sonra tekrar eski haline dönmektedir.^[14] Marc Buie bunu rezonant olmayan olarak nitelendirmektedir.^[15]

Raslantısal ve gerçek rezonanslar

Bu konudaki endişelerden biri, zayıf rezonansların var olabileceği ve bu uzak nesnelerin yörüngelerindeki mevcut hassaslık eksikliği nedeniyle bunu kanıtlamanın zor olacağıdır. Birçok cismin yörünge periyodu 300 yıldan fazladır ve çoğu sadece birkaç yıllık nispeten kısa bir gözlem yayında gözlemlenmiştir. Büyük uzaklıkları ve arka plan yıldızlarına karşı yavaş hareketleri nedeniyle, bu uzak yörüngelerin çoğunun bir rezonansın gerçek mi yoksa sadece tesadüfi mi olduğunu güvenle doğrulamak için yeterince iyi belirlenmesi onlarca yıl alabilir. Gerçek bir rezonans düzgün bir şekilde salınırken, tesadüfi bir yakın rezonans dolanacaktır.

Emel'yanenko ve Kiseleva tarafından 2007 yılında yapılan simülasyonlar, (131696) 2001 XT254'ün Neptün ile 3:7 rezonans içinde titreştiğini göstermektedir.^[16] Bu titreşim 100 milyon yıldan milyarlarca yıla kadar kararlı olabilir.^[16]

2001 XT _254'ün yörünge periyodu, Neptün'ün 3:7 (2,333) rezonansı civarındadır.

Emel'yanenko ve Kiseleva ayrıca (48639) 1995 TL8'in Neptün ile 3:7 rezonansında olma olasılığının %1'den az olduğunu, ancak bu rezonansın yakınında sirkülasyonlar gerçekleştirdiğini göstermektedir.^[16]

1995 TL8 Neptün'ün 3:7 (2.333) rezonansını kaçırıyor.

Resmi bir tanıma doğru

TNO sınıflarının evrensel olarak kabul edilmiş kesin tanımları yoktur, sınırlar genellikle belirsizdir ve rezonans kavramı tam olarak tanımlanmamıştır. Derin Ekliptik Araştırması, dört dev gezegenden gelen birleşik pertürbasyonlar altındaki yörüngelerin uzun vadeli ileri entegrasyonuna dayanan resmi olarak tanımlanmış dinamik sınıfları tanıtmıştır.

Genel olarak, ortalama hareket rezonansı yalnızca formdaki yörünge periyotlarını içermeyebilir:

${\displaystyle {\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}}}}}}$

Burada p ve q küçük tam sayılardır, λ ve λN sırasıyla cismin ve Neptün'ün ortalama boylamlarıdır, ancak enberi boylamını ve düğümlerin boylamlarını da içerebilir.

Bazı küçük tam sayılar (p,q,n,m,r,s) için aşağıda tanımlanan argüman (açı) librasyon yapıyorsa (yani sınırlıysa) bir nesne rezonanstır:^[17]

${\displaystyle \phi ={\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}-{\rm {m\cdot \varpi -{\rm {n\cdot \Omega -{\rm {r\cdot \varpi _{\rm {N}}-{\rm {s\cdot \Omega _{\rm {N}}}}}}}}}}}}}}}$

Burada ${\displaystyle \varpi }$, enberi boylamları ve ${\displaystyle \Omega }$, Neptün ("N" alt simgesiyle) ve rezonans nesnesi (alt simgesiz) için yükselen düğümlerin boylamlarıdır.

Librasyon terimi burada açının belirli bir değer etrafında periyodik salınımını ifade eder ve açının 0 ila 360° arasında tüm değerleri alabildiği sirkülasyonun tersidir. Örneğin, Plüton örneğinde, rezonans açısı ${\displaystyle \phi }$, yaklaşık 86,6° derecelik bir genlikle 180° civarında salınır, yani açı periyodik olarak 93,4° ila 266,6° arasında değişir.^[18]

Derin Ekliptik Araştırması sırasında keşfedilen tüm yeni plütinoların Plüton'un ortalama hareket rezonansına benzer türde olduğu kanıtlanmıştır.

${\displaystyle \phi ={\rm {3\cdot \lambda -{\rm {2\cdot \lambda _{\rm {N}}-\varpi }}}}}$

Daha genel olarak, bu 2:3 rezonansı, kararlı yörüngelere yol açtığı kanıtlanmış p:(p+1) rezonanslarına (örneğin 1:2, 2:3, 3:4) bir örnektir.^[4] Rezonans açıları şöyledir:

${\displaystyle \phi ={\rm {p\cdot \lambda -{\rm {q\cdot \lambda _{\rm {N}}-({\rm {p-{\rm {q)\cdot \varpi }}}}}}}}}$

Bu halde rezonans açısının önemi ${\displaystyle \phi \,}$ nesne günberi noktasında olduğunda, yani ${\displaystyle \lambda =\varpi }$ iken,

${\displaystyle \phi =q\cdot (\varpi -\lambda _{\rm {N}})}$

burada ${\displaystyle \phi \,}$ nesnenin günberi noktasının Neptün'den uzaklığının bir ölçüsünü göstermektedir.^[4] Nesne, günberi noktasını Neptün'den uzak kalarak kendini tedirginlikten korumaktadır. ${\displaystyle \phi \,}$ 0°'den uzak bir açı etrafında ise serbest kalır.

Sınıflandırma yöntemleri

Yörünge elemanları sınırlı bir hassasiyetle bilindiğinden, belirsizlikler yanlış pozitif sonuçlara yol açabilir (yani olmayan bir yörüngenin rezonans olarak sınıflandırılması). Yeni bir yaklaşım^[19] yalnızca mevcut en uygun yörüngeyi değil, aynı zamanda gözlemsel verilerin belirsizliklerine karşılık gelen iki ek yörüngeyi de dikkate almaktadır. Basit bir ifadeyle, algoritma, gözlemlerdeki hataların bir sonucu olarak gerçek yörüngesinin en uygun yörüngeden farklı olması durumunda nesnenin hala rezonans olarak sınıflandırılıp sınıflandırılmayacağını belirler. Üç yörünge 10 milyon yıllık bir süre boyunca sayısal olarak bütünleştirilir. Eğer üç yörünge de rezonansta kalırsa (yani rezonansın argümanı librasyon yapıyorsa), rezonans nesnesi olarak sınıflandırma güvenli kabul edilir.^[19] Eğer üç yörüngeden sadece ikisi librasyon yapıyorsa, nesne muhtemelen rezonansta olarak sınıflandırılır. Son olarak, yalnızca bir yörünge testi geçerse, verileri iyileştirmek için daha fazla gözlem yapılmasını teşvik etmek üzere rezonansın yakınlığı not edilir.^[19] Algoritmada kullanılan yarı büyük eksenin iki uç değeri, verilerin en fazla 3 standart sapmalık belirsizliklerine karşılık gelecek şekilde belirlenmiştir. Bu yarı eksen değerleri aralığı, bir dizi varsayımla, gerçek yörüngenin bu aralığın dışında olma olasılığını %0,3'ten daha aza indirmelidir. Yöntem, en az 3 karşıtlığı kapsayan gözlemlere sahip nesnelere uygulanabilir.^[19]