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1 Estructura de los objetos del Cinturón de Kuiper: Vínculo con cometas. Vínculo con cometas.

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Presentación del tema: "1 Estructura de los objetos del Cinturón de Kuiper: Vínculo con cometas. Vínculo con cometas."— Transcripción de la presentación:

1 1 Estructura de los objetos del Cinturón de Kuiper: Vínculo con cometas. Vínculo con cometas.

2 2 Pequeños cuerpos del Sistema Solar exterior. - La población de pequeños cuerpos del sistema solar exterior se compone de objetos de diferentes clases, (cometas, objetos del cinturón de Kuiper, y Centauros) que comparten una característica común: son ricos en hielos y otros volátiles. - El conocimiento de su composición y propiedades puede ayudar en la comprensión de los procesos que dieron forma a la nebulosa solar a grandes distancias heliocéntricas y determinó la formación y evolución de los planetas. Muchos resultados observacionales están disponibles en estos cuerpos, debido al éxito de misiones espaciales y telescopios cada vez más potentes, pero aun todos los instrumentos son incapaces de sondear sus interiores. - Sin embargo, estamos empezando a ver cómo estas, poblaciones aparentemente diferentes, están vinculadas entre sí por relaciones dinámicas y genéticas. Objetivo: saber ¿cómo pueden ser sus evoluciones térmicas, cómo se podría lograr sus diferenciaciones internas y cómo pueden verse afectados por la evolución orbital?

3 3 - Esta es una forma de vincular las propiedades de la superficie con las propiedades internas. Se nota: La actividad del cometa es bien interpretada si se supone que son objetos pequeños, frágiles, porosos, rico en volátiles, y de baja densidad. - Este punto de vista, a pesar de las grandes diferencias observadas en los pocos núcleos de cometas observados in situ, no ha sido refutada. - Por otra parte, las observaciones de los objetos del CKuiper indican que es posible que sean objetos de gran tamaño, probablemente objetos colisionales evolucionados (Farinella y Davis, 1996), tal vez con densidades más grandes. Paradoja: Tenemos por un lado los cometas, y por el otro una población de objetos grandes y posiblemente más densos. Sabemos que existe una relación dinámica entre ellos, pero: ¿cómo podemos pasar de una población a otra? Por lo tanto se hace un review del estado actual de nuestros conocimientos sobre el tema, teniendo en cuenta los resultados de modelado térmico y los resultados de las observaciones.

4 4 1. Introducción. - En los últimos años: Se ha intentado entender el origen y la evolución de los objetos del CKuiper (KBO). - Existen factores desconocidos para identificar la relación origen/evolución, sin embargo, hay un factor que es ampliamente aceptado como un hecho: estos objetos son la fuente de cometas de corto período. - Esto no es una restricción menor, ya que, en la actualidad, se ha desarrollado una notable cantidad de conocimientos de los cometas. -Vamos a tratar de identificar la relación entre los cometas y los cuerpos que son suficientemente grandes como para someterse a una no despreciable cantidad de diferenciación. Trataremos el problema de la relación KBO/Cometas, desde los modelos de evolución térmica. - Nos preguntamos:¿Cuáles son las características de los cometas que se derivan de su vida anterior en la parte exterior del SS?

5 5 ¿Es el desplazamiento gradual interno de los cometas de corto período capaz de destruir totalmente su historia anterior? Se cree que no, y se demuestra reexaminando los resultados antes obtenidos. - Tras el descubrimiento del primer KBO, un gran número de KBO se han detectado directamente a diferentes y cada vez mayores distancias, lo que aumenta el área del SS en el que se encuentran. - El CKuiper se extiende quizá mucho más lejos de lo que conocemos, y algunos objetos se pueden encontrar en todo el camino a la nube de Oort. - Dada la gran extensión de la región y las diferentes condiciones termodinámicas que pueden estar presentes, es imposible excluir cierta variabilidad en la estructura de estos cuerpos: probablemente diferente contenido volátil y, debido a las diferentes historias térmicas, diferentes composiciones y tamaños de los objetos. - Superponiendo con estas diferencias locales, el efecto de la evolución de impacto podría haber afectado a los diferentes cuerpos, modificando sus superficies y contribuyendo a su evolución térmica.

6 6 Grandes impactos de cuerpos grandes origen de familias de objetos genéticamente relacionados. - Pero pueden diferir en su composición, si el cuerpo original ya estaba diferenciado. Entonces:¿Podría ser éste el origen de algunos de los cometas de corto período? No es seguro pero el conocimiento actual parece sugerir esta relación genética. Si es así, los cometas de CP podrían ser una importante fuente de conocimiento acerca de los KBOs. - La distribución de tamaños de los KBOs no es bien conocida, pero debe estar relacionada a las fases primordiales de la evolución del SS. Y no puede descartarse que los cometas de CP no son mas que la cola de esta distribución. - De recientes observaciones y estudios teóricos, está emergiendo que los objetos de la región transneptuniana probablemente siguen una distribución compleja de tamaños (Gladman et al., 2001). - En cuanto a las masas (y densidades) que conciernen, se cuenta con algunos datos para los objetos de mayor tamaño. Varuna, para la que se ha estimado su densidad (Jewitt y Sheppard, 2002),

7 7 podría ser una pila de escombros distorsionada por rotación, por lo que sería porosa a una escala desconocida y de baja densidad (~ 1000 Kg./m 3 ). - Con nuevos datos de la curva de luz, Trilling y Bernstein (2006) concluyeron que las densidades aparentes de los KBOs y Centauros probablemente se encuentran en el rango de 500 a 1500 Kg./m 3. Esto es más o menos coincidente con la densidad aparente promedio de los cometas CP. - Este acuerdo, junto con consideraciones dinámicas, fortalece el vínculo genético propuesto para KBOs/Cometas CP. - Por el contrario,Jewitt y Luu (2004) descubrieron que el espectro de Quaoar revelaba la presencia de cristales de hielo en la superficie. Hielo cristalino sólo se forma a temperaturas por encima de 110 K, muy por encima de la temperatura actual de Quaoar, que es de ~50 K. Este fue seguido por muchos otros descubrimientos similares. - Interpretación: 1. indicación de la actividad interior que conduce a la generación de vulcanismo de hielo (Enceladus). 2. la exposición de las capas subyacentes de hielo cristalino, luego de que las capas superiores de hielo amorfo hayan sido eliminadas por impactos. 3. el hielo en la superficie haya sido calentado por encima de 110 K

8 8 por impactos de meteoritos. - En el primer caso, la cristalinidad puede ser un indicador de la diferenciación a la que el objeto se somete (efectos de desintegración radiactiva, bombardeo primordial, y compactación debido a la propia gravedad del cuerpo). - Otro ejemplo de la importancia de las colisiones es la sorprendentemente elevada frecuencia de binarios (ver capítulo Noll et al.). Pero la formación de múltiples sistemas pide una mayor densidad del disco de KBOs que permitió la formación de cuerpos binarios y múltiples (y Nazzario Hyde, 2005). Esto implica que la probabilidad de colisiones fue mayor que el actual. - Sin embargo, las observaciones de KBO indican una situación contradictoria: 1. Varuna y otros KBOs (Jewitt y Sheppard, 2002) interior poroso, 2. Espectro de Quaoar presencia de cristales de hielo proceso de diferenciación, reducción de la porosidad y evolución interna. - Se discutirá los objetos incluidos en el review desde el conocimiento acerca de sus interiores por la observación; y de los indicios que se obtienen de los modelos de formación y evolución térmica; y conclusiones.

9 9 2. Estructura y composición de objetos del Cinturón de Kuiper como resultado de sus orígenes. - Centramos la atención en los procesos que pueden llevar a la formación de objetos fríos y frágiles. Consideramos: KBOs, Centauros y Cometas de CP. (trabajos realizados en los últimos años, desde un punto de vista dinámico, indican que los KBOs pueden ser el origen de Centauros y cometas CP (Fernández, 1980; Morbidelli, 2004)). - Desde un punto de vista físico todos estos cuerpos, que se originaron en el mismo lugar, deberían estar estrechamente relacionados y tener intrínsecamente la misma naturaleza física. - Los pequeños cuerpos del SS exterior se caracterizan por un alto contenido de volátiles, que pueden, bajo ciertas condiciones conducir al desarrollo de una actividad intrínseca debida a la sublimación y pérdida de hielo de agua y compuestos de C de alta volatilidad. - Las propiedades de estos pueden ser el resultado de las condiciones físicas y químicas que prevalecían en la nebulosa solar al momento de su acreción y

10 10 de los procesos que actúan sobre ellos durante su subsiguiente evolución. - Sus presentes estructuras y apariencias, han sido afectadas por: su historia dinámica, por la superficie de envejecimiento (enrojecimiento de superficies por irradiación), por su actividad (como en el caso de los cometas), por su alto grado de movilidad y por su evolución colisional. (este último proceso, en particular, podría en gran medida darles forma, por ej. los cometas podrían ser fragmentos eyectados del CK) - Teorías predicen que los primeros que condensan crecen a través de procesos de acumulación, que incluyen mutuas colisiones de baja velocidad. En este proceso, existen diferentes parámetros importantes, que afectan tanto a la velocidad (turbulencia del gas y fuerzas de drag) como a la distribución de masa de granos (veloc. relativa de la partícula y eficiencia de pegoteo). - La importancia relativa de la inest. gravitacional con respecto a la coagulación colisional puede tener consecuencias en la estructura final de los cometesimales y en la porosidad de los cuerpos resultantes.

11 11 - El tipo de química depende en gran medida del modelo de referencia de la nebulosa protosolar. - Los primeros modelos: 1. Grossman, 1972: asumen que una mezcla de gases calientes presentes en la nebulosa solar enfrían lentamente, manteniendo el equilibrio termodinámico. 2. Morfill et al. (1985): introdujo que la turbulencia localizada podría ser la fuente más probable de la viscosidad en los discos de acreción. 3. Fegley y Prinn (1989): desafiaron la idea de que la nebulosa estaba en reposo, demostrando que incluso las especies más importantes en fase gaseosa (N 2 y NH 3 ) no podrían lograr alcanzar el equilibrio debido a las bajas temperaturas y las concurrentes tasas de reacción química en la región de los planetas exteriores. En el SS exterior, puede significar que la cinética de C permanece en forma de CO, y por lo tanto menos O está disponible para formar hielo de agua. La relación de masa de roca/hielo es 70/30, lo que da una densidad de ~ 2000kg/m 3 similar a la que se ha observado tanto a Tritón como a Plutón.

12 12 - La detección de CO también es consistente para bajas °T durante la formación de cuerpos como Tritón, Plutón y otros cuerpos helados. Pero, señalan que varios procesos pueden superponerse y modificar la química original del cometa. - Por lo tanto, la interacción entre procesos químicos, físicos, y dinámicos se debe tomar en cuenta si se quiere descifrar el origen y la evolución de los abundantes volátiles químicamente reactivos (H, O, C, N, S) observados en los cometas. - Estas consideraciones puede ser la base para inferir la composición de KBO y la de los cometas, en los que esperamos encontrar: compuestos volátiles, compuestos de C, tales como CO siendo la especie dominante, pero sin excluir una pequeña cantidad de CH 4 de nebulosas circumplanetarias, N 2 es mas probable que NH 3. Los datos de Halley sobre CO/CH 4 y N 2 / NH 3, parecen apoyar esta hipótesis. - El proceso de formación de aglomerados por acumulación de granos sólidos submilimétricos han sido estudiados experimental y numéricamente y está de acuerdo con que la nebulosa solar primordial era un ambiente adecuado para la producción de grupos de granos ricos en hielo con una estructura altamente

13 13 porosa y fractal. Estos objetos son la acumulación de agregados esponjosos. Si es así entonces los cometas actuales son restos de esta situación primordial. - Si los cometas se originaron como planetesimales helados del sistema solar exterior, sus núcleos tienen baja resistencia (modelo pila de escombros) e in homogeneidades (decenas a cientos de metros). -Simulaciones experimentales de laboratorio, usando partículas de polvo micrométricas que impactan blancos sólidos a diversas velocidades, parecen indicar la formación de agregados abiertos (Blum et al., 2000). Bombardeos lentos, generalmente resultan en la formación de capas de polvo esponjosas. A mayores velocidades de impacto, se observa un crecimiento capas de polvo compacto. - Dato: Los cuerpos con tamaños por debajo de unas pocas decenas de kilómetros no se ven afectados por la compresión gravitacional. Resultado: los cometas pueden ser vistos como objetos de baja densidad, formados lentamente a baja temperatura, pero posiblemente caracterizados por una estructura interna compleja que puede permitir su fragmentación bajo algunas condiciones.

14 14 - Se verificó que la presencia de una cantidad limitada de elementos radiactivos no cambia su evolución. - Los cuerpos más grandes, sin embargo, si son formados tempranamente en la evolución del SS, pueden tener diferentes historias, debido a la contribución del decaimiento radiactivo, desgasificación y compactación por impacto. - Modelados de la acreción en un CKuiper primordial masivo se realizó por Stern (1996), Stern y Colwell (1997a, b), y Kenyon y Luu (1998, 1999a, b). Y sus resultados básicos están aproximadamente de acuerdo. Todos producen naturalmente objetos del tamaño de Plutón y aproximadamente el número correcto de objetos de 100 km, en una escala de tiempo que van desde 10 7 hasta 10 8 años. Sugieren que la mayor parte de la masa en el disco se encontró en los cuerpos de 10 km y menores. Y un límite superior para escalas de tiempo de acreción en la región del CKuiper parece ser el tiempo de formación de Neptuno, ya que se supone que la formación de Neptuno terminó de manera eficiente el crecimiento de la región del CKuiper (Farinella et al., 2000),

15 15 - Modelos detallados de KBOs muestran que estos objetos pueden formarse en una escala de tiempo de 10 a 100 my, mientras se mantengan muy bajas velocidades de dispersiones (Kenyon, 2002). En este caso, el efecto de los elementos radiactivos puede ser insignificante. 3. El efecto de los elementos radiactivos y la porosidad. - Se describió la posible composición de los KBOs en base a su origen. Ahora, se considera el efecto de dos parámetros que pueden condicionar su evolución, empezando con los efectos de la descomposición de elementos radiactivos. - Si el tiempo de formación es del orden de my, los KBOs son probablemente calentados por 26 Al atrapados u otros núcleos de corta duración, sólo al comienzo de sus vidas. Radionúcleos de corta vida << 4.56 Gy edad del sistema solar. - Hay evidencia definitiva de la presencia de dos radionúcleos de corta vida ( 10 Be y 36 Cl) y un caso convincente puede ser hecho para la revisión de las estimaciones de abundancias de varios otros del sistema solar inicial (por ejemplo, 26 Al, 60 Fe y 182 Hf).

16 16 - La presencia de 10 Be, es o bien el resultado de la irradiación en la nebulosa solar o de la captura de los rayos cósmicos galácticos en la nube molecular protosolar. - Estimaciones exactas de la abundancia de 60 Fe en el SS inicial, el cual se produce únicamente por la núcleo síntesis estelar, indica que este radionúcleo de vida corta se inyectó en la nebulosa solar a partir de una fuente estelar cercana. - Como tal, al menos dos fuentes distintas (irradiación y la nucleosíntesis estelar) son necesarias para dar cuenta de las abundancias de radionúcleos de corta vida que se estimó que están presentes en el SS temprano. - Los niveles en los que los radionúcleos de corta vida 26 Al, 41 Ca y 60 Fe (y probablemente 36 Cl) se mantienen en el galaxia son mucho menores que las inferidas de los meteoritos en la nebulosas solar temprana, y después de un retraso de ~ 10 8 años esencialmente ninguno de estos radionúcleos se mantiene en la nube molecular de la que formó el SS (Harper, 1996; Wasserburg et al, 1996;. Meyer y Clayton, 2000). procesos cercanos estaban creando radionúcleos dentro de ~10 6 años el nacimiento del SS.

17 17 - Más de un proceso estaba involucrado, ya que no hay fuente propuesta que pueda producir al mismo tiempo suficientemente 10 Be y 60 Fe. - La fuente más plausible de 60 Fe en el SS temprano es una supernova de T II. Por lo tanto, la abundancia inicial inferida de 60 Fe en el SS primitivo coloca su formación cerca de una estrella masiva que se convirtió en una supernova, pero el momento de este evento y la distancia a esta supernova son inciertos. - Sin embargo, el calentamiento por 26 Al puede tener lugar durante el mismo proceso de acreción. - El efecto de combinación del crecimiento por acreción y calentamiento interno por decaimiento de 26 Al fue investigado por Merk y Prialnik (2003) para una composición de hielo amorfo y polvo, sin otros volátiles. Encontraron que los objetos pequeños se mantienen prácticamente sin verse afectados por calentamiento radiactivo, mientras que sobre cuerpos mayores no es lineal con el tamaño. Hay un rango de tamaño intermedio (alrededor de 25 km), en donde la fracción de fusión y durabilidad de agua líquida es máxima, y éste depende de la distancia de formación.

18 18 -Si agua líquida de hielo está presente, la densidad de la capa que la contiene seguro será más alta que la densidad del hielo. - El estudio hecho por Consolmagno et al. (2006) de giros de KBOs sugiere que la densidad media de estos objetos es de aproximadamente 450 kg/m 3 Estas estimaciones coinciden más o menos con la densidad aparente media de los cometas de CP. Este acuerdo puede fortalecer el vínculo genético propuesto entre KBOs y los cometas CP. - Los KBOs probablemente tendrían composiciones similares a los cometas y por lo tanto similares densidades de grano. Como resultado, las porosidades aparentes de los KBOs es probable que estén en el rango de 60-70%. Pero este análisis parece limitarse a los KBO de tamaño "medio". Los mayores KBO son sustancialmente más densos. - Si bien todas las estimaciones son modelo-dependientes y cuentan con grandes barras de error, parece seguro decir que los cometas tienen densidades de masa aparentes muy bajas.

19 19 - Para poner estas cifras en perspectiva, tenemos que mirar la composición del cometa y la densidad del grano (porosidad libre de densidad) de esos materiales. - En primer lugar, los cometas son mezclas de hielo de agua con polvo compuesto de silicatos hidratados, silicatos máficos y orgánicos. - Si la "densidad del grano" de una mezcla de materiales del cometa es de 1,8 × 10 3 kg/m 3 y las densidades aparentes de cometas oscilan alrededor 0,5 × 10 3 kg/m 3, la implicancia es que los cometas tienen grandes porosidades. - Para un cometa de densidad aparente 0,5 × 10 3 kg/m 3 la porosidad aparente sería de aproximadamente 65%. - Este nivel de porosidad indica que las estructuras cometarias son, esencialmente bolas con más espacio vacío que material sólido. - Por lo tanto, podría ser razonable suponer que los pequeños e intermedios KBO son completamente, o al menos en gran parte, porosos (Capria y Coradini, 2006).

20 20 - Si suponemos que los cometas CP son los miembros más pequeños de la familia de KBOs, también tenemos que tener en cuenta el efecto de la migración lenta de los cometas CP en el SS interior. - Los cometas pierden sus compuestos volátiles diferencialmente, y por esta razón la abundancia de volátiles eyectados en la coma no representa la abundancia del núcleo (Huebner y Benkhoff, 1999). - Refieriéndonos al cometa Tempel 1, los instrumentos del Deep Impact revelaron que, incluso si la superficie de este es notablemente homogéneo en albedo y color, tres discretas áreas tienen la firma espectral de hielo de agua (el 0,5% de la superficie). - Por otra parte, es significativo que la medida de este hielo en la superficie no sea suficiente para producir la abundancia observada de flujo de agua vista en la coma del cometa, lo que significa que hay fuentes de agua por debajo de la superficie del cometa. Es un descubrimiento importante que confirma la porosidad de las capas superficiales.

21 21 4. Modelos térmicos de objetos del Cinturón de Kuiper. - Asumimos que los KBOs son ricos en volátiles, porosos, como resultado de los datos de observaciones de KBOs y las indicaciones de los cometas que están relacionados genéticamente con ellos. - Los modelos de evolución térmica de KBO fueron tratados con dos tipos de enfoques, correspondientes a dos puntos de vista diferentes, ambos legítimos dando una gran incertidumbre que existe acerca de la estructura interna de los KBO: Modelos desarrollados originalmente para núcleos de cometas y modelos originalmente desarrollados para satélites de hielo (McKinnon et al.). - Si pensamos que objetos más grandes que los cometas, como KBOs, pueden ser cuerpos porosos y ricos en hielo, es sencillo aplicarles los modelos desarrollados para estudiar la evolución térmica del núcleo cometario. - De hecho, es muy difícil trazar una línea clara entre objetos de un determinado tamaño compactos y diferenciados, y cuerpos de hielo no compactos, porosos, casi homogéneos. Las aproximaciones comúnmente utilizadas para cometas pueden ser aplicadas a una gran variedad de objetos.

22 22 - La idea es que, si la relación entre cometas y KBOs es real, entonces las propiedades observadas de los cometas se pueden utilizar para limitar los modelos KBOs, incluyendo baja temperatura de formación, baja densidad (alta porosidad) y alto contenido volátil, lo que significa, a su vez, que es posible estudiar ambos tipos de cuerpos con los mismos modelos teóricos. - En los modelos de evolución térmicos de la actualidad, las ecuaciones de difusión del calor y difusión de gas se resuelven en un medio poroso, en el que el gas de sublimación puede fluir a través de los poros. Se considera: 1.mezcla de hielos y polvo; 2.el flujo de regiones superficiales y subterráneas se simula para diferentes composiciones de gas y polvo, y propiedades. 3.temperatura en la superficie por equilibrio entre la energía solar que llega a la superficie, la energía reemitida en el IR, calor conducido al interior, y energía utilizada para sublimar hielos superficiales. Si sube, los hielos pueden comenzar a sublimar y el núcleo inicial homogéneo puede diferenciarse, dando lugar a una estructura en capas en la que el límite entre las diferentes capas es un frente de sublimación.

23 23 -Por los tamaños más grandes de los KBO y al consecuente aumento de materiales refractarios, el efecto de calentamiento de los elementos radiogénicos, se toma generalmente en cuenta. estos modelos tienen en cuenta dos fuentes de calor: Una que actúa desde la superficie (de entrada solar) y una presente en todo el cuerpo da lugar a patrones de evolución térmica más complejas que en los núcleos de cometas. - La cantidad de radioisótopos es desconocida y no hay manera de medirlos; en estos modelos se ha supuesto que las abundancias de los isótopos radiactivos de larga vida están en la misma proporción que en las condritas C1 (Anders y Grevesse, 1989), mientras que la cantidad de 26 Al es variable. - Se describen los resultados de este modelo aplicado a dos diferentes tipos de cuerpos, que corresponden a dos hipótesis diferentes sobre la composición y estructura interna de los KBO: 1. un cuerpo cuya composición y densidad se heredan de los núcleos típicos de cometas 2. otro mucho más denso y rico en materiales refractarios.

24 Objetos del cinturón de Kuiper de baja densidad y ricos en hielo. - En este caso se considera la evolución térmica de KBOs con la suposición de que son similares a los núcleos cometarios, por lo que están utilizando los parámetros que se consideran como estándar en los modelos de cometas. - Se ha analizado qué parámetros son fundamentales para estos modelos y se han construido los casos alrededor de ellos. Hemos visto que hay un número limitado de parámetros clave: la cantidad y el tipo de radioisótopos, la composición del cuerpo (especialmente la cantidad de polvo), el tamaño, y la conductividad térmica. - Estos factores afectan a la evolución de diferentes maneras. - La cantidad y el tipo de radioisótopos proporcionan diferentes velocidades de calentamiento que también son una función del tiempo. - El radioisótopo 26 Al es una fuente de calor muy intenso, y su abundancia afecta fuertemente a la evolución del cuerpo. Su presencia en KBOs es debatida, debido a la corta vida media que presenta (10 5 años).

25 25 - La cantidad total de radioisótopos es una función de la cantidad de materiales refractarios (polvo) en el núcleo. - También, el polvo afecta a la conductividad térmica general: Cuanto más grande es la relación polvo/hielo, mayor será la conductividad térmica. - La combinación de estos dos parámetros aumenta fuertemente el proceso global de transferencia de calor. - La estructura de hielo de agua también influye en la evolución térmica del cuerpo. El hielo amorfo puede ser un conductor de calor muy ineficiente. - El proceso de cristalización es una gran fuente de calor interna que, en condiciones particulares da un aumento descontrolado de la temperatura interna. - La estructura del cuerpo en términos de porosidad y radio de los poros tiene una fuerte influencia en la conductividad térmica y, en la temperatura interna; medios porosos son conductores ineficientes. Baja conductividad resulta en temperaturas más altas.

26 26 - El tamaño del cuerpo es importante. Trabajos anteriores han mostrado que el calentamiento radiogénico no es eficiente para pequeños cuerpos. - Para estos modelos (De Sanctis et al., 2001) se ha supuesto: 1. °T inicial de 30 K a lo largo de todo el cuerpo (°T plausible de la nebulosa solar en regiones de formación cometaria) 2. Densidad del polvo de 1000 Kg. m -3 (los granos son el resultado de un proceso de acumulación altamente porosos). 3. Emisividad Porosidad inicial 0,8. 5. Radio inicial del poro tiene un valor de10 -5 m. - En estos modelos, estamos asumiendo una cantidad inicial baja de CO, pero estamos considerando sólo la fracción de CO existentes como su propio hielo. - El efecto combinado de los radioisótopos y la insolación, conduce a un aumento en la temperatura total del núcleo. - La temperatura interna aumenta gradualmente, pero nunca alcanza un valor lo suficientemente alto para permitir la transición de fase cristalina: El hielo amorfo se conserva.

27 27 Los principales resultados de los modelos de evolución térmica aplicados a los clásicos KBOs similares a cometas son: el calentamiento interno debido al decaimiento radioactivo puede ser suficiente para movilizar a los volátiles, dando lugar a una estructura compuesta por capas. los primeros mts. debajo de la superficie, los hielos más volátiles están completamente ausentes debido a los efectos combinados de calentamiento solar e interno. por calentamiento radiogénico, la °T interna puede llegar a ser muy alta para permitir la sublimación del CO de las capas internas. gas circula libre en el cuerpo (sistema de poros) y puede condensar en esas capas a menor °T. el núcleo que resulta de calentamiento radiogénico tiene una estructura de capas entrelazadas de CO congelado y capas agotadas de él. Esta estructura es debida al hecho de que la °T central tiende a elevarse por encima de la °T de sublimación del CO. si la cantidad de radioisótopos de vida corta, como 26 Al, es baja los modelos prevén que el hielo CO está confinado en el interior del núcleo. La profundidad a la que los volátiles se limitan depende del tipo de elemento radiactivo y a su cantidad.

28 28 - De estas simulaciones (De Sanctis et al., 2001) (véase Figura 1) se puede ver que si el cuerpo es rico en hielo y de baja densidad, un núcleo indiferenciado puede sobrevivir, dependiendo principalmente del tipo y la cantidad de elementos radiogénicos contenido en el cuerpo, pero también de los parámetros físicos asumidos. - Los cuerpos que emergen de este escenario conservan hielos amorfos ya que la °T central no sube demasiado. - Hay que recordar que la conductividad térmica global calculada para nuestros modelos es bastante grande, y esta es un parámetro clave para el aumento de la temperatura interna. - Conductividades más pequeñas pueden dar diferentes resultados con un aumento descontrolado de la temperatura. Figura 1

29 29 - De los resultados, los volátiles, consolidados en el hielo amorfo, se conservan y están presentes en todo el núcleo hasta que el cuerpo se encuentra en el CKuiper. - En estos casos, unas fuentes de moléculas volátiles, tales como CO, observadas en la coma de cometas, podrían ser los volátiles atrapados, liberados cuando se produce la transición de fase del hielo amorfo. - Todos los modelos desarrollados de KBOs indican que el perfil de temperatura interna puede haber sido afectada sustancialmente por radionúcleos de corta y larga duración, con la compañía de cambios en la composición y la estructura (véase Figuras 2a, b). Figuras 2a,b.

30 30 - Por otra parte, los modelos indican que las regiones enriquecidas en especies volátiles, en comparación con las abundancias iniciales asumidas, surgen debido a la migración de gas y congelamiento. - P odemos afirmar que si los KBOs experimentan calentamientos radiactivos, su estructura y composición se alteran principalmente en la medida de considerables pérdidas de volátiles y desviaciones importantes de homogeneidad interna Objetos del Cinturón de Kuiper ricos en polvo y mas densos. - En este caso, la mayor parte de los parámetros del modelo asumidos como referencia son los valores comúnmente utilizados para la composición de los núcleos cometarios (Huebner et al., 2006). - El cuerpo tiene relativamente un radio pequeño (100 km), se compone de polvo y hielo de agua y CO 2, y la temperatura inicial es de 20 K en la totalidad del núcleo. Se considera además: 1.El hielo es inicialmente amorfo. 2.Densidad total del cuerpo,1.600 Kg./m 3 y porosidad de 0,3. 3.Órbita de semieje mayor de 43 UA y excentricidad de 0,05.

31 31 4.Se incluye una pequeña cantidad del radioisótopo de corta duración, 26 Al, en la composición del polvo. - El efecto combinado de radiogénesis (uniformemente distribuido en el núcleo) y calentamiento solar, conduce a un aumento de la temperatura global del núcleo. - La °T central aumenta, alcanzando la °T de sublimación de los hielos más volátiles. Sin embargo, la temperatura interna no es lo suficientemente alta para tener agua líquida. - Se especula que cuerpos de este tipo pueden ser profundamente alterados debido al calentamiento radiogénico perdiendo el hielo hipervolátil, como el CO. - Como cabría esperar, los cuerpos que tienen un gran contenido de polvo también se caracterizan por una conductividad térmica más alta. - El calor generado en el interior del cuerpo es transportado hacia la superficie, y una gran parte del cuerpo se caracteriza por un notable aumento de la temperatura.

32 32 - El cuerpo en el que la relación polvo/hielo es más alta, la °T central aumenta, en alrededor de 10 5 años, de 20 a 230 K debido a la descomposición del 26 Al. - Se comprueba si los resultados son compatibles con la convección sólida. Esto se hizo suponiendo que la convección puede ocurrir si el número crítico Rayleigh ha sido superado. Se utilizaron dos definiciones del número: en presencia (R a1 ) o en ausencia (R a2 ) de elementos radiactivos. Se asume: ρ: densidad aparente α: coeficiente de expansión térmica kd: difusividad térmica K: conductividad térmica η: la viscosidad sólido g: aceleración de la gravedad H: generación de calor debido a la presencia de elementos radiactivos ΔT: el gradiente térmico en la capa considerada como Δr, Tm: temperatura de fusión A: coeficiente adimensional (Ra) Crit: nro. crítico de Rayleigh, (Schubert et al. (2001) ~ ) Ra1-Ra2: definición del nro de Rayleigh en ausencia o presencia de elem.radiactivos. - Se comprobó que, asumiendo H = 4,3 × 10 -3, (Ra) Crítico sólo cuando están presentes elementos radiactivos y η 0 = 1014 Pa, luego, R a2 ~ y la convección es posible.

33 33 - Por tanto, podemos afirmar que, cuando una pequeña cantidad de elementos radiactivos está presente, el efecto combinado de la radiación solar y calentamiento radiogénico conduce a que los KBOs que son fuertemente volátiles se agoten, al menos en sus capas superiores. - Los KBOs también están altamente diferenciados: Un resultado típico es que las capas entrelazadas que son CO-agotadas y CO-enriquecidas son encontradas, sobre todo cuando se consideran cuerpos helados muy fríos y porosos. Si esto se confirma, la evolución de KBOs inyectados en las partes más calientes del SS será caracterizada por una explosión de volátiles cuando las capas enriquecidas alcancen la °T de sublimación. - Por último, un núcleo indiferenciado puede sobrevivir, dependiendo del tamaño y el contenido de elementos radiogénicos del cuerpo. - Según estos modelos, los cometas pueden ser generados por la fragmentación de un cuerpo rico en volátiles, o por la destrucción de un gran objeto diferenciado, que aún conserva en su interior una cierta cantidad de hielo rico en volátiles.

34 34 5. El viaje en el Sistema Solar interior: El legado de Objetos-Cometas del Cinturón de Kuiper. - En conclusión, los resultados obtenidos hasta ahora son prometedores, aunque hay algunas incertidumbres presentes. - La cantidad de elementos radiactivos de corta vida no es fácil de determinar, ya que está fuertemente relacionada con la escala de tiempo de formación. Cuanto más corto sea el tiempo de formación, mayor será la cantidad de elementos radiactivos. - Si la cantidad de elementos radiactivos de corta vida es condrítico, entonces la cantidad global de sustancias volátiles se agota, y sin ellas la actividad cometaria no se puede explicar. Sin embargo, los objetos más empobrecidos aún conservan algo de gas en las capas intermedias. - La gran variabilidad observada en los cometas puede ser original o puede estar relacionada con la interrupción de colisiones de objetos de gran tamaño previamente diferenciados, que pueden dar lugar a cuerpos con diferente contenido de volátiles.

35 35 - Superponiendo estas diferencias están los efectos de la evolución colisional y térmica de estos cuerpos, que pueden alterar fuertemente la estructura general o el contenido volátil. - Con el fin de explicar el actual comportamiento de los cometas, dos características principales se preservaran: porosidad y presencia de gases de alta volatilidad. - Sabemos que existen cuerpos localizados en órbitas inestables que están sin duda ligados a KBOs, llamados Centauros. Estos pueden ser vistos como transiciones entre los KBOs y cometas (Levison y Duncan,1994; Hahn y Bailey, 1990) - El hecho de que sus órbitas no sean estables durante el tiempo de vida del SS, sugiere que los Centauros anteriormente residían en el CKuiper y sólo recientemente han alcanzado sus órbitas actuales. - El comportamiento diferente de estos se ha atribuido no sólo a diferentes composiciones y contenidos volátiles, sino también a la presencia o ausencia de una corteza en su superficie. Tal corteza podría inhibir la actividad y, en el caso de compuestos orgánicos, enrojecen los espectros.

36 36 - Los Centauros pueden proporcionar información composicional sobre los objetos más distantes del CKuiper y también podrían proporcionar información acerca de sus procesos posteriores. - Si son cuerpos que vienen del CKuiper y esperan convertirse en cometas CP, podemos utilizarlos para inferir las características de KBOs. - Se vio que los KBOs pueden ser fuertemente empobrecidos en hipervolátiles en las capas externas Si los Centauros son cuerpos que provienen del CKuiper, deben estar en parte diferenciados y posiblemente cubiertos por cortezas orgánicas. - Cuando una corteza está presente, las moléculas de gas no puede fluir libremente a través de la capa de polvo, difundiéndose desde el frente de sublimación a través de la corteza. - Si consideramos CO sólo en forma de hielo (sin gas atrapado en hielo amorfo), el flujo de CO depende de la profundidad a la cual el hielo de CO está situado. Si el hielo de CO está presente varios kilómetros por debajo de la superficie, la emisión de gas es insignificante y este tipo de objeto se puede considerar

37 37 inactivo (con un nivel de actividad por debajo del umbral de detección). - Sin embargo, los hielos volátiles podrían todavía estar presente en el cuerpo bajo la corteza orgánica; el flujo de gas no es lo suficientemente fuerte como para eliminar las partículas de polvo de la superficie (Figura 4). - La importancia de los Centauros en la descripción general de la evolución de los cuerpos helados del SS es que proveen pruebas de la existencia de un almacenamiento temporal de cuerpos, que puede sufrir una moderada evolución termoquímica. - Además la evolución dinámica puede llevarlos tanto al interior (que da origen a los cometas CP) como fuera del sistema solar interior. Figura 4

38 38 6.Cuestiones pendientes. En particular, hay que mejorar los conocimientos en las siguientes áreas: Mecanismo de formación Composición original y estructura: La cantidad de elementos volátiles no se conoce con exactitud, y sólo puede ser parcialmente inferido para cometas a través de su actividad y en proporciones relativas de los diferentes gases. Es arriesgado suponer igual composición de los KBO, Centauros y cometas. Distribución original de masas Evolución colisional


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