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.

Dağılım 

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'ün rezonansları üzerine yapılan ayrıntılı analitik ve sayısal çalışmalar, nesnelerin nispeten kesin bir enerji aralığına sahip olması gerektiğini göstermiştir. 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. 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.

Bilinen üyeler

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

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 itibariyle 31 nesne bilinmektedir. Sadece 5 nesne Neptün'ün L5 Lagrange noktasına yakındır ve bunlardan birinin kimliği kesin değildir; diğerleri Neptün'ün L4 bölgesinde yer almaktadır. Buna ek olarak,  "sıçrayan Truva" olarak adlandırılmaktadır ve şu anda L3 bölgesi üzerinden L4 civarında librasyondan L5 civarında librasyona geçiş yapmaktadır.

 Gezegenin önünde seyreden truvalılar L4

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Gezegeni ardından izleyen truvalılar L5

 
 
 
 
  ?

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

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

3:5 rezonans (periyot ~275 yıl) 
Şubat 2020 itibarıyla 47 nesnenin Neptün ile 3:5 yörünge rezonansında olduğu doğrulanmıştır. Numaralandırılmış nesneler arasında şunlar vardır:

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. Ağustos 2023 itibariyle, 60 4:7 rezonanslı nesnenin yörüngeleri Derin Ekliptik Araştırması tarafından onaylanmıştır. İyi belirlenmiş yörüngelere sahip nesneler şunları içerir:

 
 
 
 
 
 
 
 385446 Manwë

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. Bilinmeyen sayıda 2:1 rezonans cismi muhtemelen Neptün'ün göçü sırasında oluşan titreşim tarafından süpürülen bir gezegenimsi diskten kaynaklanmamış, zaten dağılmış durumdayken yakalanmıştır.

Bu rezonansta plutinolardan çok daha az nesne vardır. Johnston Arşivi 99 sayarken, Deep Ecliptic Survey tarafından yapılan simülasyonlar Ağustos 2023 itibariyle 112'sini teyit etmiştir. 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. Sonuç olarak, twotinolar başlangıçta plütinonlar kadar çok sayıda olabilir, ancak popülasyonları o zamandan beri plütinonlarınkinin önemli ölçüde altına düşmüştür.

Tutarlı yörüngelere sahip nesneler (mutlak büyüklük sırasına göre) şunları içerir:

2:5 rezonans (periyot ~410 yıl) 
Ağustos 2023 itibarıyla 77 adet onaylanmış 2:5 rezonanslı nesne bulunmaktadır 

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

 
 
 
 
 
 472235 Zhulong
 
 
 
 
 
 , cüce gezegen adayı

1:3 rezonans (periyot ~500 yıl) 
Johnston's Archive Ağustos 2023 itibarıyla 22 adet 1:3 rezonanslı nesne saymaktadır. Derin Ekliptik Araştırması'na göre bunlardan 12'si tutarlıdır:

 
 
 
 
 
 
 
 ?
 
 
 
 ?

Diğer rezonanslar 

Ağustos 2023 itibariyle, sınırlı sayıda nesne için aşağıdaki yüksek dereceli rezonanslar onaylanmıştır:

Haumea 

Haumea'nın Neptün ile aralıklı 7:12 yörünge rezonansında olduğu düşünülmektedir. Yükselen düğümü  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. Marc Buie bunu rezonant olmayan olarak nitelendirmektedir.

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, 'ün Neptün ile 3:7 rezonans içinde titreştiğini göstermektedir. Bu titreşim 100 milyon yıldan milyarlarca yıla kadar kararlı olabilir.

Emel'yanenko ve Kiseleva ayrıca 'in Neptün ile 3:7 rezonansında olma olasılığının %1'den az olduğunu, ancak bu rezonansın yakınında sirkülasyonlar gerçekleştirdiğini göstermektedir.

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:

 

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:

 

Burada , enberi boylamları ve , 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 , yaklaşık 86,6° derecelik bir genlikle 180° civarında salınır, yani açı periyodik olarak 93,4° ila 266,6° arasında değişir.

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

 

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. Rezonans açıları şöyledir:

 

Bu halde rezonans açısının önemi  nesne günberi noktasında olduğunda, yani  iken,

 

burada  nesnenin günberi noktasının Neptün'den uzaklığının bir ölçüsünü göstermektedir. Nesne, günberi noktasını Neptün'den uzak kalarak kendini tedirginlikten korumaktadır.  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 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. 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. 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.

Kaynakça

Konuyla ilgili yayınlar 

 
 
 
  (as HTML)

Rezonant trans Neptün ötesi cisim
Neptün ötesi bölge