Neptün ötesi cisim

Neptün ötesi cisim (NÖC veya TNO) Güneş Sistemi'nde bulunup ortalama yörüngesi Neptün'ün yarı büyük ekseninden daha büyük olan (30 AU) küçük gezegenlerin genel ismidir. Uzayın bu bölümünde kalan Kuiper kuşağı, Oort bulutu ve dağınık disk cisimleri bu kategoridendir.
Tipik olarak, TNO'lar Kuiper kuşağının klasik ve rezonans nesnelerine, dağınık diske ve sednoidler en uzak olanlar da dahil olmak üzere müstakil nesnelere ayrılır. Ekim 2023 itibariyle, küçük gezegen kataloğu 925 numaralı ve 3.562 numarasız TNO içermektedir.
İlk keşfedilen Neptün-ötesi cisim 1930'da Plüton'dur. Güneş'in yörüngesinde doğrudan dönen 15760 Albion adlı ikinci bir Neptün ötesi cismin keşfedilmesi 1992 yılını bulmuştur. Bilinen en büyük TNO Eris'tir ve onu Plüton, Haumea, Makemake ve Gonggong takip etmektedir. Neptün ötesi cisimlerin yörüngesinde 80'den fazla uydu keşfedilmiştir. TNO'ların farklı renkleri vardır ve gri-mavi (BB) ya da çok kırmızı (RR) renktedirler. Kaya, amorf karbon, su ve metan gibi uçucu buzların karışımından oluştukları, tholinler ve diğer organik bileşiklerle kaplandıkları düşünülmektedir.
Yarı büyük ekseni 150 AU'dan büyük ve enberisi 30 AU'dan büyük olan on yirmi yedi cisim bilinmektedir ve bunlar aşırı Neptün ötesi cisim (ETNO'lar) olarak adlandırılmaktadır.
Dağılım ve Sınıflama
Yandaki diyagram, 70 AU'ya kadar uzakta olduğu bilinen Neptün-ötesi cisimlerin dağılımını gezegen yörüngeleri ve Centaurlar'la birlikte göstermektedir. Farklı sınıflar değişik renklerle kodlanmışlardır. Resonanstaki cisimler (yani Neptün'le yörüngesel resonansta olanlar) kırmızıyla gösterilmiştir: (Neptün Truvalıları, Plütinolar ve bir miktar daha küçük gruplar). Kuiper kuşağı kavramı, klasik cisimleri tekrar gruplandırmaktadır (kubevanolar mavi, Plütinolar ve twotinolar kırmızı).
Dağınık disk, diyagramın çok daha sağına kadar devam eder. Bilinen cisimlerin ortalama uzaklığı 500 AU (Sedna) ve günöteleri 1000 AU'den fazladır ((87269) 2000 OO67).
Kayda değer Neptün-ötesi Cisimler
Fiziksel karakteristikler
En büyük Neptün-ötesi cisimler dışında görünür kadirleri göz önünde tutulduğunda (>20) araştırmalar, yalnız şu fiziksel özellikleri inceleyebilmektedir:
en büyük cisimlerin ısı emisyonu (bkz. kadir saptaması),
Renk indeksleri yani görünür kadirlerin değişik filtrelerle karşılaştırması
tayflar, görünür ve kızılötesi ışınların analizi
Renkler ve tayfların araştırılmasıyla cisimlerin kökeni ve başka sınıf cisimlerle bağıntıları ortaya çıkarılabilir. Bu sınıflar centaurlar ve dev gezegenlerin Kuiper kuşağı'ndan geldikleri sanılan kimi uydularıdır (Triton, Phoebe). Fakat yorumlar, tayfların birden fazla yüzey bileşimi modeline uyması ve yüzeydeki parçacıkların boyutlarının tam bilinememesinden dolayı tipik olarak belirsiz olurlar. Daha açık bir ifadeyle optik yüzeylerin bileşimi, yoğun ışınım, güneş rüzgarı ve mikro meteoritlerle değişmektedir. Bundan dolayı yüzeylerdeki görünen ince tabakalar, altlarında bulunan regolitten bambaşka olabilirler.
Küçük TNOlerin yüzeylerinin tayflarında görülen düşük yoğunlukta tolin gibi (karbon içeren) organik maddelerle kaya ve buz karışımından oluştuğu düşünülmektedir. Diğer taraftan 2.600-3.300 kg/m3 arası yüksek yoğunluklu Haumea, buz içermeyen bir malzemeyle kaplı olabilir (Plüton'un yoğunluğu: 2.0 g/cm3).
Kimi küçük TNOlerin birleşimleri kuyruklu yıldızlara benzeyebilir. Gerçekten de kimi Centaurlar Güneş'e yaklaştıklarında mevsimlik değişikliklere uğradıklarından yapılan sınıflamaların sınırları bulanıklaşır (bkz. 2060 Chiron ve 133P/Elst-Pizarro). Fakat Centaurlar ve TNOler arası karşılaştırmanın sonucu hala tartışma konusudur.
Renkler
Centaurlar gibi TNOlerin mavi-griden çok kırmızıya kadar çok çeşitli renkleri olup Centaurlar'ın hilafına açıkça iki grupta toplanırlar. Gruplardaki dağılımları da tek biçimlidir.
Renk indeksleri mavi (B), görünen ışık (V), yeşil-sarı ve kırmızı (R) filterlerden izlenen cisimlerin görünür kadirdeki farklılıklarının basit bir ölçütüdür. Diagram, bilinen renk indeksleri en büyük cisimler dışında hepsi için biraz kuvvetlendirilmiş renklerle resimlemektedir. Referans olarak Triton ve Phoebe, centaurlardan Pholus ve gezegenlerden Mars gösterilmiştir (sarı etiketli sembollerin boyutları orantılı değildir).
Renk ve yörünge karakteristikleri arası korelasyonlar araştırılmış ve değişik dinamik sınıfların değişik kökenleri olduğu kuramını doğrulamıştır.
Klasik cisimler
Klasik cisimler, iki değişik renk sınıfında toplanmışa benzemektedirler: eğimleri ekliptiğe göre < 5 olup yalnızca kırmızı renkte olan ve soğuk olarak adlandırılan sınıfla sıcak olarak adlandırılan yüksek eğimli ve kırmızıdan maviye kadar bütün renkleri gösteren diğer sınıf.
Son zamanlarda yapılıp Deep Ecliptic Survey verilerine dayanan bir analiz, renklerde kendini gösteren (core ya da çekirdek olarak adlandırılan) küçük meyilli cisimlerle büyük meyilli olup halo denilen ikinci grup arası farklılığı onaylamaktadır. Çekirdek cisimlerin kırmızı rengiyle karışmamış (İng. unperturbed) yörüngeleri, bu cisimlerin kuşağı oluşturan asıl elemanların bir kalıntısı olabileceği izlenimini vermektedir.
Dağınık disk cisimleri
Dağınık disk cisimler, renkçe sıcak klasik cisimlere benzemekle muhtemel ortak bir köke işaret ederler.
En büyük cisimler
Karakteristik olarak büyük (parlak) cisimler tipik olarak eğimli yörüngelerde dönerlerken değişmez düzlem, çoğunlukla küçük ve sönük olan cisimleri toplamaktadır. Sedna dışında Eris, , , Charon ve Orcus gibi büyük TNOler nötr renkleri varken (kızılötesi indeksi V-I < 0.2) nispeten daha sönük olan cisimler (50000 Quaoar, Ixion, 2002 AW197 ve Varuna) ve popülasyonun ortalaması kırmızımsıdır (V-I ve 0,3 ila 0,6 arası). Bu farklılık, en büyük cisim yüzeylerinin buzla kaplı olduğu ve böylece kırmızı ve daha koyu bölgeleri altında sakladığı görüşünü ortaya koyar.
Diyagram, bağıl büyüklükleri göstererek en büyük TNOlerin albedo ve renkleri resimlemektedir. Ayrıca bilinen uydular ve Haumea'nın (2003 EL61) hızlı dolanımdan kaynaklanan ender şekli de görünmektedir. Makemake (2005 FY9} etrafındaki yay, aklığındaki belirsizliği göstermektedir. Eris'in boyu Michael Brown'un HUT'yla yaptığı ölçüme (2400 km) dayanır (nokta dağılım modeli). Etrafındaki yay, Bertoldi'nin yaptığı ısıl ölçümü (3000 km) göstermektedir (kaynaklar için maddenin bağlı bölümüne bakınız).
Tayflar
Cisimler, görünen kırmızı ve yakın kızılötesinde değişen yansıtıcılıkları olan çok çeşitli tayflar göstermektedirler. Rengi belli olmayan cisimleri, kırmızı ve kızılötesi açısından dengeli bir tayf gösterirler. Çok kırmızı cisimler, kızılötesinden ziyade kırmızı renkte yansıtan dik bir eğim oluştururlar. Son zamanlarda teşebbüs edilen (Centaurlarla ortak) sınıflama, BB (mavi, ortalama olarak B-V=0.70, V-R=0.39 örn. Orcus)'den RR'ye (çok kırmızı, B-V=1.08, V-R=0.71, örn. Sedna) kadar gitmektedir. Bu sınıflamada BR ve IR ara sınıflardır ve çoğunlukla kızılötesinde farklılık gösterirler (bands I, J ve H).
Yüzeylerin tipik modellerinde su buzu, şekilsiz karbon, silikatlar ve yoğun ışımayla oluşmuş tholin adlı organik makro moleküller bulunmaktadır.
Dört ana tolinle kırmızılaşma eğimiyle uyuşan bir açıklanma getirilmektedir:
Titan tolininin 90% N2 ve %10 CH4(gazlı metan)'dan oluştuğu sanılmaktadır
Titan tolininin yukarıdaki gibi, fakat çok düşük (0.1%) metan içerikle olduğu
(etan) buz tolin I, %86 H2O ve %14 C2H6 (etan) karışımından oluştuğu sanılmaktadır)
(metanol) buz tolin II, 80% H2O, 16% CH3OH (metanol) ve 3% CO2
İki aşırı sınıfı oluşturan BB ve RR'nin resimlendirilmesi için aşağıdaki bileşim farz edilmiştir:
Sedna için (RR çok kırmızı): %24 Triton tolin, %7 karbon, %10N2, %26 metanol, %33 metan
Orcus için (BB, gri/mavi): %85 şekilsiz karbon +%4 titan tolin, %11 H20 buz
Boyut saptanımı
TNOlerin çapının tespiti zordur. Çok iyi yörüngesel bilgi alınmış olan büyük cisimler için (ismen Plüton ve Charon) çaplar, yıldız tutulmalarıyla kesin olarak ölçülebilir.
Diğer TNOler için çaplar termal ölçümlerle saptanır. Cismi aydınlatan ışığın şiddeti (Güneş'e olan uzaklıktan) bilinemediğinden ve (atmosfersiz bir cisim için genelde kötü olmayan) yüzeyinin büyük bölümünün termal dengede olduğu varsayımıyla büyük TNOlerin çapı tespit edilir. Bilinen bir albedo için yüzey sıcaklığını ve ona karşılık olan ısı radyasyonu tahmin edilebilir. Bunun dışında cisim boyutları bilinirse hem görünen ışık miktarı, hem de yayımlanıp Dünya'ya gelen ısı radyasyonunun tahmini yapılabilir. Basitleştirici bir değişken de Güneş'in neredeyse bütün ışınlarını görünen ışık ve ona yakın frekanslarda yayımlarken TNOlerin soğuk sıcaklıklarında ısı radyasonu tamamen farklı dalga boylarında (uzak kızılötesi) yayımlanır.
Bunun sonucu olarak iki bilinmeyen (aklık ve boyut) vardır. Bu bilinmeyenler iki bağımsız ölçümle (yansıtılan ışık ve yayımlanan kızılötesi ısı radyasyonuyla) tespit edilebilir.
Malesef TNOler Güneş'ten o kadar uzaktadırlardır ki hepsi çok soğuktur. Bundan dolayı 60 μm dalgaboyu cıvarında kara cisim radyasyonu verirler.
Bu dalga boyunu Dünya'dan izlemek imkansızdır. Ancak uzaydan, örn. Spitzer Uzay Teleskobu'yla ölçülebilir. Yere bağlı rasatlarda astronomlar kara cisim radyasyonunun uzak kızılötesinde görünen ucunu gözleyebilirler. Bu uzak kızılötesi radyasyonu o denli zayıftır ki termal metotla ancak en büyük KKC'lara uygulanabilir. (Küçük) Cisimlerin çoğunluğu için çap, bir aklık farz edilerek tahmin edilir. Fakat bulunan aklıklar 0,50 ila 0,05 arası olduğundan kadiri 1,0 olan bir cisimde belirsizlik 1200 3700 km arasıdır.
Keşif
Bugüne kadar öncelikli olarak Neptün ötesi bir nesneyi hedef alan tek görev, Ocak 2006'da fırlatılan ve Temmuz 2015'te Plüton sisteminin ve Ocak 2019'da 486958 Arrokoth'un yanından geçen NASA'nın New Horizons'ıydı.
2011 yılında bir tasarım çalışması Quaoar, Sedna, Makemake, Haumea ve Eris'in bir uzay aracı tarafından incelenmesini amaçlamıştır.
2019 yılında TNO'lara yönelik bir görev, yörünge yakalama ve çoklu hedef senaryoları için tasarımlar içeriyordu.
Bir tasarım çalışması makalesinde incelenen bazı TNO'lar, , ve Lempo idi.
Neptün'ün ötesinde, Dünya kütlesinden küçük (Dünya-altı) gezegenlerden kahverengi cüceye kadar değişen gezegenlerin varlığı, Kuiper kuşağı ve Oort bulutunun gözlemlenen veya tahmin edilen bazı özelliklerini açıklamak için farklı teorik nedenlerle sıklıkla öne sürülmüştür. Kısa bir süre önce New Horizons uzay aracından elde edilen menzil verilerinin böyle varsayılan bir cismin konumunu sınırlandırmak için kullanılması önerilmiştir.
NASA, 21. yüzyılda yıldızlararası ortama ulaşmak üzere tasarlanmış özel bir Yıldızlararası Öncü için çalışmaktadır ve bunun bir parçası olarak Sedna gibi cisimlerin uçuşu da düşünülmektedir. Genel olarak bu tür uzay aracı çalışmaları 2020'lerde fırlatılmayı önermektedir ve mevcut teknolojiyi kullanarak Voyager'lardan biraz daha hızlı gitmeye çalışacaktır. Bir Yıldızlararası Öncü için 2018'de yapılan bir tasarım çalışması, 2030'larda 50000 Quaoar adlı küçük gezegenin ziyaret edilmesini içeriyordu.
Aşırı Neptün ötesi cisimler
Aşırı Neptün ötesi cisimler arasında sednoid olarak sınıflandırılan üç yüksek günberili nesne vardır: 90377 Sedna, ve 541132 Leleākūhonua. Bunlar 70 AU'dan daha büyük günberiye sahip uzak ayrık nesnelerdir. Yüksek günberileri onları Neptün'den gelen önemli kütleçekimsel pertürbasyonlardan kaçınmak için yeterli bir mesafede tutmaktadır. Sedna'nın yüksek günberisi için önceki açıklamalar arasında uzak bir yörüngede bilinmeyen bir gezegenle yakın bir karşılaşma ve Güneş Sistemi'nin yakınından geçen rastgele bir yıldızla veya Güneş'in doğum kümesinin bir üyesiyle uzak bir karşılaşma yer almaktadır.