¿Cuál es la base científica para que los cometas y los cometas del cinturón principal estén compuestos de materiales diferentes?

Question

¿Observamos acontecimientos o actividades diferentes en los cometas del cinturón principal, o se comportan exactamente igual que los cometas normales?
(Aparte de la evidente diferencia de tamaño/forma de la órbita).

En Artículo de Wikipedia para los cometas del cinturón principal establece actualmente lo siguiente:

• "El Jet Propulsion Laboratory define un asteroide del cinturón principal como un asteroide con un semieje mayor (distancia media al Sol) superior a 2 UA pero inferior a 3,2 UA, y un perihelio (distancia de máxima aproximación al Sol) no inferior a 1,6 UA".
  (Por tanto, parece referirse al cinturón principal de asteroides, no al cinturón de Kuiper ni a la nube de Oort).

• "David Jewitt de la UCLA señala que [los cometas del cinturón principal] son lo más probable es que no sean cometas con hielo sublimado, sino asteroides que muestran actividad de polvo y de ahí que él y otros empezaran a llamar a esta clase de objetos asteroides activos ."
  (El artículo cita este vídeo del canal oficial de HST, como fuente de esta cita).

Si los "asteroides activos" se comportan exactamente igual que los cometas, sin diferencias apreciables en la observación, ¿cómo puede afirmar que los dos tipos de objetos están compuestos probablemente de materiales diferentes y funcionan con mecánicas distintas?
¿Cuál es la base científica de esta diferenciación?

Answer 1

La clave es que los asteroides (incluidos los "cometas del cinturón principal") tienen muy órbitas diferentes a las de los verdaderos cometas, y esto dice mucho sobre su historia.

Los cometas se encuentran en el sistema solar exterior. Aunque ocasionalmente pueden ser perturbados hacia una órbita que los acerque al Sol, estas órbitas son necesariamente muy excéntricas. Es decir, si se encuentran muy lejos del Sol, aunque estén en rumbo hacia el sistema solar interior deberán volver al lugar en el que se encuentran actualmente a menos que se produzca alguna otra interacción. La única forma de que algo que empezó muy lejos acabe en una órbita aproximadamente circular similar a la de un asteroide es ser perturbado hacia el interior y luego, de alguna manera, ser perturbado de nuevo en el sistema solar interior de la forma adecuada.

Así, la mayoría de los asteroides han estado en ese $2\mathrm{-}3\ \mathrm{AU}$ durante toda la historia del sistema solar. Por el contrario, un objeto que comenzara como asteroide tendría muy difícil acabar en una órbita similar a la de un cometa, por lo que los cometas deben haberse formado muy lejos.

Consideremos ahora el concepto de línea de hielo . En los primeros tiempos del sistema solar, cuando aún existía un disco de gas y polvo que giraba alrededor del Sol, en algún lugar del actual cinturón de asteroides se encontraba el límite entre los cuerpos volátiles, como el agua y el amoníaco, que podían congelarse. Más allá de esta línea, podemos encontrar cuerpos formados principalmente por hielo (a menos que sean demasiado grandes y empiecen a acumular hidrógeno y helio a través de la gravedad, en cuyo caso los llamamos planetas exteriores). Pero al igual que la Tierra es más roca y metal que hielo, muchos asteroides también lo son.

Además, la línea de hielo actual se encuentra a unos $5\ \mathrm{AU}$ . Dentro de este radio, el agua expuesta no durará mucho (en comparación con la edad del sistema solar). Si un asteroide estuviera hecho de hielo puro (como un cometa), se habría sublimado hace miles de millones de años.

La idea es que cuando un asteroide desprende gases volátiles, debe tratarse de un cuerpo mixto de hielo y roca que ha sufrido recientemente una colisión que ha dejado al descubierto una nueva capa de hielo. Ahora las regiones expuestas pueden desprender gases como un cometa, pero sólo durante un tiempo relativamente breve.

Answer 2

Vi el vídeo de tu post, o uno parecido, en la BBC y por lo que recuerdo Jewitt distinguía entre cometas, asteroides y asteroides con "chorros" de materia saliente.

Estoy bastante seguro de que cinturón principal se refiere al cinturón de asteroides.

Para aclarar la ubicación o ubicaciones, Jewitt afirma:

La importancia de esta actividad radica en que al menos algunos parecen constituir una tercera reserva de cometas en el Sistema Solar (tras la nube de Oort y el cinturón de Kuiper). No hay una vía dinámica establecida entre estos otros depósitos y el cinturón principal en el sistema solar moderno, por lo que cualquier hielo probablemente ha llevado una historia diferente a la del hielo en los otros cometas. Comparar objetos de los tres reservorios nos permite tomar muestras del disco protoplanetario del Sol en tres lugares (el cinturón de asteroides -cerca de 3 UA y temperatura de formación cercana a 150 K, cometas de la nube de Oort -de 5 a 30 UA temperaturas de formación de 100 a unos 50 K; cinturón de Kuiper -más allá de 30 UA, 50 K y más frío).

En su sitio web :

Los asteroides activos son una nueva clase de cuerpos del sistema solar. Destacan por tener tanto las características orbitales de los asteroides como las físicas de los cometas. Lo que esto significa es que se parecen a los cometas porque muestran comas y colas, pero tienen órbitas interiores a la de Júpiter (a < a_J) y parámetros de Tisserand sustancialmente mayores que 3, como los asteroides.

[Nota: se trata de una definición empírica, basada en simples magnitudes mensurables, que no presupone que la actividad cometaria tenga su origen en la sublimación del hielo. De hecho, como se describe aquí, hay muchas causas posibles para la pérdida de masa de los asteroides, además de la sublimación. Por esta razón, el término preferido para estos cuerpos es "Asteroides Activos". Anteriormente, los llamábamos "Cometas del Cinturón Principal", pero mucha gente interpretó erróneamente que los objetos activos eran necesariamente helados. En la mayoría de los casos, no sabemos si son helados. En algunos casos sabemos que no lo son].

Afirma que algunos asteroides activos se crean por impactos, estallidos rotacionales y otros efectos menos probables, como el calentamiento térmico.

Answer 3

Creo que se puede afirmar lo siguiente:

1. Si observamos dos objetos que muestran un comportamiento/medidas/observaciones idénticas, la única deducción científica razonable es que lo más probable es que los objetos estén compuestos de los mismos materiales y funcionen con la misma mecánica, al menos hasta que futuras observaciones puedan confirmarlo/desmentirlo. Esto parece ser una lógica indiscutible, y la comunidad de físicos de StackExchange ha sido incapaz de demostrar lo contrario hasta el momento, validando así indirectamente la integridad de esta lógica.
2. En cuanto a los datos observacionales, David Jewitt, de la UCLA, declaró, "En la mayoría de los casos, no sabemos si tienen hielo. En algunos casos sabemos que no lo están". Por lo tanto, dado que hemos confirmado mediante la observación que los objetos que muestran un comportamiento cometario no son helados, sino rocosos, sin observaciones directas de hielo (todavía); utilizando la deducción explicada en #1 anterior, podemos inferir que la mayoría/todos los cometas probablemente no son helados, y que la mayoría/todos los cometas probablemente funcionan con una mecánica que no requiere hielo (es decir, no sublimación).
3. Si el modelo estándar actual del sistema solar no puede apoyar este escenario, pero no podemos modificar o descartar la lógica explicada en #1 anterior, entonces el modelo estándar debe ser alterado para ajustarse a esta interpretación hasta que futuras observaciones puedan confirmar/desmentir las predicciones relevantes. No voy a explicar en detalle qué cambios habría que hacer (a menos que se soliciten), pero en términos generales requeriría un trastorno bastante amplio de la mayoría de las predicciones y mecánicas del modelo estándar relativas al funcionamiento y la formación de nuestro sistema solar.
4. Esto no difiere de la forma en que el modelo estándar se modificó para ajustarse a las predicciones de principios del siglo XX, como la predicción original de que los cometas están compuestos de hielos en sublimación, antes de que tuviéramos tecnología suficiente para observar que los objetos cometarios estaban compuestos de sustancias rocosas en su lugar. A medida que nuestras observaciones se hacen más precisas con tecnología más reciente, nuestras predicciones científicas cambian, y se espera que el modelo estándar se reforme para ajustarse a predicciones, observaciones e interpretaciones más recientes.
5. Si las comunidades científica y académica no permiten que el modelo estándar se ajuste para adaptarse a las observaciones modernas y a la lógica indiscutible del #1 Si no se cumplen estas condiciones, no se respeta la definición del método científico y, por tanto, se frena el progreso de la ciencia y de los conocimientos para la humanidad.