Geofrik's Blog

Representación artística de la nube de Oort. Copyright: NASA.

La nube de Oort (también llamada nube de Öpik-Oort) es una nube esférica de objetos transneptunianos hipotética (es decir, no observada directamente) que se encuentra en los límites del Sistema Solar, casi a un año luz del Sol, y aproximadamente a un cuarto de la distancia a Próxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sistema Solar. Las otras dos acumulaciones conocidas de objetos transneptunianos, el cinturón de Kuiper y el disco disperso, están situadas unas cien veces más cerca del Sol que la nube de Oort. Según algunas estimaciones estadísticas, la nube podría albergar entre uno y cien mil millones de objetos, siendo su masa unas cinco veces la de la Tierra.

La nube de Oort, que recibe su nombre del astrónomo holandés Jan Hendrik Oort, presenta dos regiones diferenciadas: la nube de Oort exterior, de forma esférica, y la nube de Oort interior, también llamada nube de Hills en honor a J.G. Hills (el astrónomo que propuso su existencia en 1981), en forma de disco. Los objetos de la nube están formados por compuestos como hielo, metano y amoniaco, entre otros, y debieron haberse formado muy cerca del Sol cuando el Sistema Solar todavía estaba en sus primeras etapas de formación. Una vez formados, llegarían a su posición actual en la nube de Oort a causa de los efectos gravitatorios de los planetas gigantes.

A pesar de que la Nube de Oort, como se ha dicho, no se ha observado directamente (un cuerpo en esas distancias es imposible de detectar hasta con rayos X), los astrónomos creen que es la fuente de todos los cometas de período largo y de tipo Halley, y de algunos centauros y cometas de Júpiter. Los objetos de la nube de Oort exterior se encuentran muy poco ligados gravitacionalmente al Sol, y esto hace que otras estrellas, e incluso la propia Vía Láctea, puedan afectarlos y provocar que salgan despedidos hacia el interior del Sistema Solar. La mayoría de los cometas de período corto se originaron en el disco disperso, pero se cree que, aun así, existe un gran número de ellos que tienen su origen en la nube de Oort. A pesar de que tanto el cinturón de Kuiper como el disco disperso se han observado y estudiado, y se han clasificado muchos de sus componentes, en la nube de Oort sólo se tiene evidencia de cuatro posibles miembros: (90377) Sedna, 2000 CR105, 2006 SQ372 y 2008 KV42, todos ellos localizados en la nube de Oort interior.

Disposición del cinturón de Kuiper y de la nube de Oort en el Sistema Solar. Copyright: NASA.

Primeras hipótesis:

En 1932, el astrónomo estoniano Ernst Öpik postuló que los cometas de período largo se habían originado en una nube que orbitaba en los confines del Sistema Solar. Por otro lado, en 1950, el astrónomo holandés Jan Hendrik Oort postuló la teoría de manera independiente para resolver una paradoja:

• Si las órbitas de los cometas son muy inestables, siendo la dinámica la que dictamina si colisionarán con el Sol o con cualquier otro planeta, o si saldrán despedidos del Sistema Solar debido a las perturbaciones de los planetas;
• y si, además, están formados en su mayor parte por hielo y otros elementos volátiles, que se van desprendiendo gradualmente debido a la radiación electromagnética que emite el Sol hasta que el cometa se divide o adquiere una corteza aislante que frena la desgasificación,

es razonable pensar (Oort así lo hizo) que los cometas no pudieron haberse formado en su órbita actual, y que debían de haber permanecido durante toda su existencia en un lejano depósito repleto de estos cuerpos celestes, cayendo con el tiempo hacia el Sistema Solar y convirtiéndose en cometas de período largo.

Tal y como puede verse en la entrada «Cometa» de este mismo blog, existen dos tipos de cometas: los de período corto (también llamados cometas eclípticos), que presentan órbitas por debajo de las 10 ua, y los de período largo (cometas casi isótropos), que poseen órbitas de más de 1.000 ua. Oort investigó los cometas casi isótropos y encontró que la mayoría de ellos (1) poseían un afelio (su distancia más lejana al Sol) de aproximadamente 20.000 ua, y (2) parecían provenir de todas direcciones, lo cual fortalecía su hipótesis y sugería un depósito de forma esférica. Los escasos cometas que poseían afelios de 10.000 ua debieron haber pasado en algún momento muy cerca del Sistema Solar, siendo influidos por la gravedad de los planetas y por lo tanto haciendo más pequeña su órbita.

Composición y estructura:

Se cree que la nube de Oort se extiende desde las 2.000 ó 5.000 ua hasta las 50.000 ua del Sol, aunque algunas fuentes sitúan su límite entre las 100.000 y las 200.000 ua. La nube de Oort se puede dividir, como ya se ha dicho, en dos regiones: la nube de Oort exterior (20.000 – 50.000 ua), de forma esférica, y la nube de Oort interior (2.000 – 20.000 ua), que tiene forma toroidal o de disco.

La nube exterior se encuentra muy poco ligada al Sol, y teóricamente es la fuente de la mayor parte de los cometas de período largo. La nube interior, por otro lado, posee (según los modelos teóricos) decenas o cientos de veces más objetos que la nube exterior, y la reabastecería de cometas a medida que éstos se van agotando. lo que explicaría la existencia de la nube de Oort tras varios Ga.

Se cree que la nube de Oort puede albergar varios billones de cuerpos de más de 1,3 kilómetros de diámetro y quinientos mil millones con una magnitud absoluta menor a +10,9 (cuanto menor es el valor, mayor es el brillo). A pesar del número tan elevado de cuerpos, cada uno de ellos estaría separado (en promedio) varias decenas de millones de kilómetros con respecto al más cercano. La masa de la nube de Oort no se conoce con certeza, pero si se toma el cometa Halley como prototipo de objeto de la nube exterior, se estima que la masa sería de 3·10²⁵ kilogramos, unas cinco veces la de la Tierra. Anteriormente se pensaba que su masa podría llegar a ser hasta 380 veces la masa terrestre, pero nuestra comprensión de la distribución de tamaños de los cometas de período largo ha reducido las estimaciones. Actualmente la masa de la nube de Oort interior continúa siendo desconocida.

Si los cometas que se han analizado conforman una estimación de los que se encuentran en la nube de Oort, la gran mayoría estarían formados por hielo, metano, etano, monóxido de carbono y ácido cianhídrico. Sin embargo, el descubrimiento del asteroide «1996 PW», que posee una órbita más característica de un cometa de período largo, sugiere que la nube también alberga objetos rocosos. Los análisis de los isótopos de carbono y nitrógeno revelan que apenas existen diferencias entre los cometas de la nube de Oort y los cometas de Júpiter, a pesar de las enormes distancias que los separan. Este hecho sugiere que todos ellos se formaron en la nube protosolar, durante la formación del Sistema Solar (ver entrada «El Universo Primigenio (III): Origen del Sistema Solar«). Estas conclusiones son también aceptadas por los estudios del tamaño granular en los cometas de la nube de Oort, así como también por el estudio de los impactos del cometa 9P/Tempel 1.

Origen:

Todo indica que la nube de Oort se formó como remanente del disco protoplanetario que se formó alrededor del Sol hace 4.600 Ma. La hipótesis más aceptada es que los objetos de la nube de Oort se formaron muy cerca del Sol, en el mismo proceso en el que se crearon los planetas y los asteroides, pero las interacciones gravitatorias con los jóvenes planetas gaseosos como Júpiter y Saturno expulsaron estos objetos hacia largas órbitas elípticas o parabólicas. Se han realizado simulaciones de la evolución de la nube de Oort desde su formación hasta nuestros días, y éstas muestran que su máxima masa la adquirió 800 Ma tras su formación.

Los modelos realizados por el astrónomo uruguayo Julio Ángel Fernández sugieren que el disco disperso, que es la principal fuente de cometas periódicos del Sistema Solar, podría ser también la principal fuente de los objetos de la nube de Oort. De acuerdo con sus modelos, la mitad de los objetos dispersados viaja hacia la nube de Oort, un cuarto queda atrapado orbitando a Júpiter, y otro cuarto sale expulsado en órbitas parabólicas. El disco disperso todavía podría seguir alimentando a la nube de Oort, proporcionándole nuevo material. Se ha calculado que, al cabo de 2,5 Ga, un tercio de los objetos del disco disperso acabarán en la nube de Oort.

Los modelos por ordenador sugieren que las colisiones de los escombros de los cometas ocurridos durante el período de formación desempeñan un rol mucho más importante de lo que anteriormente se creía. De acuerdo con estos modelos, durante las fases más tempranas del Sistema Solar sucedieron tal cantidad de colisiones que muchos cometas fueron destruidos antes de alcanzar la nube de Oort. Así pues, la masa acumulada en la actualidad en la nube de Oort es mucho menor de lo que se pensaba. Se calcula que la masa de la nube de Oort es sólo una pequeña parte de las 50-100 masas terrestres de material expulsado.

La interacción gravitatoria de otras estrellas y la marea galáctica modifica las órbitas de los cometas, haciéndolas más circulares. Esto podría explicar la forma esférica de la nube de Oort exterior. Por otro lado, la nube interior, que se encuentra más ligada gravitacionalmente al Sol, todavía no ha adquirido dicha forma. Estudios recientes muestran que la formación de la nube de Oort es compatible con la hipótesis de que el Sistema Solar se formó como parte de un cúmulo de entre 200 y 400 estrellas. Si la hipótesis es correcta, las primeras estrellas del cúmulo que se formaron podrían haber afectado en gran medida a la formación de la nube de Oort, dando lugar a frecuentes perturbaciones.

Imagen artística de un disco protoplanetario, similar al que formó el Sistema Solar. Se cree que los objetos de la nube de Oort se formaron en el interior de estos discos (muy lejos de la actual posición de la nube), cerca de los planetas gigantes como Júpiter cuando todavía estaban formándose, y que la gravedad de éstos expulsó al exterior los objetos que hoy forman la nube de Oort. Autor: NASA.

Fuerzas de marea:

Las fuerzas de marea se producen debido a que la gravedad que ejerce un cuerpo decrece con la distancia. El efecto más cotidiano son las mareas que la Luna provoca sobre los océanos terrestres, causando que éstos suban o bajen según su cercanía al satélite. Del mismo modo, la Vía Láctea ejerce estas fuerzas de marea sobre la nube de Oort, deformándola ligeramente hacia el centro de la galaxia (por lo que la nube de Oort no es una esfera perfecta). En el Sistema Solar interior esta marea galáctica es ínfima, ya que la gravedad solar predomina, pero cuanto mayor es la lejanía al Sol aquélla se vuelve cada vez más perceptible. Esta pequeña fuerza es suficiente para perturbar el movimiento de algunos miembros de la nube, y una parte de ellos son enviados hacia el Sol.

Algunos expertos creen que la marea galáctica pudo haber aumentado los perihelios (distancia más cercana al Sol) de algunos planetesimales con grandes afelios, contribuyendo así a la formación de la nube de Oort. Los efectos de la marea galáctica son muy complejos, y dependen en gran medida del comportamiento de cada uno de los objetos del sistema planetario. Por el contrario, a nivel global los efectos son más que evidentes: se cree que cerca de un 90% de los cometas que expulsa la nube de Oort se deben a ella. Los modelos estadísticos basados en las órbitas de los cometas de período largo apoyan esta idea.

Al igual que la Luna ejerce mareas sobre los océanos de la Tierra, la nube de Oort también sufre estas fuerzas de marea; siguiendo el símil la Luna sería la Vía Láctea, y los océanos los objetos de la nube de Oort. Autor: Andrew Buck.

Perturbaciones estelares:

Aparte de la marea galáctica, existen otros mecanismos capaces de enviar cometas hacia el Sistema Solar interior, como los campos gravitatorios de las estrellas cercanas o de las grandes nubes moleculares. En ocasiones, durante la órbita que sigue el Sol a través de la galaxia, nuestra estrella se aproxima a otros sistemas estelares. Por ejemplo, se ha calculado que durante los próximos 10 Ma la estrella conocida con mayores posibilidades de afectar a la nube de Oort es Gliese 710 (de hecho, se calcula que dentro de unos 1,4 Ma transitará por la nube de Oort, aumentando hasta en un 50% la tasa de expulsión de cometas). Este proceso también dispersa los objetos fuera del plano eclíptico, explicando la distribución esférica de la nube.

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Figuras:
Las siguientes figuras son de dominio público porque fueron creadas por la NASA. Las políticas sobre copyright de la NASA estipulan que «el material de la NASA no está protegido con copyright a menos que se indique lo contrario».
–Colaboradores de Wikipedia (2007). “G29-38 Debris disk.jpg”. Wikipedia, la enciclopedia libre. [link]
–Colaboradores de Wikipedia (2008). “Fuerza de marea.svg”. Wikipedia, la enciclopedia libre. [link]
–Colaboradores de Wikipedia (2008). “Kuiper oort es.png”. Wikipedia, la enciclopedia libre. [link]

Referencias:
–Colaboradores de Wikipedia (2014). “Nube de Oort”. Wikipedia, la enciclopedia libre. [link]
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