Análise da estabilidade da região externa do sistema Plutão-Caronte após a descoberta dos novos satélites NIX e HIDRA: aplicação à sonda new horizons

Abstract

Neste trabalho analisamos numericamente a região externa do sistema Plutão-Caronte através da insercão de partículas-teste inicialmente em ´orbitas do tipo-P prógradas e retrógradas, no sistema formado por Plutão, Caronte, Nix e Hidra. Destas integracões numéricas foram geradas grades semi-eixo maior em função da excentricidade definindo-se regiões de partículas em orbitas estáveis e regiões de colisão e escape. Na vizinhança dos satélites Nix e Hidra foram identificadas regiões caóticas, em que partículas localizadas dentro desta região têm suas excentricidades e semi-eixo maiores aumentados e escapam ou colidem com um corpo massivo do sistema. Um conjunto de partículas permaneceram em regiões próximas das orbitas de Nix e Hidra, possivelmente coorbitais de Nix e Hidra. Para ambos os casos, prógrado e retrógrado, a região estável”é maior na região externa do sistema, após a órbita de Hidra, dependendo do valor da excentricidade. Também foram realizadas simulações numéricas inserindo satélites hipotéticos massivos além da órbita de Caronte e os efeitos causados nas órbitas de Nix e Hidra foram analisados. Um estudo numérico preliminar dos efeitos da Press˜ao de Radiac¸ ˜ao Solar em partículas com raios de 1μm, 3μm, 5μm e 10μm foi realizado. Este estudo mostrou que partículas sob os efeitos do Arrasto de Poynting-Robertson deca´ıram em 1,45 × 106 anos (partículas de 1μm de raio) e 1,45 × 107 anos (partíıculas de 10μm de raio), enquanto que a Pressão de Radiac¸ ˜ao causou variacões das excentricidades das partículas fazendo com que em alguns casos houvesse colisões com o planeta.

In this work we performed a numerical analysis of the the outer region of the Pluto-Charon system by the insertion of a sample of test particles initially in P-type prograde and retrograde orbits, in the system formed by Pluto, Charon, Nix and Hydra. These numerical integrations generated diagrams of semi-major axis versus eccentricity which define regions of particles in stable orbits and regions of collision and escape. In the vicinity of the satellites Nix and Hydra were identified chaotic regions, where particles located in this region have their eccentricities and semi-major axis increased provoking an ejection or collision with a massive body of the system. A set of particles remained in regions near the orbits of Nix and Hydra, possibly coorbitais with them. For both cases, prograde and retrograde, the “stable” region is larger in the outer region of the system, after Hydra’s orbit, depending on the value of eccentricity. Numerical simulations were also performed by inserting some massive hypothetical satellites beyond the Charon’s orbit and the effects on the orbits of Nix and Hydra were analyzed. A preliminary numerical study of the effects of the solar radiation force on a sample of particles with radii of 1μm, 3μm, 5μm e 10μm was performed. This study showed that particles under the effects of the Poynting-Robertson drag decay on a time scale between 1.45×106 years (particles of 1μm in radius) and 1.45×107 years (particles of 10μm in radius), while the radiation pressure caused variations of the eccentricities of the particles causing in some cases collisions with the planet.