[論文レビュー] 1I/`Oumuamua As Debris of Dwarf Interstellar Comet That Disintegrated Before Perihelion

Z. Sekanina|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2019

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、1I/ʻOumuamuaが生存したハリケーン核ではなく、近日点に近づく直前に回転破壊によって破壊された矮星間コメットの破片であると提案する。この物体の極めて多孔質な性質、不規則な回転運動、コメット的活動の欠如、および非重力的加速度は、すべて、脱ガス化した微細なダスト凝集体としての破壊後特性であり、それらの観測特性は、初期の原始的性質ではなく、破壊イベントに起因するものである。

ABSTRACT

Intrinsically faint comets in nearly-parabolic orbits with perihelion distances much smaller than 1 AU exhibit strong propensity for suddenly disintegrating at a time not long before perihelion, as shown by Bortle (1991). Evidence from available observations of such comets suggests that the disintegration event usually begins with an outburst and that the debris is typically a massive cloud of dust grains that survives over a limited period of time. Recent CCD observations revealed, however, that also surviving could be a sizable fragment, resembling a devolatilized aggregate of loosely-bound dust grains that may have exotic shape, peculiar rotational properties, and extremely high porosity, all acquired in the course of the disintegration event. Given that the brightness of 1I/`Oumuamua's parent could not possibly equal or exceed the Bortle survival limit, there are reasons to believe that it suffered the same fate as do the frail comets. The post-perihelion observations then do not refer to the object that was entering the inner Solar System in early 2017, as is tacitly assumed, but to its debris. Comparison with C/2017 S3 and C/2010 X1 suggests that, as a monstrous fluffy dust aggregate released in the recent explosive event, `Oumuamua should be of strongly irregular shape, tumbling, not outgassing, and subjected to effects of solar radiation pressure, consistent with observation. The unknown timing of the disintegration event may compromise studies of the parent's home stellar system. Limited search for possible images of the object to constrain the time of the (probably minor) outburst is recommended.

研究の動機と目的

• 1I/ʻOumuamuaの異常な性質（回転運動、ガス放出の欠如、非重力的加速度）を、生存核ではなく破壊後の破片として再解釈することにより説明すること。
• ボートル（1991）の、明るさが薄いコメットの近日点生存限界を1I/ʻOumuamuaの母天体に適用し、それが完全に生存できるほど明るくなかったことを示すこと。
• 1I/ʻOumuamuaの観測された近日点後の挙動が、原始的特性ではなく、最近の破壊イベントで得た性質であると主張すること。
• 破壊イベントの正確な時期が不明であるため、母星系の性質を再構築する試みが制限されることを強調すること。
• 2017年8月のアーカイブ画像を対象に、破壊を引き起こした可能性のある微小な噴出を検出するための探索を推奨すること。

提案手法

• Bortle（1991）の近日点生存限界を応用し、近日点距離 q と限界絶対等級 H₀(q) の関係を用いて、q < 0.25 AU のコメットの生存閾値を推定する。
• ウィップル（1978）のモデルに基づく標準的なコメット光曲線則 r⁻².⁴⁴ を用いて、1I/ʻOumuamuaの明るさを外側の太陽系距離（2.18 AU 以上）にまで外挿し、近日点前の明るさを推定する。
• 1I/ʻOumuamuaの観測された明るさ（2.18 AU での限界等級 ~21）を、Bortle の生存限界（q = 0.255 AU 時に H₀ = 8.5）と比較し、生存閾値をはるかに下回っていることを確認する。
• 明るさが薄いコメットにおける回転破壊のモデル化。ガス放出によるトルクは昇華率（r⁻² に反比例）と回転周期、力のモーメントアームに比例し、核の質量に反比例する。
• 破壊後の力学的挙動の分析。特に、極めて多孔質で不規則な形状のダスト凝集体に作用する太陽放射圧効果を検討し、非重力的加速度と活動の欠如を説明する。
• C/2017 S3 および C/2010 X1 の観測的制約を用いて、類似した破壊イベントからの生存破片が、多孔質で不規則で回転する凝集体であり、ガス放出を示さない可能性が高いと推論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1I/ʻOumuamuaは、近日点に到達する直前に破壊された矮星間コメットの生存破片ではなく、原始的星間天体である可能性があるか？
• RQ2 1I/ʻOumuamuaの観測された非重力的加速度は、コメット的ガス放出ではなく、多孔質で不規則な破片凝集体に作用する太陽放射圧によるものではないか？
• RQ3 1I/ʻOumuamuaは、近日点距離が高く、軌道が極端に楕円であるにもかかわらず、なぜ活動を示さないのか？これは、破壊過程における脱ガス化の結果である可能性があるか？
• RQ4 破壊イベントのタイミングが、1I/ʻOumuamuaの軌道と特性から母星系の性質を再構築する能力にどのように影響するか？
• RQ5 破壊はガス放出トルクによる回転分離によって引き起こされた可能性があり、その場合、母コメットの初期スピン、質量、氷含有量にどのような制約が生じるか？

主な発見

• 1I/ʻOumuamuaの母コメットは、Bortleの生存限界に照らして、あまりに明るくない（H₀ > 8.5）ため、近日点通過を生き延びられなかった。これは、通常、近日点に近づくかその直前に破壊するような、本質的に暗いコメットに分類される。
• 2.18 AU における1I/ʻOumuamuaの見かけの等級は、18未満と推定され、生存閾値から9等級以上も暗く、これは矮星間コメットであることを裏付ける。
• 近日点後の1I/ʻOumuamuaの観測は、元の物体の性質を反映しているのではなく、最近の破壊イベントに起因する破片である。つまり、観測された性質（回転運動、非活動性、形状）は、すべて破壊後の特徴である。
• 1I/ʻOumuamuaの軌道で観測された非重力的加速度は、コメット的ガス放出ではなく、極めて多孔質で不規則な形状をした回転するダスト凝集体に作用する太陽放射圧によって最もよく説明される。
• 1I/ʻOumuamuaの推定質量（約10⁷ g）と極めて高い多孔質性は、完全な破壊ではなく限定的な破壊イベントから生じた破片凝集体であることに一致しており、低速再集合時の接着性が保たれていると考えられる。
• 破壊イベントの正確な時期は不明であるが、2017年8月頃に微小な噴出が発生した可能性があり、その時点のアーカイブ画像の調査を推奨することで、イベントの開始時期を制約できる可能性がある。