[論文レビュー] A hypothesis on the origin of C-type asteroids and carbonaceous chondrites

V. V. Busarev|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2012

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、木星の成長領域で形成された水で分異した天体から生じた水酸化ケイ酸塩-有機物の集積が、C型小惑星および普通クレーター隕石の起源であると提唱している。木星による重力的スキャッタリングによって、これらの物質は主小惑星帯へと拡散され、破壊と再集積を経て、低アルベドの表面、高温型小惑星に見られる水酸化ケイ酸塩、および一部の隕石に観察される一方向磁化を説明できる。

ABSTRACT

A hypothesis based on observational and theoretical results on the origin of C-type asteroids and carbonaceous chondrites is proposed. Asteroids of C-type and close BGF-types could form from hydrated silicate-organic matter accumulated in the cores of water-differentiated (due to 26Al and other short-lived isotopes decay) bodies existed in the growth zones of Jupiter. Gravitational scattering of such bodies by Jupiter at its final stage of formation to the main asteroid belt might have led to fragmentation and re-accretion of their primitive materials on the surfaces of many asteroids and/or asteroid parent bodies. The hypothesis makes clear a row of long-standing puzzling facts, the main of which are as follows. The low-albedo and carbonaceous-chondritic surface properties of (1) Ceres contradict to its probable differentiated structure and icy crust (e. g., Thomas et al., 2005, Nature 437: 224-226; Castillo-Rogez et al., 2010, Icarus 205, 443-459), but it could be explained by the process of primitive matter fall. Atypical hydrated silicates (probably, as a component of carbonaceous-chondritic matter) are found on the surfaces of many asteroids of high-temperature types (Rivkin et al., 1995, Icarus 117: 90-100; Rivkin et al., 2000, Icarus 145: 351-368; Busarev, 1998, Icarus 131: 32-40; Busarev, 2002, Solar System Research 36: 39-47) that may be a consequence of the carbonaceous-chondritic matter precipitation on their surfaces. Some carbonaceous chondrites are unidirectionly magnetized (e. g., Stacey et al., 1961, J. Geophys. Res. 66: 1523-1534; Butler, 1972, Earth Planet. Sci. Lett. 17: 120-128) which may be a result of their stay on the surface of an early differentiated asteroid parent body having melted interiors and a strong magnetic field.

研究の動機と目的

• C型小惑星および普通クレーター隕石の起源を説明すること。これらは豊富に存在するが、依然として十分に理解されていない。
• セレスのような天体が内部で分離されており、氷の地殻を持つにもかかわらず、低アルベドで炭素を多く含む表面を示すというパラドックスを解明すること。
• 揮発性物質を失うはずの高温型小惑星に水酸化ケイ酸塩が存在するという事実を説明すること。
• 一部の炭素を多く含む隕石に観察される一方向磁化の原因を説明すること。
• 散在する観測的異常を、一つの動的かつ組成的起源仮説に統合すること。

提案手法

• 短寿命同位体（26Alなど）が溶融と水和を引き起こした、木星の物質供給領域で形成された水で分離した天体が、本稿で提唱される出発点である。
• 木星の最終的形成段階における重力的スキャッタリングをモデル化し、これらの天体が主小惑星帯へと放出されたことを示している。
• 原始的で水酸化ケイ酸塩-有機物を含む物質が小惑星表面に再集積するメカニズムを導入し、表面への物質供給を説明している。
• 分離した母天体で強い磁場に長期間さらされたことにより、隕石に磁化が生じたと説明している。
• 小惑星のアルベド、スペクトル的特徴、および隕石の磁化に関する観測データを用いて、仮説を制約している。
• セレス、R型小惑星、磁化された隕石のデータを統合し、多様な天体にわたるモデルの妥当性を検証している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 セレスのようなC型小惑星が、内部で分離されており、氷の地殻を持つにもかかわらず、なぜ低アルベドで炭素を多く含む表面を示すのか？
• RQ2 揮発性物質を失うはずの高温型小惑星に、なぜ水酸化ケイ酸塩が検出されるのか？
• RQ3 特定の炭素を多く含む隕石に一方向磁化を生じるメカニズムは何か？
• RQ4 原始的で水で変質した物質が、なぜ木星の形成領域から主小惑星帯へと拡散されたのか？
• RQ5 小惑星の内部構造を変えることなく、外部物質の供給によって表面組成がどのように変化しうるのか？

主な発見

• 本仮説は、セレスの低アルベド表面を原始的物質の集積によるものと説明し、その内部分離との矛盾を解消している。
• 高温型小惑星に見られる水酸化ケイ酸塩は、スキャッタリングされた水で分離した天体からの外部的堆積物と解釈される。
• 一部の炭素を多く含む隕石に観察される一方向磁化は、分離した母天体で長期間強い磁場にさらされたことによるものとされる。
• 木星の形成段階における重力的スキャッタリングが、原始的物質を主小惑星帯へと輸送・拡散するメカニズムであると提唱されている。
• 本モデルは、表面アルベド、スペクトル的特徴、磁化といった多様な観測結果を、一つの起源シナリオで統合している。
• 本仮説は、セレス、R型小惑星、磁化された隕石に関する観測データと整合しており、長年の謎を一貫した説明で解消している。