[論文レビュー] On the V-type asteroids outside the Vesta family. I. Interplay of nonlinear secular resonances and the Yarkovsky effect: the cases of 956 Elisa and 809 Lundia

V. Carruba, T. A. Michtchenko+3 more|ArXiv.org|Jun 27, 2005

Astro and Planetary Science参考文献 28被引用数 70

ひとこと要約

本稿では、V型小惑星956 Elisaおよび809 LundiaがVesta族に由来するが、ヤルコフスキー効果によって駆動される2段階の力学的メカニズムにより外側へ移動したと提案している。最初に三体共振および弱い周期的共振を経て、その後強力な$z_2$非線形周期的共振（$2(g-g_6)+s-s_6$）に捕獲される。数値シミュレーションの結果、これらの共振に長期間留まれるのは約8 km以上の直径を持つ小惑星に限られ、これが956 Elisaおよび809 Lundiaの巨大なサイズと共振軌道を説明するとともに、Vesta族の年齢下限が1.2 Gyrであることを示している。

ABSTRACT

Among the largest objects in the main belt, asteroid 4 Vesta is unique in showing a basaltic crust. It is also the biggest member of the Vesta family, which is supposed to originate from a large cratering event about 1 Gyr ago (Marzari et al. 1996). Most of the members of the Vesta family for which a spectral classification is available show a V-type spectra. Before the discovery of 1459 Magnya (Lazzaro et al. 2000) and of several V-type NEA (Xu 1995), all the known V-type asteroids were members of the Vesta family. Recently two V-type asteroids, 809 Lundia and 956 Elisa, (Florczak et al. 2002) have been discovered well outside the limits of the family, near the Flora family. We currently know 22 V-type asteroids outside the family, in the inner asteroid belt. In this work we investigate the possibility that these objects are former family members that migrated to their current positions via the interplay of Yarkovsky effect and nonlinear secular resonances. The main dynamical feature of 956 Elisa and 809 Lundia is that they are currently inside the 2(g-g6)+s-s6 (z2 by Milani and Knezevic, 1993) secular resonance. Our investigations show that members of the Vesta dynamical family may drift in three-body and weak secular resonances until they are captured in the strong z2 secular resonance. Only asteroids with diameters larger than 16 km can remain in one of the three-body or secular resonances long enough to reach the region of the z2 resonance. This two-step mechanism of capture into the z2 resonance could explain: i) the current resonant orbits of 956 Elisa and 809 Lundia, ii) why their size is significantly larger than that of the typical member of the Vesta family, and iii) provide a lower limit on the Vesta family age.

研究の動機と目的

• V型小惑星956 Elisaおよび809 LundiaがVesta族の外側に位置するが、玄武岩質スペクトルを示すという事実の動力学的起源を調査すること。
• これらの小惑星が周期的共振および非重力的力によってVesta族から移動した可能性があるかどうかを特定すること。
• ヤルコフスキー効果および非線形周期的共振が、外側のV型小惑星の現在の軌道分布に果たす役割を評価すること。
• 移動時間スケールに基づいて、Vesta族の年齢に下限を設定すること。
• $z_2$周期的共振に現在捕獲されている可能性のある追加のV型小惑星を特定すること。

提案手法

• Vesta族から放出された試験粒子の軌道的進化を追跡するために、N体数値シミュレーションを実施した。初期速度は10億年経過した衝撃イベントに一致するように設定した。
• ヤルコフスキー効果は、半長径にゆっくりとした累積的変化を引き起こす周期的で非重力的力としてモデル化した。熱的パラメータと粒子サイズ（10–8000 m）を変化させ、サイズ依存性を評価した。
• 適切な要素空間を用いて動力学的家族および共振構造を特定し、$z_2$周期的共振（$2(g-g_6)+s-s_6$）を明示的に追跡した。
• 階層的クラスタリングを用いて、956 Elisaおよび809 Lundiaの動力学的近縁星を適切な要素空間で特定した。速度カットオフ130 m/s、絶対星等14.5以下を基準にした。
• 粒子軌道を最大6 Myrにわたって積分し、$z_2$共振への遷移および通過時間を分析することで、共振捕獲と滞在時間を評価した。
• スペクトル分類データと軌道的接近度を組み合わせ、$z_2$共振に捕獲されている可能性のある追加のV型小惑星の存在確率を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 956 Elisaおよび809 Lundiaの現在の共振軌道は、Vesta族からの動力学的移動によって説明可能か？
• RQ2 ヤルコフスキー効果は、強力な周期的共振への長期間の漂流を可能にするか？
• RQ3 なぜ956 Elisaおよび809 Lundiaは通常のVesta族メンバーと比べて顕著に大きく、かつてのVesta族の破壊イベントに由来する小惑星よりも大きいのか？
• RQ4 $z_2$共振への移動時間スケールから、Vesta族の年齢に下限を設定できるか？
• RQ5 $z_2$周期的共振に現在捕獲されている他のV型小惑星は存在するか？それらは同じ移動経路に沿って移動した可能性があるか？

主な発見

• 三体共振および弱い周期的共振に長期間留まれるのは、直径8 km以上の小惑星に限られ、これが956 Elisaおよび809 Lundiaの巨大なサイズと共振軌道を説明する。
• Vesta族から956 Elisaの現在の位置への典型的な移動時間スケールは1.2 Gyr以上であり、これはVesta族の年齢下限を示している。
• 小惑星は$z_2$周期的共振に約1 Gyr間留まり、その後7:2共振のような強い平均運動共振に放出される。
• $z_2$周期的共振は捕獲トラップとして機能し、シミュレーションではヤルコフスキー駆動による進化によって弱い共振を通過した後に、粒子がこれに捕獲される様子が示された。
• 809 Lundiaおよび956 Elisaの適切な要素空間において、複数のV型小惑星候補が同定され、これらはすべて現在$z_2$共振内に位置している。これは、同様の移動経路に沿って移動した可能性を示唆している。
• 共振近くに確認済みのV型小惑星4278 Harveyの存在は、使用した同定手法の妥当性を裏付けている。