[論文レビュー] Outgassing As Trigger of 1I/`Oumuamua's Nongravitational Acceleration: Could This Hypothesis Work at All?

Z. Sekanina|arXiv (Cornell University)|May 2, 2019

Astro and Planetary Science参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、1I/‘Oumuamuaの非重力的加速が、観測された太陽からの距離依存性との不一致、極めて低い質量密度要件（<0.001 g cm⁻³）、および検出可能な活動の欠如により、放出ガス（特に水氷）では説明できないと主張している。加速は、解体された恒星間コメットの低密度・非活動的破片に対する太陽放射圧によってより適切に説明され、いかなる放出ガス機構も不要であると結論づけている。

ABSTRACT

The question of what triggered the nongravitational acceleration of 1I/`Oumuamua continues to attract researchers' attention. The absence of any signs of activity notwithstanding, the prevailing notion is that the acceleration of the stellar, cigar-like object was prompted by outgassing. However, the Spitzer Space Telescope's failure to detect `Oumuamua not only ruled out the CO_2 and/or CO driven activity (Trilling et al. 2018), but made the cigar shape incompatible with the optical observations. Choice of water ice as the source of outgassing is shown to be flawed as well: (i) the water sublimation law is demonstrably inconsistent with the observed variations in the nongravitational acceleration derived by Micheli et al. (2018), the point that should have been assertively highlighted; and (ii) an upper limit of the production rate of water is estimated at as low as 4 x 10^(23) molecules s^(-1), requiring that, at most, only a small area of the surface be active. In this case the conservation of momentum law is satisfied only when `Oumuamua's bulk density is extremely low, &lt;0.001 g cm^(-3), reminiscent of the formerly proposed scenario with `Oumuamua as a fragment of a dwarf interstellar comet, possibly an embryo planetesimal, disintegrating near perihelion, with the acceleration driven by solar radiation pressure (Sekanina 2019a) and no need for activity at all. High quality of astrometry and Micheli et al.'s orbital analysis, whose results were confirmed by the computations of other authors, is acknowledged.

研究の動機と目的

• 1I/‘Oumuamuaの軌道における観測された非重力的加速を、水氷の放出が妥当に説明できるかどうかを評価すること。
• 水やその他の揮発性物質の昇華モデルと照らし合わせ、観測された加速則（r⁻² または r⁻¹）との整合性を検討すること。
• CO₂、CO、OHの非検出が、放出ガス仮説に与える影響を検討し、最大水生成率を制限すること。
• 低体積密度・非活動的破片が、観測された加速の原因となり得る物理的妥当性を検討し、太陽放射圧と整合させること。
• 星のように見える外観、極度の多孔質性、および軌道力学を統合的に説明できる一貫した物理的モデルを構築すること。

提案手法

• Micheliら（2018）の測位および軌道データの分析を行い、独立的な計算で確認された結果を基に、非重力的加速を径方向力としてモデル化する。
• 水氷および他の揮発性物質（CO₂、CO）の昇華則を適用し、予測された加速プロファイルと観測された r⁻² または r⁻¹ 依存性を比較する。
• Ye ら（2017）および Trilling ら（2018）による CN、C₂、C₃、CO、CO₂ の生成率の上限値を用い、水生成率の保守的上限（≤4×10²³ molecules s⁻¹）を導出する。
• Kataoka ら（2013, 2017）のフラクタル凝集体モデルを用いて、極度の多孔質性および低体積密度下での運動量保存を評価する。
• 既知のコメットの加速と比較し、放出ガス駆動加速の物理的妥当性を検討する。
• 解体された恒星間コメットの破片としての低密度・多孔質・非活動的物体に対する太陽放射圧をモデル化し、活動性を要件としない観測された加速を説明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1I/‘Oumuamuaにおける観測された r⁻² または r⁻¹ 依存性は、水氷の昇華によって説明可能か？
• RQ2 スプツナー宇宙望遠鏡による非検出と、CO₂ や CO の昇華は整合するか？
• RQ3 検出可能な活動の欠如が、1I/‘Oumuamuaの水生成率に与える上限は何か？
• RQ4 表面のわずかな部分でのみ活動している場合、運動量保存を満たすために必要な体積密度はどれほどで、それは物理的に妥当か？
• RQ5 非重力的加速は、解体された恒星間コメットの破片である非活動的・超多孔質な物体に対する太陽放射圧によって説明可能か？

主な発見

• 1I/‘Oumuamuaの観測された非重力的加速は、水氷の昇華則と整合せず、観測された r⁻² または r⁻¹ 依存性を説明できない。
• 水生成率の上限は ≤4×10²³ molecules s⁻¹ に制限され、これはわずかに小さな表面領域からの活動を示唆する。
• 運動量保存を満たすためには、放出ガスが原因の場合、体積密度が <0.001 g cm⁻³ である必要があり、極度の多孔質性と低い構造的安定性を示唆する。
• 星のように見える外観と検出可能な活動の欠如は、顕著な放出ガスとは矛盾し、現在の仮説を覆すものである。
• 観測された加速は、解体された恒星間コメットの低密度・非活動的破片に対する太陽放射圧によってより妥当に説明され、いかなる放出ガスも不要である。
• このモデルは、原始惑星系円盤内でのダスト凝集によって形成されるふわふわした多孔質凝集体の形成と整合し、10 kg から 10⁶ トンの質量範囲で体積密度が 0.0002–0.0004 g cm⁻³ の範囲に達する。