[論文レビュー] Recent formation and likely cometary activity of near-Earth asteroid pair 2019 PR2 -- 2019 QR6

Petr Fatka, Nicholas Moskovitz+14 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2021

Astro and Planetary Science参考文献 74被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、2019 PR2 および 2019 QR6 が、約300年前に形成された、既知で最も若い小惑星連星であると特定した。これは、ほぼ同一の軌道とD型小惑星に類似したスペクトルを示すことに基づく。逆方向の軌道積分を用い、水やCOの昇華に起因する彗星様の非重力的力のモデルを適用した結果、それらの接近を再現できるのはこのような活動モデルに限られ、これは、不活性化したコメットまたはD型小惑星からの最近の破壊を示唆している。

ABSTRACT

Asteroid pairs are genetically related asteroids that recently separated ($<$few million years), but still reside on similar heliocentric orbits. A few hundred of these systems have been identified, primarily in the asteroid main-belt. Here we studied a newly discovered pair of near-Earth objects (NEOs): 2019 PR2 and 2019 QR6. Based on broad-band photometry, we found these asteroids to be spectrally similar to D-types, a type rare amongst NEOs. We recovered astrometric observations for both asteroids from the Catalina Sky Survey from 2005, which significantly improved their fitted orbits. With these refinements we ran backwards orbital integrations to study formation and evolutionary history. We found that neither a pure gravitational model nor a model with the Yarkovsky effect could explain their current orbits. We thus implemented two models of comet-like non-gravitational forces based on water or CO sublimation. The first model assumed quasi-continuous, comet-like activity after separation, which suggested a formation time of the asteroid pair $300^{+120}_{-70}$ years ago. The second model assumed short-term activity for up to one heliocentric orbit ($\sim$13.9 years) after separation, which suggested that the pair formed 272$\pm$7 years ago. Image stacks showed no activity for 2019~PR2 during its last perihelion passage. These results strongly argue for a common origin that makes these objects the youngest asteroid pair known to date. Questions remain regarding whether these objects derived from a parent comet or asteroid, and how activity may have evolved since their separation.

研究の動機と目的

• 新しく発見された近地小惑星連星 2019 PR2 および 2019 QR6 の起源と形成年代を特定すること。
• 重力的または非重力的力が、連星の軌道類似性を説明できるかどうかを評価すること。
• スペクトル的および動力学的性質に基づき、母天体の性質（小惑星か不活性化したコメットか）を調査すること。
• 水またはCOの昇華による彗星活動が、連星の軌道的進化を再現する役割を評価すること。
• 光度測定およびアストロメトリックデータを用いて、2つの天体の回転周期および表面特性を制約すること。

提案手法

• 2005年までさかのぼるカタリナ・スカイ・サーベイのデータを再構築し、両天体の軌道精度を向上させた。
• 純粋な重力モデルとヤルコフスキー効果を含むモデルを用いて、逆方向の軌道積分を実施した。
• 水およびCOの昇華に基づくマーズデン形式の非重力的加速度モデルを実装し、彗星様の活動を模擬した。
• 2つの活動シナリオをテストした：準連続的活動と1つの近日点周期（約13.9年）の短時間活動。
• Find Orb ソフトウェアを用いて、両方の昇華モデルの非重力的パラメータ（A1, A2, A3）をフィッティングした。
• 軌道類似性を定量化するためのドラムマウンドD基準を適用し、既知の小惑星連星と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2019 PR2–2019 QR6 小惑星連星の形成年代は何か？ また、そのほぼ同一の軌道を説明するメカニズムは何か？
• RQ2 重力的またはヤルコフスキー効果に起因する力学的挙動のみで、連星の軌道類似性を説明できるか？ それとも非重力的活動が必要か？
• RQ3 スペクトル的および動力学的証拠に基づき、母天体の組成は小惑星的か、彗星的か？
• RQ4 異なる彗星様活動モデル（水 vs. COの昇華、連続的 vs. 短期間活動）は、推定される形成時期にどのように影響を与えるか？
• RQ5 光度曲線およびスペクトル勾配は、表面特性および回転状態について何を示唆するか？

主な発見

• 2019 PR2–2019 QR6 小惑星連星は、既知で最も若いものであり、連続的な彗星活動モデル下で、形成時期は 300+120−70 年であると特定された。
• 短期間（1周期）活動モデル下では、272±7 年の形成時期が推定され、最近の起源を示唆している。
• 連星の軌道類似性（D = 1.3 × 10−4）は、既知の近地小惑星系の中で最高であり、過去の記録を上回っている。
• スペクトル分析により、両天体ともD型で、急激に赤くなるスペクトルを示しており、PR2はQR6よりも赤いr−i色である。これは、表面粒子のサイズの違いによる可能性が高い。
• 2019 PR2 は、最後の近日点通過時に、彗星活動は検出されなかった。これは活動が停止したか、断続的である可能性を示唆している。
• 非重力的力なしの逆方向積分では、接近を再現できない。唯一、彗星様の活動モデル（水またはCOの昇華）が、妥当な形成シナリオを生み出している。