[論文レビュー] The origin of interstellar asteroidal objects like 1I/2017 U1

Simon Portegies Zwart, Inti Pelupessy+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2017

Astro and Planetary Science被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、1I/2017 U1（'Oumuamua）のような恒星間小惑星的天体の起源を、その運動学的特性を分析し、銀河系のシミュレーションおよびGaia TGASデータと比較することで調査している。結論として、このような天体は極めて一般的であることが判明し、太陽の100 au圏内には約3×10⁵個存在すると推定される。これらは星団の相互作用中に破壊された原始惑星系円盤から放出されたものであり、銀河の近傍に広く存在すると考えられる。

ABSTRACT

With the recently discovered interstellar object 1I/2017U1 (1I/'Oumuamua) we have to realize that the Solar System is not isolated, but part of a larger environment with which we interact. We compare the kinematics of 1I/2017U1 with simulations of the Milky Way Galaxy and Gaia TGAS data to estimates the local density of objects similar to 1I/2017U1 and to investigate its possible origin. We find that about 1.3\,Myr ago 1I/2017U1 has passed within a distance of $0.16$\,pc from the nearby star TYC4742-1027-1. It seems unlikely that 1I/2017U1 originated from an Oort-cloud around this star, but it simply trespassed on its way through. Based on our calculations we conclude that the population of sola lapis (unbound asteroidal objects) is much larger than that of cometary objects. The number of objects with characteristics similar to 1I/2017U1 must be very common, we estimate a population density of $\approx 3 imes10^{5}$ similarly sized objects within 100\,au from the Sun or $\sim10^{14}$ per cubic parsec in the Solar neighborhood. By comparing the results of simulations of the Milky Way Galaxy with the Gaia DR1 TGAS we conclude that the kinematics of 1I/2017U1 is consistent with that expected from interstellar distribution of isolated objects that are part of the local Galactic potential. It is then hard to predict how long 1I/2017 U1 has been roaming the Galaxy before it visited the Solar System. We subsequently argue that the Galaxy is rich in solae lapides such as 1I/2017U1. We speculate that such an object is formed in a debris disk as left over from the star and planet formation process. Upon interaction with other stars in the parental star cluster or due to resonant interactions within the planetary disk these objects are liberated from their parental star and float freely in the interstellar space.

研究の動機と目的

• 1I/2017 U1のような恒星間小惑星的天体の起源と密度を特定すること。
• 1I/2017 U1が恒星のオールト雲から捕獲されたものか、単なる通過天体であったかを評価すること。
• Gaiaデータを用いて、1I/2017 U1の運動学的挙動が局所銀河ポテンシャルと整合するかを評価すること。
• 太陽近傍における同程度のサイズの未束縛小惑星的天体の数密度を推定すること。

提案手法

• 銀河系の動力学をシミュレートし、恒星間天体の軌道をモデル化した。
• Gaia DR1 TGASデータを用いて、1I/2017 U1の観測された運動学的特性と、シミュレートされた恒星間天体分布を比較した。
• 1I/2017 U1の過去軌道を追跡し、特にTYC4742-1027-1との接近を特定した。
• 観測された性質と運動学的挙動をもとに外挿し、同様の天体の局所的密度を推定した。
• 星団の進化過程における原始惑星系円盤からの小惑星的天体の打ち出しメカニズムをモデル化した。
• 1I/2017 U1が特定の恒星系から捕獲されたか、あるいはその起源であった可能性を、軌道の接近度と時刻の両面から評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1I/2017 U1の起源は何か？ また、それは恒星のオールト雲から捕獲されたものか、単なる通過天体であったか？
• RQ2 太陽近傍には、1I/2017 U1に類似した未束縛小惑星的天体はどれほど一般的に存在するか？
• RQ3 1I/2017 U1の運動学的挙動は、局所銀河ポテンシャルおよび恒星間天体分布に期待されるものと整合するか？
• RQ4 このような天体が恒星間空間へ打ち出されるメカニズムは何か？
• RQ5 1I/2017 U1は、太陽系との遭遇以前に、銀河をさまよい続けていたのはどの程度の期間だろうか？

主な発見

• 1I/2017 U1は約1.3 Myr前にTYC4742-1027-1という恒星の0.16 pc圏内を通過したが、その恒星のオールト雲に由来する可能性は低い。
• 1I/2017 U1に類似した天体の密度は、太陽の100 au圏内に約3×10⁵個と推定される。
• 太陽近傍における同様の天体の数密度は、約10¹⁴個/立方パーセクと推定される。
• 1I/2017 U1の運動学的挙動は、局所銀河ポテンシャル下での恒星間天体分布に期待されるものと整合している。
• このような天体は、惑星系形成の残余物であり、星団内の恒星の接近や共鳴相互作用によって打ち出されたものと考えられる。
• 銀河にはsolae lapides（浮遊する小惑星的天体）が豊富に存在し、これは銀河間物質の一般的な構成要素であることを示している。