[논문 리뷰] The origin of interstellar asteroidal objects like 1I/2017 U1

Simon Portegies Zwart, Inti Pelupessy외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 09.

Astro and Planetary Science인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 1I/2017 U1('Oumuamua)와 같은 간성 소행성 물체의 기원을 그들의 운동학적 특성과 은하수 시뮬레이션, Gaia TGAS 자료를 비교 분석하여 조사한다. 연구 결과, 이러한 물체는 매우 흔하며 태양으로부터 100 au 이내에 약 ~3×10⁵개가 존재할 것으로 추정되며, 주로 별 집단 간 상호작용 동안 태양계 외부의 행성계 잔여물에서 태양계로 빠져나온 것으로 보이며, 은하 주변 지역에서 흔하게 발견된다.

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.

연구 동기 및 목표

• 1I/2017 U1과 같은 간성 소행성 물체의 기원과 밀도를 규명하는 것.
• 1I/2017 U1이 별의 오르트 구름에서 포획된 것인지, 단지 지나다니기만 한 것인지 평가하는 것.
• Gaia 자료를 활용하여 1I/2017 U1의 운동학적 특성이 지역 은하력장과 일치하는지 평가하는 것.
• 태양계 주변 유사한 크기의 비구속 소행성 물체의 수밀도를 추정하는 것.

제안 방법

• 은하수의 역학을 시뮬레이션하여 간성 물체의 궤도를 모델링하는 것.
• Gaia DR1 TGAS 자료를 사용하여 관측된 1I/2017 U1의 운동학적 특성을 시뮬레이션된 간성 물체 분포와 비교하는 것.
• 1I/2017 U1의 과거 궤도를 추적하여 주변 별과의 근접 접촉, 특히 TYC4742-1027-1과의 접촉을 특정하는 것.
• 관측된 특성과 운동학적 행동을 바탕으로 1I/2017 U1와 유사한 물체의 지역 밀도를 추정하는 것.
• 별 집단의 진화 과정에서 소행성 물체가 고체 원반에서 어떻게 태양계 외부로 빠져나가는지 모델링하는 것.
• 1I/2017 U1이 특정 별계에서 포획되거나 기원했을 가능성에 대해 궤도적 근접도와 시간적 일치도를 기반으로 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1I/2017 U1의 기원은 무엇이며, 이는 별의 오르트 구름에서 포획된 것인지, 단지 지나다니기만 한 간성 물체인가?
• RQ2 태양계 주변에서 1I/2017 U1와 유사한 비구속 소행성 물체는 얼마나 흔한가?
• RQ3 1I/2017 U1의 운동학적 행동은 지역 은하력장과 간성 물체 분포에서 예상되는 바와 일치하는가?
• RQ4 이러한 물체들이 행성계 외부로 태양계를 떠나는 데 기여하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 1I/2017 U1는 태양계에 도달하기 전에 은하계를 얼마나 오랫동안 떠도다 온 것으로 보이는가?

주요 결과

• 1I/2017 U1은 약 130만 년 전에 별 TYC4742-1027-1과 약 0.16 pc 거리에서 지나갔지만, 이 별의 오르트 구름에서 기원했을 가능성은 매우 낮다.
• 1I/2017 U1와 유사한 물체의 밀도는 태양으로부터 100 au 이내에서 약 ~3×10⁵개로 추정된다.
• 이러한 물체의 밀도는 태양계 주변에서 약 ~10¹⁴개/입방파섹으로 추정된다.
• 1I/2017 U1의 운동학적 특성은 지역 은하력장 하에서 예상되는 간성 물체 분포와 일치한다.
• 이러한 물체들은 주로 행성계 형성 잔여물에서 생겨나며, 별 집단 내 상호작용이나 공명 상호작용에 의해 태양계 외부로 빠져나온 것으로 보인다.
• 은하는 solae lapides(자유로이 떠도는 소행성 물체)로 가득 차 있으며, 이는 이들이 은하간 매질의 일반적인 구성 요소임을 시사한다.