[論文レビュー] C/2014 UN 271 (Bernardinelli-Bernstein): The Nearly Spherical Cow of Comets

Pedro H. Bernardinelli, G. M. Bernstein+65 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2021

Astro and Planetary Science参考文献 4被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、低アルベドを仮定した場合に約150 kmの直径を示す、既知で最大のハリエット核であるC/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein)の発見および初期的観測的特徴付けを報告する。DES、TESS、およびアーカイブ調査からの光度および位置測定データを用いて、太陽からの距離29 auに位置するほぼ球形で非活性な核が、検出可能な回転なしに存在することが判明し、昇華モデルを用いてその組成が制約された。その結果、表面にCO2またはNH3が支配的である可能性が示された。

ABSTRACT

Abstract Comet C/2014 UN 271 (Bernardinelli-Bernstein), incoming from the Oort cloud, is remarkable in having the brightest (and presumably largest) nucleus of any well-measured comet and having been discovered at the heliocentric distance r h ≈ 29 au, farther than any Oort cloud comet. In this work, we describe the discovery process and observations and the properties that can be inferred from images recorded until the first reports of activity in 2021 June. The orbit has i = 95°, with a perihelion of 10.97 au to be reached in 2031 and a previous aphelion at 40,400 ± 260 au. Backward integration of the orbit under a standard Galactic tidal model and known stellar encounters suggests a perihelion of q ≈ 18 au on its previous perihelion passage 3.5 Myr ago; hence, the current data could be the first ever obtained of a comet that has not been inside Uranus's orbit in 4 Gyr. The photometric data show an unresolved nucleus with absolute magnitude H r = 8.0, colors that are typical of comet nuclei or Damocloids, and no secular trend as it traversed the range 34–23 au. For the r -band geometric albedo p r , this implies a diameter of 150 ( p r / 0.04 ) − 0.5 km. There is strong evidence of brightness fluctuations at the ±0.2 mag level, but no rotation period can be discerned. A coma, nominally consistent with a "stationary" 1/ ρ surface brightness distribution, grew in scattering cross section at an exponential rate from A f ρ ≈ 1 to ≈150 m as the comet approached from 28 to 20 au. The activity rate is consistent with a very simple model of sublimation of a surface species in radiative equilibrium with the Sun. The inferred enthalpy of sublimation matches those of CO 2 and NH 3 . More volatile species, such as N 2 , CH 4 , and CO, must be far less abundant on the sublimating surfaces.

研究の動機と目的

• 2014年から2020年までの光度および位置測定データを用いて、既知で最大のハリエット核であるC/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) の物理的性質を特徴付けること。
• 2014年から2020年までの光度および位置測定データを用いて、核のサイズ、アルベド、回転状態を特定すること。
• 活動の開始と昇華率のモデル化を通じて、表面揮発性成分の組成を推定すること。
• 銀河潮汐力および恒星接近を考慮した軌道の逆方向積分を通じて、彗星の動的歴史を評価すること。
• DESのような深宇宙調査で、このような大がかりで遠く、非活性な彗星が検出可能かどうかを評価すること。

提案手法

• ダークエネルギー調査（DES）、TESS、PS1、VISTA、CFHT、およびアーカイブ調査（WISE、VST）からの多エポック光度および位置測定データを用いて、彗星の位置と明るさを追跡した。
• 絶対等級 Hr = 8.0 を測定し、標準的な H–G 等級位相関数を仮定して、幾何的アルベド pr を用いて直径 150(pr/0.04)^−0.5 km を導出した。
• ±0.2 mag の明るさ変動を分析して回転による変動を評価したが、有意な周期性は認められなかった。
• 彗星が28 au から20 au に近づくに従い、散乱断面積（Afρ）が約1 m から約150 m に増加したため、彗星の尾の成長を分析した。
• 放射平衡を仮定した昇華モデルに観測されたAfρの進化をフィットさせ、昇華のエンタルピーを推定した。
• CO2、NH3、N2、CH4、CO の既知の値と比較することで、揮発性成分の組成を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C/2014 UN271 の核のサイズとアルベドは何か？ その解像度のない性質は、形状および表面特性について何を示唆するか？
• RQ2 核の回転状態は何か？ また、回転に起因する検出可能な明るさの変動を示しているか？
• RQ3 彗星が太陽に近づくに従い、尾の散乱断面積（Afρ）はどのように変化するか？ これは昇華率に何を示唆するか？
• RQ4 推定された昇華エンタルピーに基づいて、観測された活動を引き起こす可能性のある揮発性種は何か？
• RQ5 彗星の動的歴史は何か？ その軌道は、オールト雲からの最初の訪問者である、未汚染のオブジェクトである可能性を示唆するか？

主な発見

• C/2014 UN271 の核は絶対等級 Hr = 8.0 を示し、幾何的アルベド 0.04 を仮定した場合、直径は約150 kmに相当する。
• 核には検出可能な回転が認められず、明るさの変動は±0.2 mag のレベルに留まり、ほぼ球形で回転しない物体であると整合的である。
• 彗星が28 au から20 au に近づくに従い、尾の散乱断面積（Afρ）は約1 m から約150 m に増加し、活動の指数的増加を示している。
• 観測されたAfρの進化は、放射平衡を仮定した単純な昇華モデルと整合的であり、推定された昇華エンタルピーはCO2およびNH3の値と一致する。
• N2、CH4、CO よりも揮発性が強い物質は、表面で昇華するにあたりはるかに少ない量にとどまっている必要がある。なぜなら、それらの物質が昇華すれば、はるかに高いAfρ値を生じるからである。
• 軌道の逆方向積分により、彗星は350万年前に18 au ほどの近日点を経て、未汚染のオールト雲オブジェクトである可能性が示唆された。