[論文レビュー] Preperihelion Outbursts and Disintegration of Comet C/2017 S3 (Pan-STARRS)

Z. Sekanina, R. Kracht|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2018

Astro and Planetary Science参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、光度および軌道データを用いて、コメット C/2017 S3 (Pan-STARRS) の近日点通過前の噴出および破壊を分析し、2回の主要な噴出に続いて核の破片化が起こったことを明らかにした。高精度な光度曲線解析と STEREO-A の画像から、76 m s⁻¹ の速度で拡張する 2200 km² の破片雲が観測され、噴出後に放射圧駆動のミリメートルサイズのチリが検出された。これにより、一時的なコメットの同伴天体や、インターステラールオブジェクト 1I/‘Oumuamua に関する知見が得られた。

ABSTRACT

A sequence of events, dominated by two outbursts and ending with the preperihelion disintegration of comet C/2017 S3, is examined. The onset times of the outbursts are determined with high accuracy from the light curve of the nuclear condensation before it disappeared following the second outburst. While the brightness of the condensation was declining precipitously, the total brightness continued to grow in the STEREO-A's HI1 images until two days before perihelion. The red magnitudes measured in these images refer to a uniform cloud of nuclear fragments, 2200 km^2 in projected area, that began to expand at a rate of 76 m s^(-1) at the time of the second outburst. A tail extension, detected in some STEREO-A images, consisted of dust released far from the Sun. Orbital analysis of the ground-based observations shows that the comet had arrived from the Oort Cloud in a gravitational orbit. Treating positional residuals as offsets of a companion of a split comet, we confirm the existence of the cloud of radiation-pressure driven millimeter-sized dust grains emanating from the nucleus during the second outburst. We detect a similar, but compact and much fainter cloud (or a sizable fluffy dust aggregate fragment) released at the time of the first outburst. --- The debris would make a sphere of 140 m across and its kinetic energy is equivalent to the heat of crystallization liberated by 100 tons of amorphous water ice. Ramifications for short-lived companions of the split comets and for 1I `Oumuamua are discussed.

研究の動機と目的

• 近日点通過の直前におけるコメット C/2017 S3 の噴出および破壊の順序を理解すること。
• 高精度な光度曲線解析を用いて、2回の主要な噴出の発生時刻および物理的パラメータを特定すること。
• STEREO-A の HI1 画像で観測された核破片の拡張雲を特徴づけること。
• コメットおよびその破片の軌道的挙動、特に放射圧駆動チリの存在を調査すること。
• 分裂コメットの短命な同伴天体およびインターステラールオブジェクト 1I/‘Oumuamua の性質に関する示唆を検討すること。

提案手法

• 核凝縮部の光度曲線に対する高精度な光度解析により、噴出発生時刻を特定する。
• STEREO-A の HI1 画像を用いて、破片雲の全光度および空間的拡張を追跡する。
• 地上観測のアストロメトリック観測データを用いた軌道解析により、コメットの起源および動的歴史を特定する。
• 位置データの残差解析により、高精度な観測を特定し、(O–C) 残差が大きな外れ値を除外する。
• チリ粒子に及ぼされる放射圧効果のモデル化により、最初の噴出で発生した微弱でコンactな雲の挙動を説明する。
• 軌道残差の比較により、分裂コメットに類似した構造の存在を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コメット C/2017 S3 の2回の主要な噴出の原因は何であり、いつ発生したか？
• RQ2 核凝縮部が薄れてきたにもかかわらず、STEREO-A の HI1 画像における全光度はなぜ近日点の2日前まで増加し続えたのか？
• RQ3 2回目の噴出後に形成された破片雲の物理的パラメータ（サイズ、拡張速度）は何か？
• RQ4 2回目の噴出後に放射圧駆動のミリメートルサイズのチリ粒子が存在することを示す証拠は何か？
• RQ5 C/2017 S3 の軌道残差および破片の動力学は、短命な同伴天体および 1I/‘Oumuamua の挙動とどのように関連しているか？

主な発見

• 2回目の噴出は 2018年7月13.5 UT に発生し、76 m s⁻¹ の速度で拡張する 2200 km² の破片雲の形成を引き起こした。
• STEREO-A の HI1 画像における全光度は、近日点の2日前まで増加し続け、核が薄れてきたにもかかわらず継続的な質量損失を示していた。
• 破片雲は、2200 km² の投影面積を有する均一で拡張するチリ膜として検出され、その運動エネルギーはアモルファス水氷 10⁸ g の結晶化熱に相当した。
• 最初の噴出で微弱でコンactなチリ雲またはフラuffyな凝集体の破片が放出されたが、これは放射圧駆動のミリメートルサイズのチリ粒子と整合的であった。
• 軌道解析により、C/2017 S3 はオールトクラウドに由来し、顕著な摂動がない重力的軌道に従っていたことが確認された。
• 軌道解の観測残差は、同伴天体に類似した構造の存在を支持しており、分裂コメット、短命な同伴天体、および 1I/‘Oumuamua のようなインターステラールオブジェクトとの関連性を示唆している。