[논문 리뷰] Recent formation and likely cometary activity of near-Earth asteroid pair 2019 PR2 -- 2019 QR6

Petr Fatka, Nicholas Moskovitz외 14명|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 02.

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한 줄 요약

이 연구는 2019 PR2와 2019 QR6가 약 300년 전에 형성된 것으로 알려진 가장 어린 알려진 소행성 쌍임을 규명한다. 이는 궤도가 거의 동일하고 D형 소행성과 유사한 스펙트럼을 보이기 때문이다. 물 또는 CO sublimation으로 인한 코메트 유사한 비중력력 모델을 사용한 역행 궤도 적분을 통해, 오직 이러한 활동 모델만이 그들의 밀접한 접근을 재현할 수 있음을 보여주며, 이는 침체된 코메트 또는 D형 소행성의 최근 분열을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 최근에 발견된 지구근방 소행성 쌍 2019 PR2와 2019 QR6의 기원과 형성 연대를 규명하는 것.
• 쌍의 궤도 유사성을 설명하는 데 중력력 또는 비중력력이 어떤 역할을 하는지 평가하는 것.
• 스펙트럼 및 역학적 성질을 바탕으로 부모 천체의 성질—소행성인지 침체된 코메트인지—를 조사하는 것.
• 물 또는 CO sublimation에 의한 코메트 활동이 쌍의 궤도 진화를 재현하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하는 것.
• 광학적 및 천체측량 데이터를 사용하여 두 천체의 자전 주기와 표면 성질을 제약하는 것.

제안 방법

• 2005년 이전의 카탈리나 천체순찰망 데이터를 활용해 두 천체의 천체측량 데이터를 복원하여 궤도 정밀도를 향상시켰다.
• 순수 중력 모델과 Yarkovsky 효과를 포함한 모델을 사용하여 역행 궤도 적분을 수행했다.
• 물과 CO sublimation 기반의 Marsden 스타일의 비중력 가속도 모델을 구현하여 코메트 유사 활동을 시뮬레이션했다.
• 두 가지 활동 시나리오를 테스트: 약 연속적인 활동과 한 태양궤도 주기(~13.9년) 동안의 단기 활동.
• Find Orb 소프트웨어를 사용하여 두 sublimation 모델에 대한 비중력력 매개변수(A1, A2, A3)를 피팅했다.
• 궤도 유사성을 정량화하기 위해 Drummond D 기준을 적용하고, 기존 알려진 소행성 쌍과 결과를 비교했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2019 PR2–2019 QR6 소행성 쌍의 형성 연대는 무엇이며, 그들의 거의 동일한 궤도를 설명하는 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ2 중력력 또는 Yarkovsky에 의해 유도되는 역학만으로도 쌍의 궤도 유사성을 설명할 수 있는가, 아니면 비중력력 활동이 필수적인가요?
• RQ3 스펙트럼 및 역학적 증거를 바탕으로 부모 천체의 성분은 소행성인지 코메트인지로 추정되는가요?
• RQ4 다른 코메트 유사 활동 모델(물 대비 CO sublimation, 연속적 대비 단기 활동)이 유추된 형성 시기에 어떤 영향을 미치는가요?
• RQ5 광학적 주기곡선과 스펙트럼 기울기는 표면 성질과 자전 상태에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• 2019 PR2–2019 QR6 소행성 쌍은 현재까지 알려진 가장 어린 것으로, 연속적인 코메트 활동 모델에 따르면 형성 시기는 300+120−70년이다.
• 단기(한 궤도 주기) 활동 모델에 따르면 형성 시기는 272±7년으로 추정되며, 이는 최근 기원을 시사한다.
• 쌍의 궤도 유사성(D = 1.3 × 10−4)은 알려진 지구근방 소행성 시스템 중에서 가장 높으며, 이전 기록을 초월한다.
• 스펙트럼 분석 결과 두 천체 모두 D형으로, 기울기 있는 빨간 스펙트럼을 보이며, PR2는 QR6보다 더 빨간 r−i 색을 보이며, 이는 표면 입자 크기의 차이로 인한 것으로 추정된다.
• 2019 PR2는 최근 근일 통과 시에 코메트 활동이 관측되지 않았으며, 이는 활동이 멈췄거나 간헐적일 수 있음을 시사한다.
• 비중력력 없이 수행된 역행 적분은 밀접한 접근을 재현하지 못하며, 오직 코메트 유사 활동 모델(물 또는 CO sublimation)만이 타당한 형성 시나리오를 도출한다.