stringtranslate.com

Контактная двойная (малое тело Солнечной системы)

Контактные двойные системы различной вероятности среди малых тел Солнечной системы :

Контактная двойная система — это небольшое тело Солнечной системы , такое как малая планета или комета , состоящее из двух тел, которые притягивались друг к другу до тех пор, пока не соприкоснулись, в результате чего образовалась двудольная, похожая на арахис общая форма. Контактные двойные системы отличаются от настоящих двойных систем, таких как двойные астероиды , где оба компонента разделены. Этот термин также используется для звездных контактных двойных систем .

Примером контактной двойной звезды является объект пояса Койпера 486958 Аррокот , который был сфотографирован космическим аппаратом New Horizons во время его пролета в январе 2019 года. [1]

История

Существование контактных двойных астероидов впервые было высказано планетологом Алланом Ф. Куком в 1971 году, который искал потенциальные объяснения чрезвычайно вытянутой формы троянского астероида Юпитера 624 Гектор , чья самая длинная ось составляет примерно 300 км (190 миль) в поперечнике и в два раза длиннее своих более коротких осей согласно измерениям кривой блеска . [2] Астрономы Уильям К. Хартманн и Дейл П. Крукшанк провели дальнейшее исследование гипотезы Кука о контактных двойных астероидах в 1978 году и обнаружили, что это правдоподобное объяснение вытянутой формы Гектора. [3] [4] : 807  Они утверждали, что, поскольку Гектор является крупнейшим троянским астероидом Юпитера, его вытянутая форма не могла возникнуть в результате фрагментации более крупного астероида. Скорее, Гектор является «составным астероидом», состоящим из двух примитивных астероидов или планетезималей схожего размера , которые соприкасаются друг с другом в результате столкновения на очень низкой скорости. [3] [5] В 1979 году Хартманн выдвинул теорию о том, что троянские планетезимали Юпитера образовались близко друг к другу при схожих движениях в точках Лагранжа Юпитера , что позволило произойти столкновениям между планетезималями на низкой скорости и сформировать контактные двойные системы. [6] : 1915  Гипотеза о контактной двойной природе Гектора способствовала росту доказательств существования двойных астероидов и спутников астероидов , которые не были обнаружены до пролета космического аппарата Галилео мимо 243 Иды и Дактиля в 1993 году. [4] : 808 

До 1989 года контактные двойные астероиды были выведены только из высокоамплитудной U-образной формы их кривых блеска. Первым визуально подтвержденным контактным двойным был околоземной астероид 4769 Castalia (ранее 1989 PB), чья двухдольная форма была обнаружена на высокоразрешающих задержках доплеровских радиолокационных изображениях обсерватории Аресибо и радара солнечной системы Голдстоун в августе 1989 года. [7] Эти радиолокационные наблюдения были проведены Стивеном Дж. Остро и его командой радиолокационных астрономов , которые опубликовали результаты в 1990 году. [7] В 1994 году Остро и его коллега Р. Скотт Хадсон разработали и опубликовали трехмерную модель формы Castalia, реконструированную из радиолокационных изображений 1989 года, предоставив первую радиолокационную модель формы контактного двойного астероида. [8]

В 1992 году был открыт пояс Койпера , и астрономы впоследствии начали наблюдать и измерять кривые блеска объектов пояса Койпера (KBO), чтобы определить их формы и вращательные свойства. В 2002–2003 годах тогдашний аспирант Скотт С. Шеппард и его научный руководитель Дэвид К. Джуитт наблюдали KBO и плутино 2001 QG 298 с помощью 2,24-метрового телескопа Гавайского университета в Мауна -Кеа в рамках исследования, посвященного измерению кривых блеска KBO. [9] Опубликовав свои результаты в 2004 году, они обнаружили, что 2001 QG 298 демонстрирует большую амплитуду кривой блеска в форме буквы U, характерную для контактных двойных, что является первым свидетельством контактных двойных KBO. [9] Шеппард и Джуитт выявили дополнительных кандидатов на роль контактных двойных звезд среди других объектов пояса Койпера, которые, как известно, демонстрируют большие амплитуды кривых блеска, что указывает на то, что контактные двойные звезды широко распространены в поясе Койпера. [9]

Контактная двойная природа комет впервые была заподозрена после пролета космического аппарата Deep Space 1 мимо 19P/Боррелли в 2001 году, который выявил двудольное ядро ​​в форме арахиса с толстой шейкой, соединяющей две доли. [10] [11] : 2  Ядро 1P/Галлея также было описано исследователями как имеющее форму арахиса в 2004 году на основе изображений, полученных с зондов Джотто и Вега в 1986 году. [12] : 501  Однако низкая бифуркация и толстая шейка форм обоих ядер комет не позволяют сделать вывод, являются ли они действительно контактными двойными. [12] : 501  В 2008 году обсерватория Аресибо сфотографировала комету типа Галлея 8P/Туттля на радаре и обнаружила сильно раздвоенное ядро, состоящее из двух отдельных сфероидальных долей, что предоставило первое недвусмысленное доказательство контактного двойного ядра кометы. [12] : 499  Более поздние радиолокационные изображения и исследования космическими аппаратами кометы семейства Юпитера 103P/Хартли в 2010 году также выявили толстое, похожее на арахис ядро, похожее на 19P/Борелли. К тому времени было известно, что половина комет, которые были подробно сфотографированы, были двудольными, что означало, что контактные двойные в популяции комет столь же распространены, как и контактные двойные в других популяциях малых планет. [11] : 4 

Формирование и эволюция

В Солнечной системе контактные двойные объекты обычно образуются, когда два объекта сталкиваются на скоростях, достаточно медленных, чтобы не допустить нарушения их форм. Однако механизмы, приводящие к такому образованию, различаются в зависимости от размера и орбитального положения объектов.

Околоземные астероиды

Фрагменты столкновения [13] : 218 

Из-за их непосредственной близости к Солнцу эволюция форм астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ), и двойных систем определяется неравномерным отражением солнечного света от их поверхностей, что вызывает постепенное орбитальное ускорение за счет эффекта Ярковского и постепенное ускорение вращения за счет эффекта Ярковского–О'Кифа–Радзиевского–Паддака (ЯОРП) .

Двойные системы с высоким отношением масс и дважды синхронные двойные системы, такие как 69230 Hermes, являются вероятными источниками контактных двойных систем в популяции околоземных астероидов, поскольку они подвержены эффекту двойного YORP, который действует в масштабах времени от 1000 до 10 000 лет, либо сокращая орбиты компонентов до тех пор, пока они не соприкоснутся, либо расширяя их орбиты до тех пор, пока они не станут гравитационно разделенными парами астероидов . [14] : 166–167  [15] : 430  Происхождение контактных двойных систем из дважды синхронных двойных систем в популяции околоземных астероидов очевидно из того факта, что известно очень мало дважды синхронных двойных околоземных астероидов, тогда как контактные двойные околоземные астероиды встречаются гораздо чаще. [14] : 167  Для дважды синхронных двойных систем с компонентами диаметром 1 км (0,62 мили) тангенциальные и радиальные скорости удара при столкновении составляют менее 50 мм/с (2,0 дюйма/с), что достаточно мало, чтобы не нарушить формы двух тел. [14] : 167 

В 2007 году Дэниел Дж. Шеерес предположил, что контактные двойные астероиды в популяции околоземных астероидов могут подвергаться вращательному делению после того, как их вращательное ускорение обусловлено эффектом YORP. [16] В зависимости от относительных размеров и форм делящихся компонентов существует три возможных эволюционных пути для контактных двойных околоземных астероидов. [16] : 384  Во-первых, если первичный компонент вытянут и доминирует над массой системы, вторичный компонент либо покинет систему, либо столкнется с первичным, поскольку орбиты делящихся компонентов нестабильны. [16] : 384  Во-вторых, если первичный компонент вытянут и составляет примерно половину массы системы, вторичный компонент может временно вращаться по орбите первичного астероида, прежде чем он столкнется с первичным, реформируя контактную двойную систему, но с другим распределением массы системы. [16] : 384  В-третьих, если первичная звезда сфероидальна и доминирует в массе системы, то делящиеся компоненты могут оставаться на долговременных орбитах как стабильная двойная система. [16] : 384  Как показывают эти случаи, маловероятно, что делящиеся контактные двойные могут образовывать стабильные двойные. [17] : L58 

В 2011 году Сет А. Якобсон и Шеерес расширили свою теорию бинарного деления 2007 года и предположили, что околоземные астероиды могут проходить через повторяющиеся циклы деления и повторного столкновения посредством эффекта YORP. [14] : 167 

Транснептуновые объекты

В транснептуновой области и особенно в поясе Койпера двойные системы, как полагают, образовались в результате прямого коллапса газа и пыли из окружающей протопланетной туманности из-за потоковой нестабильности . Из-за ударов и гравитационных возмущений со стороны внешних планет взаимные орбиты двойных транснептуновых объектов сжимаются и в конечном итоге дестабилизируются, образуя контактные двойные системы. [18] : 59 

Геофизические свойства

Удары по одной из долей контактных двойных астероидов из груды обломков не вызывают значительных разрушений астероида, поскольку ударная волна, произведенная ударом, гасится структурой груды обломков астероида, а затем блокируется разрывом между двумя долями. [19]

Происшествие

Околоземные астероиды

В 2022 году Энн Виркки и ее коллеги опубликовали анализ 191 околоземного астероида (ОСА), которые наблюдались радаром обсерватории Аресибо с декабря 2017 по 2019 год. Из этой выборки они обнаружили, что 10 из 33 (~30%) ОСА диаметром более 200 м (660 футов) были контактными двойными, что вдвое превышает ранее оцененный процент в 14% для контактных двойных такого диаметра в популяции ОСА. [20] : 24  Хотя размер выборки невелик и, следовательно, статистически незначим, это может означать, что контактные двойные могут быть более распространены, чем считалось ранее. [20] : 24 

пояс Койпера

В 2015–2019 годах Одри Тируин и Скотт Шеппард провели обзор объектов пояса Койпера из популяций плутино ( резонанс Нептуна 2:3 ) и холодных классических (низкий наклон и эксцентриситет) с помощью телескопа Lowell Discovery и телескопа Magellan-Baade . [21] Они обнаружили, что 40–50% популяции плутино диаметром менее 188–419 км (117–260 миль) ( H  ≥ 6) являются контактными двойными, состоящими из компонентов почти одинаковой массы, [22] : 12  , тогда как по крайней мере 10–25% популяции холодных классических объектов пояса Койпера того же диапазона размеров являются контактными двойными. [21] : 16  Различные контактные двойные фракции этих двух популяций подразумевают, что они претерпели разные механизмы формирования и эволюции. [21] : 17 

Тируин и Шеппард продолжили свой обзор объектов пояса Койпера в 2019–2021 годах, сосредоточившись на популяции дватино в орбитальном резонансе 1:2 с Нептуном. [23] : 2–3  Они обнаружили, что 7–14% дватино являются контактными двойными, что относительно мало, хотя и похоже на контактную двойную долю холодной классической популяции. [23] : 9  Тируин и Шеппард отметили, что контактная двойная доля дватино согласуется с предсказаниями Дэвида Несворни и Дэвида Вокроухлицкого в 2019 году, которые предположили, что 10–30% динамически возбужденных и резонансных популяций пояса Койпера являются контактными двойными. [23] : 9  [18] : 59 

486958 Аррокот — первый подтверждённый пример контактного двойного объекта пояса Пояса Койпера, обнаруженный посредством покрытия звёзд в 2018 году и с помощью космических снимков в 2019 году.

Звездное затмение KBO 19521 Chaos 29 марта 2023 года показало, что оно имеет, по-видимому, двудольную форму диаметром 380 км (240 миль), что потенциально может сделать его крупнейшим известным контактным двойным объектом в Солнечной системе. [24] Однако двудольная форма, наблюдаемая при затмении, вполне может быть двумя двойными компонентами, транзитирующими друг через друга во время события; это подтверждается меньшим, чем ожидалось, размером Хаоса, измеренным при затмении. [25]

Кометы

Неправильные луны

Космический аппарат Кассини наблюдал несколько нерегулярных лун Сатурна под различными фазовыми углами, находясь на орбите вокруг Сатурна с 2004 по 2017 год, что позволило определить периоды вращения и формы нерегулярных лун Сатурна. В 2018–2019 годах исследователи Тильман Денк и Стефан Моттола изучили наблюдения нерегулярных лун Кассини и обнаружили, что Кивиук , Эрриапус , Бестла и Бебхионн демонстрируют исключительно большие амплитуды кривых блеска, которые могут указывать на контактные двойные формы или потенциально двойные (или субспутниковые ) системы. [26] : 422  В частности, амплитуда кривой блеска Кивиука является самой большой из нерегулярных лун, наблюдавшихся Кассини , что делает ее наиболее вероятным кандидатом на контактную двойную или двойную луну. [26] : 422  [27] : 101  Учитывая, что нерегулярные луны, скорее всего, подверглись разрушительным столкновениям или были сформированы в результате них в прошлом, возможно, что фрагменты разрушенных нерегулярных лун могли оставаться гравитационно связанными на орбите вокруг друг друга, образуя двойную систему, которая в конечном итоге станет контактной двойной. [26] : 421 

Примеры

Комета Чурюмова-Герасименко и комета Туттля , скорее всего, являются контактными двойными, [28] [29] в то время как астероиды, предположительно являющиеся контактными двойными, включают необычно вытянутый 624 Гектор и двулопастные 216 Клеопатра и 4769 Касталия . 25143 Итокава , который был сфотографирован зондом Хаябуса , также, по-видимому, является контактным двойным, что привело к вытянутому, изогнутому телу. Астероид 4179 Тутатис с его вытянутой формой, сфотографированный Чанъэ-2 , также является кандидатом на контактный двойной. [30] Среди далеких малых планет ледяной объект пояса Койпера Аррокот был подтвержден как контактный двойной объект, когда космический аппарат New Horizons пролетел мимо него в 2019 году. [1] Небольшой астероид главного пояса 152830 Динкинеш был подтвержден как имеющий первый известный контактный двойной спутник после того, как зонд Люси пролетел мимо него 1 ноября 2023 года. [31]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab "Ultima Thule — первая двойная система, которую можно исследовать с помощью космического корабля". UPI . Архивировано из оригинала 1 января 2020 года . Получено 21 сентября 2019 года .
  2. ^ Кук, А. Ф. (март 1971 г.). 624 Гектор: двойной астероид? (PDF) . Труды 12-го коллоквиума МАС: Физические исследования малых планет. Том 12. Международный астрономический союз. стр. 155. Bibcode : 1971NASSP.267..155C. Архивировано из оригинала 10 марта 2022 г. . Получено 11 ноября 2023 г. .{{cite conference}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  3. ^ ab Hartmann, WK; Cruikshank, DP (июнь 1978 г.). Hektor: A Puzzling Asteroid. 10th Annual DPS/AAS Meeting. Том 10. Американское астрономическое общество. стр. 597. Bibcode :1978BAAS...10..597H. Архивировано из оригинала 11 ноября 2023 г. Получено 11 ноября 2023 г.
  4. ^ ab Weidenschilling, SJ (декабрь 1980 г.). «Гектор: Природа и происхождение двойного астероида». Icarus . 44 (3): 807–809. Bibcode :1980Icar...44..807W. doi :10.1016/0019-1035(80)90147-5. Архивировано из оригинала 11 ноября 2023 г. Получено 11 ноября 2023 г.
  5. ^ Hartmann, WK; Cruikshank, DP (февраль 1980). "Hektor: The Largest Highly Elongated Asteroid". Science . 207 (4434): 976–977. Bibcode :1980Sci...207..976H. doi :10.1126/science.207.4434.976. PMID  17830455. Архивировано из оригинала 11 ноября 2023 г. Получено 11 ноября 2023 г.
  6. ^ Hartmann, WK (март 1979). Особый класс планетарных столкновений: теория и доказательства. 10-я конференция по лунной и планетарной науке. Том 2. Институт лунной и планетарной науки. С. 1897–1916. Bibcode :1979LPSC...10.1897H. Архивировано из оригинала 11 ноября 2023 г. Получено 11 ноября 2023 г.
  7. ^ аб Остро, SJ; Чендлер, Дж. Ф.; Хайн, А.А.; Розема, К.Д.; Шапиро, II; Йоманс, ДК (июль 1990 г.). «Радарные изображения астероида 1989 PB». Наука . 248 (4962): 1523–1528. Бибкод : 1990Sci...248.1523O. дои : 10.1126/science.248.4962.1523. PMID  17818312. S2CID  119245876.
  8. ^ Хадсон, Р. Скотт; Остро, Стивен Дж. (февраль 1994 г.). «Форма астероида 4769 Касталия (1989 PB) по данным инверсии радиолокационных изображений». Наука . 263 (5149): 940–943. Бибкод : 1994Sci...263..940H. дои : 10.1126/science.263.5149.940. ПМИД  17758634.
  9. ^ abc Шеппард, Скотт С.; Джуитт, Дэвид К. (май 2004 г.). «Экстремальный объект пояса Койпера 2001 QG298 и доля контактных двойных звезд». The Astronomical Journal . 127 (5): 3023–3033. arXiv : astro-ph/0402277 . Bibcode : 2004AJ....127.3023S. doi : 10.1086/383558 . S2CID  119486610.
  10. ^ Oberst, J.; Gliese, B.; Howington-Kraus, E.; Kirk, R.; Soderblom, L.; Buratti, B.; et al. (январь 2004 г.). «Ядро кометы Боррелли: исследование морфологии и поверхностной яркости». Icarus . 167 (1): 70–79. Bibcode :2004Icar..167...70O. doi :10.1016/j.icarus.2003.05.001.
  11. ^ ab Harmon, John K.; Nolan, Michael C.; Howell, Ellen S.; Giorgini, Jon D.; Taylor, Patrick A. (июнь 2011 г.). "Радарные наблюдения кометы 103P/Hartley 2". The Astrophysical Journal Letters . 734 (1): 4. Bibcode :2011ApJ...734L...2H. doi : 10.1088/2041-8205/734/1/L2 . L2.
  12. ^ abc Хармон, Джон К.; Нолан, Майкл К.; Джорджини, Джон Д.; Хауэлл, Эллен С. (май 2010 г.). «Радарные наблюдения 8P/Туттля: контактно-двойная комета». Icarus . 207 (1): 499–502. Bibcode :2010Icar..207..499H. doi :10.1016/j.icarus.2009.12.026.
  13. ^ Дурда, Дэниел Д. (март 1996 г.). «Формирование астероидных спутников при катастрофических столкновениях». Icarus . 120 (1): 212–219. Bibcode :1996Icar..120..212D. doi :10.1006/icar.1996.0046.
  14. ^ abcd Якобсон, Сет А.; Шеерес, Дэниел Дж. (июль 2011 г.). «Динамика вращательно расщепляющихся астероидов: источник наблюдаемых малых астероидных систем». Icarus . 214 (1): 161–178. arXiv : 1404.0801 . Bibcode :2011Icar..214..161J. doi :10.1016/j.icarus.2011.04.009. S2CID  119245876.
  15. ^ Ćuk, Matija; Burns, Joseph A. (август 2005 г.). «Влияние теплового излучения на динамику двойных околоземных астероидов». Icarus . 176 (2): 418–431. Bibcode :2005Icar..176..418C. doi :10.1016/j.icarus.2005.02.001.
  16. ^ abcde Scheeres, Daniel J. (август 2007 г.). «Вращательное деление контактных двойных астероидов». Icarus . 189 (2): 370–385. Bibcode :2007Icar..189..370S. doi :10.1016/j.icarus.2007.02.015.
  17. ^ Ćuk, Matija (апрель 2007 г.). «Формирование и разрушение малых двойных астероидов». The Astrophysical Journal . 659 (1): L57–L60. Bibcode : 2007ApJ...659L..57C. doi : 10.1086/516572 .
  18. ^ ab Nesvorný, David; Vokrouhlický, David (октябрь 2019 г.). «Binary survival in the outside Solar system». Icarus . 331 : 49–61. arXiv : 1905.02282 . Bibcode :2019Icar..331...49N. doi :10.1016/j.icarus.2019.04.030.
  19. ^ Asphaug, E.; Ostro, SJ; Hudson, RS; Scheeres, DJ; Benz, W. (июнь 1998 г.). «Разрушение астероидов размером с километр в результате энергичных столкновений». Nature . 393 (6684): 437–440. Bibcode :1998Natur.393..437A. doi :10.1038/30911.
  20. ^ аб Виррки, Энн К.; Маршалл, Шон Э.; Вендитти, Флавиан CF; Самбрано-Марин, Луиза Ф.; Хиксон, Дилан С.; МакГилврей, Анна; и др. (сентябрь 2022 г.). «Планетарные радиолокационные наблюдения за околоземными астероидами в Аресибо: декабрь 2017 г. – декабрь 2019 г.». Планетарный научный журнал . 3 (9): 36. Бибкод : 2022PSJ.....3..222В. дои : 10.3847/PSJ/ac8b72 . 222.
  21. ^ abc Тируин, Одри; Шеппард, Скотт С. (июнь 2019 г.). «Кривые света и вращательные свойства нетронутых холодных классических объектов пояса Койпера». The Astronomical Journal . 157 (6): 19. arXiv : 1904.02207 . Bibcode :2019AJ....157..228T. doi : 10.3847/1538-3881/ab18a9 . 228.
  22. ^ Тируин, Одри; Шеппард, Скотт С. (июнь 2018 г.). «Популяция Плутино: обилие контактных двойных звезд». The Astronomical Journal . 155 (6): 16. arXiv : 1804.09695 . Bibcode :2018AJ....155..248T. doi : 10.3847/1538-3881/aac0ff . 248.
  23. ^ abc Тируин, Одри; Шеппард, Скотт С. (июль 2022 г.). «Кривые блеска и вращения транснептуновых объектов в резонансе среднего движения 2:1 с Нептуном». The Planetary Science Journal . 3 (7): 16. arXiv : 2206.09949 . Bibcode :2022PSJ.....3..178T. doi : 10.3847/PSJ/ac7ab8 . 178.
  24. ^ Лейва, Родриго (22 сентября 2023 г.). «Звездное затмение Хаосом 2023-09-28 07:14 UTC: возможный контактный двойной и поиск спутника». groups.io . Архивировано из оригинала 11 ноября 2023 г. . Получено 10 ноября 2023 г. .
  25. ^ Гомес-Лимон Галлардо, Хосе Мария; Лейва, Р.; Ортис, Дж.Л.; Десмарс, Дж.; Килич, Ю.; Вара-Лубиано, М.; и др. (июль 2023 г.). Хаос: звездные затмения открывают двойное Тно? . 7-е Испанское собрание планетарных наук и исследования Солнечной системы. Том. 7. Бибкод : 2023pses.conf80462G. 80462.
  26. ^ abc Denk, T.; Mottola, S.; Bottke, WF; Hamilton, DP (2018). «Нерегулярные спутники Сатурна». В Schenk, Paul M.; et al. (ред.). Enceladus and the Icy Moons of Saturn (PDF) . Том 322. Издательство Университета Аризоны. С. 409–434. Bibcode : 2018eims.book..409D. doi : 10.2458/azu_uapress_9780816537075-ch020. ISBN 9780816537488. Архивировано (PDF) из оригинала 5 апреля 2022 г. . Получено 11 ноября 2023 г. .
  27. ^ Денк, Тильманн; Моттола, Стефано (апрель 2019 г.). «Исследования нерегулярных спутников: I. Кривые блеска и периоды вращения 25 спутников Сатурна по наблюдениям Кассини». Icarus . 322 : 80–102. Bibcode :2019Icar..322...80D. doi :10.1016/j.icarus.2018.12.040. S2CID  127269198.
  28. ^ "Quick Rosetta update: Churyumov-Gerasimenko is a contact binary!". Архивировано из оригинала 20 июля 2014 года . Получено 13 ноября 2014 года .
  29. ^ "Успех! Последний безупречный запуск. Rosetta теперь в тандеме со своей кометой". Архивировано из оригинала 20 июля 2014 года . Получено 13 ноября 2014 года .
  30. ^ "Механизм формирования удлиненной двухлопастной структуры 4179 Toutatis в сценарии близкого сближения с Землей". Архивировано из оригинала 12 апреля 2019 года . Получено 3 января 2019 года .
  31. ^ Крецке, Кэтрин. «NASA's Lucy снова удивляет, наблюдает первый в истории контактный двойной орбитальный астероид — NASA Science». science.nasa.gov . Архивировано из оригинала 7 ноября 2023 г. . Получено 9 ноября 2023 г. .