回転する小石の雲が重力崩壊で平らな微惑星を形成

小石になる以前に綿ゴミみたいなダストアグリゲイトから直ぐに衝突エネルギーで溶融結合するのか、断熱材のグラスファイバーみたいに空間を残しても絡み合って離れないうちに結合が進むのか分かりませんが、アロコスを見て分かるように鏡餅より煎餅の方向で結合する。という理解で良さそう。以下、機械翻訳。
回転する小石の雲が重力崩壊で平らな微惑星を形成
2024年1月10日
要約
微惑星は、空気力学的に濃縮された小石の塊が重力によって崩壊することによって形成されると考えられています。 多くの物件
冷たい古典的なカイパーベルト内の物体の二値性、回転、サイズ分布などは、この重力規則と一致しています。
崩壊モデル。 さらに、彗星の核について推測される小石積み構造からも裏付けられます。 この研究では、最終的なシミュレーションを行いました。
回転する小石の塊の重力崩壊による微惑星の集合。 からの数値的手法を実装しました。
小石の群れから高密度の固体セルへの移行を含む崩壊を追跡する粒状のダイナミクス。 比べてみた
シミュレーションされた微惑星の形状と、接触連星のローブの形状および二葉の太陽系天体の形状。 我々は気づく
ゆっくりと回転する小石雲の重力崩壊は、平らな楕円体の形成を自然に説明できると考えられます。 これ
結果は、二葉微惑星アロコスの平坦な構造と二葉微惑星の構成要素の形状とよく一致します。
彗星。
キーワード。 方法: 数値 – 惑星と衛星: 形成

1. はじめに
微惑星は穏やかな重力によって形成されると考えられています
空気力学的に集中した小石の塊の崩壊
（小石の雲）。 小石は、マイクロメートルサイズのものが衝突して成長した、ミリメートルからデシメートルサイズの集合体です。
原始惑星系円盤のガス環境にある塵や氷の粒。 衝突ダストの実験室および数値研究
成長は、跳ね返り、侵食、断片化、および放射状のドリフトにより、小石が成長できる最大サイズが制限されます
ミリメートルからセンチメートルのサイズ範囲まで (Blum & Wurm 2008;ギュットラーら。 2010年; ゾムら。 2010年; クライトら。 2015年; ブルーム
2018年; ロレクら。 2018）。 ストリーミングの不安定性は良好に動作します
このようなサイズの小石の場合、このプロセスは、大量の小石をフィラメント状の構造に濃縮するのに効率的であることが数値的に証明されており、その後、それ自体の重力で断片化して小石が積み重なった微惑星を形成します (Youdin& グッドマン 2005; ヨハンセンら。 2007年、2014年。 ウォールバーグ・ヤンソン& ヨハンセン 2014)。
小惑星などの太陽系の小天体は、
彗星とカイパーベルト天体は、地球の形成中にこのプロセスを通じて形成された微惑星の残骸です。
約45億年前の太陽系。 したがって、マイナーボディの人口は過去を垣間見ることができ、
微惑星の性質を研究するユニークな可能性。 マイナー
天体、特に自己重力によって球体に押し込まれるほど大きくない天体は、形状が不規則であることがよくあります。
それは太陽系の形成を彷彿とさせるものかもしれないし、太陽系の歴史全体にわたる進化の過程によって引き起こされたものかもしれない。
火星と木星の軌道の間にある主要な小惑星帯
衝突によって進化した少数の天体集団と物体だけです
直径が約 120 km を超えるものは原始的であると考えられています。これは、大きな天体の特性が
より小さい小惑星は降着プロセス中に形成されますが、衝突による断片化の副産物です (Bottke et al. 2005)。
セレスやベスタなどの最大の小惑星は巨大です
球状になるのに十分です。 小さな小惑星は瓦礫の山であり、
破片の重力による再蓄積によって形成される
より大きな天体の壊滅的な衝突によるものです (Michel & Richardson 2013; Michel et al. 2020)。 したがって、不規則な形状は、
キロメートルサイズの小惑星は原始的ではなく、地球とは何の関係もありません。
微惑星の形成過程。
彗星は水の氷の線の外側で形成され、そこでは耐火性の塵に加えて揮発性物質も氷として存在していました。 好意的な
彗星の形成シナリオは重力崩壊です。
これは観測された彗星の核の性質と一致しています (Blum et al. 2014, 2017, 2022)。 から
探査機の接近により、彗星の核は不規則な形状をしており、多くは細長く、または二葉状であり、大きさは次のとおりであることが知られています。
数キロメートルから数十キロメートルの範囲（Keller et al.1986年。 ブラッティら。 2004年; ダクスベリーら。 2004年; アハーンら。
2005年、2011年。 シークスら。 2015）。 内部太陽に入るとき
システム、太陽光照射が揮発性氷の昇華を引き起こす
そして活動による浸食により表面形態が変化します。
核。 原子核の不均一な照射によって引き起こされる異方性の質量損失により、不規則な形状の核が生成される可能性があります。
核（Vavilov et al. 2019）。 彗星から移行中
内部太陽系への貯蔵庫、揮発性物質の昇華が起こる可能性があります。
核を回転させて破壊し、その後の断片の再組み立てによって二葉核が生じることもあります (サフリット他。 2021）。 さらに、衝突履歴をモデル化すると、
動的進化中の彗星サイズの微惑星
太陽系外縁部は、キロメートルサイズの彗星核は原始的なものではなく、主に大きな天体の破片であることを示唆している(Morbidelli & Rickman 2015)。ただし、彼の衝突は原始的な巨大カイパーの未知の寿命に非常に強く依存している。 ベルトの外側への移動前の状態
ネプチューン。 数値シミュレーションにより、準壊滅的災害や災害時に生成された破片の再蓄積が実証されています。
壊滅的な衝突が発生すると、細長い、または二葉状の生命体が発生する可能性があります。
揮発分と多孔性を維持しながら彗星の核の形状を観察することができます (Jutzi & Benz 2017; Schwartz et al. 2018)。 これは次のことを示しています
今日観察されている彗星の核の形状は、必ずしも原始的なものである必要はなく、進化の過程に由来する可能性があります。
同じように。カイパーベルト天体（KBO）がその領域を周回している
海王星は、太陽系の小天体の別の集団です。 カイパーベルト天体の傾斜分布は次のようになります。
2 つの集団が存在し、1 つは広い傾斜分布を持つ暑い集団で、もう 1 つは狭い傾斜分布を持つ寒い集団であると考えられています (Brown 2001)。 両方の母集団間の移行は約 5° に設定されています。
および傾きが ≲5 の KBO◦
寒冷地集団に属する可能性が高い。 この寒冷な人々は、
いわゆる寒冷古典カイパーベルトは、約 42.4 天文単位と 47.7 天文単位の間の狭いリングを形成し、部分集団を含んでいます。
〜44 au (いわゆるカーネル) を中心としており、おそらく
力学的な影響を受けずにその場で形成された微惑星の
太陽系外縁形成の歴史 (Batygin et al. 2011;
ネスヴォルニーら。 2011年; プチら。 2011年; カベラーズら。 2021）。
カベラーズら。 (2021) のサイズ分布を比較しました。
ストリーミング不安定性シミュレーションで通常見られるサイズ分布を持つ冷たい古典的なカイパー ベルト。 彼らは、
提案された指数関数的に漸減するべき乗則とよく一致します
Schäfer et al. （2017年）。 ただし、古典的なカイパーベルトの総質量は、計算結果よりも少なくとも 10 分の 1 小さいです。
ストリーミングの不安定性。 これは海王星からの重力摂動によるものである可能性があります (Gomes et al. 2018)。 読者には、Si mon et al. を参照してください。 (2022) 古典的なカイパーベルトと比較した安定性初期質量関数のストリーミングの詳細な議論について。
観察によると、冷気中の二進分数は
古典的なカイパーベルト天体は非常に高い (Noll et al. 2008a,b)
そして、カイパーのほぼすべての天体は、
ベルトはバイナリとして形成されます (Fraser et al. 2017)。 連星の割合が高く、連星の相互軌道はほぼ順行である。
小石雲の重力崩壊に関する高解像度研究との一致 (Nesvorný et al. 2010, 2019; Robinson他。 2020年; ネスヴォルニーら。 2021年; ポラック＆クラール 2023)。 ライト
KBO の曲線モデリングにより、ワイド バイナリに加えて、
連絡先バイナリも KBO の間に存在します。 最初から
接触バイナリ 2001 QG298、接触バイナリ分数を確認
≳10−30 % と推定されました (Sheppard & Jewitt 2004、Lacerda)
2011）。 他の候補はカイパーベルト天体 2003 SQ317 です。
および 2004 TT357 は、以下のものと一致する光度曲線を持っています。
非常に細長い形状はできませんが、バイナリに接触します。
完全に除外されました (Lacerda et al. 2014; Thirouin et al. 2017)。
KBOであるプルチノ間の接触バイナリの割合
海王星と3:2の共鳴関係にある冥王星などは、
観察に基づく推定では約 50 % と高くなります (Thi rouin & Sheppard 2018)。 これは、連絡先バイナリが
コールドクラシックの間で10〜25%の割合で頻繁に発生します
カイパーベルト天体とプルチノスの約 50% (ティルーインと
シェパード 2019; ショーウォルターら。 2021）。 冷たい古典的なカイパー
ベルト オブジェクト (486958) Arrokoth はアクセスされた連絡先バイナリです
アメリカ航空宇宙局 (NASA) による
宇宙船ニューホライズンズ (Stern et al. 2019)。 のメンバーとして
冷たい古典的なカイパーベルトと接触連星、アロコス・モスト
おそらく、小石雲の重力崩壊によって形成された原始的な微惑星を表していると考えられます (Stern et al. 2019;マッキノンら。 2020年）。 という仮説が立てられているにもかかわらず、
アロコスの形状は、揮発性昇華の結果である可能性があります。
1-100 Myr のタイムスケールでは (Zhao et al. 2021)、その形状はまだ残っている可能性があります。
微惑星の原始的な形状に関する有用な洞察を提供します。
小さな小惑星は壊滅的な衝突と重力の再蓄積の結果ですが、彗星と寒冷は
古典的なカイパーベルト天体は今でも代表的なものである可能性があります
キロメートルサイズの原始微惑星の形状
小石雲の重力崩壊によって形成されました。 の
小石雲崩壊のダイナミクスは高度な研究で研究されています。
解像度 N 体シミュレーションまたは流体力学による
自己重力小石流体のシミュレーション (Nesvorný et al.2010年、2019年。 ロビンソンら。 2020年; ネスヴォルニーら。 2021年; ポラック& Klahr 2023)。 しかし、これらの研究は最終的な問題を解決するものではありません。
微惑星の形。 ここでは、粒度ダイナミクスのモンテカルロ法を使用して、回転する小石の塊の重力崩壊からキロメートルサイズの微惑星の最終的な集合をモデル化することを試み、次のことを示します。
角運動量の内容に関しては、キロメートルサイズの微惑星の最終的な形状は、太陽系に残された微惑星の形状と一致します。
論文は以下のように構成されている。 セクション 2 では、広く、
マイナーボディの利用可能な形状情報を要約します。 セクション 3 では、モンテカルロ法の概要を説明します。
詳細については付録 A を参照してください。セクション 4 では、
シミュレーションの結果を見ていきます。 セクション 5 では、
私たちの結果について話し合う
太陽系天体との関連で私たちの結果を議論してください。 最後に、セクション 6 では、スタッドの主な結果をまとめます。
表１

ノート。 軸寸法 a、b、c は直径です。 フィットとは、軸寸法の推定方法を指します: 形状モデル (形状)、三軸楕円体フィット
(楕円体)、または扁長楕円体フィット (扁長)。 扁長モデルの場合、2 つの小さな軸 b と c は等しいです。 形状モデルは、形状の 3D 再構成です。
探査機が撮影した画像に基づいて物体の形状を推定します。


図 1. 初期角運動量のさまざまな値に対する微惑星の形状。 行は、
各シミュレーション終了時の雲の初期角運動量のさまざまな値に対する、xy 平面および xz 平面の体積充填係数 ≥0.5。
明らかな円筒対称性のため、yz 平面は省略します。 それぞれの平面内の微惑星に当てはめられた楕円体の輪郭
は黒で表示され、楕円の中心には黒丸が付けられます。 図はL/LJ=1.5、1.0、0.5の初期値の結果を示しています。
0.0 は微惑星の平坦化に対する雲の角運動量の影響を示します。


図 2. 初期角度の関数としての微惑星の軸比
雲の勢い。 アロコスの 2 つのローブの軸比
破線 (大きなローブ) と点線 (小さなローブ) で示されています。


図 3. 0.5 ～ 0.9 の範囲の雲の初期角運動量に対する微惑星の平均軸比。 初期L/LJごとに、
5 つの異なる実現の結果が平均されます。 の軸比
アロコスの 2 つのローブは、破線 (大きなローブ) と点線 (小さなローブ) で示されています。
ローブ）ライン。


図 4. 雲の初期角運動量の関数としての微惑星の角運動量。 破線は場所を示します
微惑星 Lfinal の最終角運動量は初期角運動量に等しい
角運動量と、Lfinal が角運動量の半分に等しい点線
初期値。 色分けは最終的に得られる質量に対応しています。
微惑星。 赤い十字は総角運動量 Ltot を示します。シミュレーションでは。

図 5. 太陽系天体、オウムアムア、および模擬微惑星の軸比。 シミュレートされた微惑星は、
小石雲 L/LJ の初期角運動量を示す色
。 L/LJ>1 の場合、オープンシンボルを使用しました。 エラーバーのあるデータポイント
これらは、さまざまなランダム シードを使用して 5 回の実行を平均したシミュレーションからのものです。 太陽系の天体とオウムアムアは、
オープン ダイヤモンド シンボルとさまざまな色: 1P/ハレー (青)、8P/タトル (オレンジ)、9P/テンペル 1 (緑)、19P/ボレリー (赤)、67P/チュリュモフ ゲラシメンコ (紫)、81P/ワイルド 2 ( ブラウン)、103P/ハートレー 2 (ピンク)、アロコス (グレー)、1I/2017 U1 ('オウムアムア) (オリーブ)。 左: の軸比
全身。 右: 二葉彗星および接触連星彗星、アロコス、およびシミュレートされた微惑星の個々のローブの軸比。 私たちは
大きなローブを上三角で、小さなローブを下三角で、個々のローブの軸比をプロットします。 Hartley 2 の場合、次のものが含まれています。
形状モデルの分析から見つかった 2 つのローブ (付録 D を参照)。

5. ディスカッション
このセクションでは、太陽系の天体との関連で私たちの結果について議論します。 簡単な概要を説明しました
太陽のさまざまな小天体を形成するプロセス
セクション 1 のシステム。小さな小惑星は通常、瓦礫の山です。
断片の重力による再集合によって形成されたもの
より大きな天体同士の壊滅的な衝突で生成される（ミシェルと
リチャードソン、2013年。 ミシェルら。 2020年）。 したがって、キロメートルサイズの小惑星の形状は原始的なものではなく、小石雲の重力崩壊とは関係がない可能性が最も高いです。 したがって、私たちは
小惑星は議論から除外してください。 彗星の核は、その形成過程に由来するか、または
進化の過程の結果 (例: Jutzi & Asphaug 2015;
ジュッツィ＆ベンツ 2017; シュワルツら。 2018年; サフリットら。 2021）。 特に明らかに接触連星である彗星の形状
崩壊する小石雲の形成に関する情報が得られるかもしれない。 最後に、アロコスを議論に含めます。
冷たい古典的なカイパーベルトの物体としては、アロコスが最もよく似ています
原始微惑星 (Stern et al. 2019; McKinnon et al.2020年）。 表 1 は、利用可能な形状情報をまとめたものです。
比較に使用する太陽系天体。
5.1. シミュレーションとの比較
図 5 は、太陽系天体の軸比を視覚化したものです。
「オウムアムアと私たちのシミュレーションで形成された微惑星。
この比較から明らかなように、太陽系の大部分は
物体の軸比率は、シミュレーションで見つかったものとは異なります。 私たちのシミュレーションで形成された微惑星は非常に優れています。
b/a≈1 および c/a≲1 の偏球回転楕円体に近い。 高いほど
小石雲の角運動量が大きいほど、平坦になります。
微惑星。 オウムアムアの円盤状の形状は次のようになります。
小石の中に形成される非常に平らな微惑星と一致する
1≲L/LJ≲1.5の雲。 一方、彗星のほとんどは、
形状は長円形、または c≈b≲a の三軸楕円体です (表 1 も参照)。 アロコス全体として軸の比率が異なります。 したがって、
観察された形状は、
重力崩壊によって形成された微惑星の形状。 しかし、我々は、6 つの彗星のうち 4 つが彗星に到達したという事実を無視しました。
宇宙船が訪問したのは二葉型（19P/ボレリー、67P/C-G、
103P/ハートレー 2) または潜在的に二葉型 (1P/ハレー)。 間で
二葉彗星、67P は 2 つの異なる突出部を持つ接触連星です
どの形状情報が利用可能か (Sierks et al. 2015;
ジョルダら。 2016）。 さらに、レーダー観測によって確認されたように、8P/タットル彗星は接触連星である(Harmon et al. 2010)。
そして最後に、冷たい古典的なカイパー ベルトの天体アロコスは、
接触バイナリもよく特徴付けられた形状を持ちます (Keane et al.
2022年）。 19P/ボレリー彗星と 103P/ハートレー第 2 彗星は二葉天体であり、2 つの個別の天体から形成された結果である可能性があります (Britt et al. 2004; Oberst et al. 2004; Thomas
他。 2013）。 103P/Hartley 2 で利用可能な形状モデルを使用する
(Farnham & Thomas 2013)、楕円体を 2 つのローブに当てはめました。
彗星の様子（付録Dを参照）。 19P/ボレリー彗星には詳細な形状モデルがないため、2 つのローブを抽出できませんでした。 のために
1P/Halley 核が二葉であるかどうかは完全には明らかではない
か否か。
セクションで概説したとおりです。 1、微惑星は形成されると考えられている
小石雲の重力崩壊によって。 観測された彗星の性質やカイパーベルト天体の特徴、たとえば、サイズ分布やバイナリの発生など、
はこの形成仮説と一致しています (Blum et al. 2014,
2017年、2022年。 ネスヴォルニーら。 2010年、2019年、2021年。 ポラック＆クラール2023年）。 崩壊のダイナミクスは詳細に研究されています
N 体シミュレーションを使用して、小石の雲が通常、いくつかのサブクラスターに断片化されて、最終的には複数のサブクラスターになることが示されています。
微惑星と結合連星系を形成します (Nesvorný et al.
2010年; ロビンソンら。 2020年; ネスヴォルニーら。 2021年; ポラック＆クラール
2023年）。 その後のバイナリまたは低速の崩壊
2つの微惑星の衝突は、
Arrokoth や 67P などのバイナリに連絡します。 この枠組みでは、
接触連星のローブは形成された微惑星であろう
サブクランプの重力崩壊による。 したがって、それは
微惑星の形状を比較する方が合理的です。
接触バイナリーのローブの形状を使用したシミュレーション。 図5の右パネルは、シミュレートされた惑星惑星が接触連星のローブとどのように比較されるかを示しています。 それに加えて、
8Pと103Pの大きなローブ、他のボディの軸比
シミュレートされた微惑星と重なります。 これは強力にサポートします
微惑星が接触連星形を形成しているという概念
角運動量が変化する小石雲の崩壊から
そして重力により扁平回転楕円体が作成されます。

要約すると、さまざまな仮説にもかかわらず、その起源は
「オウムアムアは依然としてとらえどころのない存在だ。 現実については不可知論的である
「オウムアムア」の起源、我々の結果は、円盤状のものであることを示しています。
オウムアムアの平らな形状は、
高い角運動量による小石雲の重力崩壊。
5.3. 方法の制限
私たちの手法は微惑星の形状を解明することができます
重力崩壊によって形成される。 ただし、固定グリッドは、
小石の衝突を解決するために必要なため、いくつかの制限が設定されます
私たちのモデルのために。 キロメートルサイズの微惑星の下部構造を解明するには、地球からの崩壊全体を追跡することはできません。
丘ほどの大きさの小石の雲から微惑星まで、必要に応じて
多くのグリッドセル。 したがって、我々は、微惑星の集合体として、その過程で形成されるサブクラスターからの最終的なものを追跡することに限定されています。
崩壊（Nesvorný et al. 2021; Polak & Klahr 2023）。 のため
固定グリッド、最大体積まで充填されたセル
ファクターはもう動きません。 したがって、適切に行うことができません
最終的な微惑星の回転状態を解明します。 似たような
角運動量が大きい小石雲の場合に問題が発生する
円盤状の平らな構造（L/LJ≳1）に崩壊します。 ディスクが完成したら
構造が形成され、密な細胞が凍結します。 実際には、
重力と角運動量が基礎構造を引き起こす可能性があります
折りたたんでバイナリを形成するか、バイナリに接触します。 したがって、私たちのこの方法は、単一の物体に崩壊する低角運動量の雲に対して信頼性があります。

6. 結論
崩壊をシミュレーションするためのモンテカルロ法を開発しました。
回転する小石雲と惑星イマルの最終組み立ての様子。 の軸比を分析することで形状を検討しました。
楕円体を最終ボディに当てはめ、結果を比較しました。
既知の形状を持つ太陽系彗星の形状、星間小惑星「オウムアムア」、および冷たい古典的なカイパーベルトの形状
オブジェクト アロコス。 小石雲の重力崩壊によって形成される微惑星には、その約60〜80％が含まれていることがわかりました。
雲の質量と初期角運動量の約 50 %。
さらに、小石雲から形成される微惑星は、
0.5≲L/LJ≲1の範囲の初期角運動量、ここでLJ
微惑星と同じ質量と有効半径をもつ臨界回転ヤコビ楕円体の角運動量です。
アロコスのローブの観察された形状と一致します。 形
二葉彗星の突出部の形状は、L/LJ≲1 から形成される平面略図の形状と一致します。 最後に、円盤状の形状
星間小惑星「オウムアムア」が実際に原始的なもので、衝突の破片ではない場合、1≲L/LJ≲1.5の小石雲の形成と一致します。 なぜなら彗星や、
特に、アロコスは太陽系の原始的な計画の末期を表している可能性が最も高い（進化の過程で何らかの再形成が生じた可能性はあるが）と我々の結果は示唆している。
微惑星の平らな形状は自然にそうなる
回転する小石雲の重力崩壊。 これをさらに
重力崩壊による微惑星形成の仮説を強化します。