近日点が30AU未満のカイパーベルト天体の色は木星トロヤ群に似ているらしい。天王星と海王星が外側に移動するときに散乱された微惑星が木星のラグランジュポイントに捕まったのがトロヤ群という考え方？以下、機械翻訳。
低近日点カイパーベルト天体のトロヤ群の様な色
要約
太陽系の初期進化における動的不安定性モデルの重要な検証可能な予測は、木星のトロヤ群がカイパーベルトと源集団を共有しているというものである。この予測の具体的な証拠は、カイパーベルト天体(KBO)と木星トロヤ群は異なる表面組成を持っているように見えるため、とらえどころのないままです。トロイの木馬の起源に関する長年の問題に、カイパーベルトにトロヤ群のような色のダイナミックな亜集団を見つけることで対処します。既存の測光データとKeck IおよびPalomar P200に関する独自の調査を組み合わせると、低近日点(
q <30天文単位 a>30AU)の構成要素は、ケンタウルス(a<30AU)は、より赤い、カイパーベルトのような色をしています。木星のトロヤ群をカイパーベルトに接続するために、低近日点のKBOのトロヤ群のような明確な色が表面処理に起因するのか、それともカイパーベルトの特定の集団に由来するのかをテストします。カナダ-フランス黄道面調査による40億年間のKBOの合成集団の進化をシミュレートすることにより、加熱時間スケールの違いがケンタウルスと比較して非常に赤色の低近日点KBOの大幅な減少をもたらすことはないことがわかりました。ニュートラルカラーの散乱ディスクオブジェクト(e>0.6 KBO)は、ケンタウルスよりも低近日点のKBO個体群に大きく貢献しており、その結果、色が異なります。
1紹介
ニースモデルの多くの反復によって記述された太陽系の初期の大規模な動的不安定性は、巨大惑星の励起離心率を含む太陽系の多くの現象に単一の解決策を提供するのに大きな成功を収めました(Tsiganis et al.,2005)カイパーベルトと小惑星帯の構造(レヴィソンら、2008;Morbidelliら、2010)太陽系の他の多くの特性の中でも(ネスヴォルニー、2018).2005年にニースモデルが初めて発表されて以来、その動的不安定性モデルの性質は大きく進化してきました。最初の3つの画期的なニースのモデル論文は、木星と土星が相互の1:2共鳴を通じてゆっくりと移動することにより、励起された離心率を獲得することに依存していました(Tsiganis et al.,2005).共鳴交差は、不安定な時期に土星の世俗的な共鳴が内部惑星を形成するために必要な物質を一掃するなど、太陽系内惑星の構造との矛盾のために放棄されました。初期の不安定性の現在のモデルは、木星による5番目の(または潜在的にはそれ以上の)巨大惑星の放出を含み、これにより木星の軌道が突然内側にシフトし、粒状の移動と共鳴交差の問題が回避されます(ネスヴォルニー & モルビデリ、2012;Batyginら、2012;ネスヴォルニー、2018).
ニースモデルのすべてのバージョンに存在する最も堅牢な予測の1つは、5.2AUの木星トロヤ群小惑星が、より遠いカイパーベルトと源集団を共有していることです(Tsiganis et al.,2005;Morbidelliら、2005;モルビデリ、2010;ネスヴォルニー、2018).現在のニースモデルの反復では、巨大惑星は、木星と海王星の間のどこかで形成された1つ以上の惑星コアの放出によって引き起こされる一連の動的不安定性を経験します(レヴィソンら、2008;ネスヴォルニー & モルビデリ、2012).これらの不安定性の時には、巨大な惑星のトロヤ群領域にある小さな天体は、今や混沌とした軌道に投げ出されるでしょう(Morbidelliら、2005).この写真では、現在の木星のトロヤ群は、木星の最終的な大規模な不安定性の間にのみ捕らえられた可能性があります。したがって、木星のトロヤ群は、木星の最後の「ジャンプ」中にたまたま木星のL4/L5ポイントにいた天体であり、纏動軌道に捕らえられただけです。一方、原始カイパーベルト円盤に由来する微惑星は、太陽系全体に散らばり、太陽系外縁部の小さな天体の支配的な集団を形成することになる。したがって、ニースモデルは、カイパーベルトの祖先天体が今日見られるトロイの木馬にもなったことを示唆しています(Morbidelliら、2005;Nesvorný et al.,2013).この予測は、ニースモデルに対する明確な観測的テストを提供します:トロイの木馬とカイパーベルト天体(KBO)が実際に共通の起源を持っている場合、これら2つの集団は共通の物理的特性を持つはずです(Morbidelliら、2005,2009;Nesvorný et al.,2013;ジュイット、2018).しかし、共通の起源を観測的に裏付けることは依然としてとらえどころがなく、太陽系外縁部の進化に関するニースモデルの予測の証拠に根本的なギャップが残っています。
KBOと木星トロヤ群の共通の起源を支持する証拠の一つは、カイパーベルトとトロヤ群の励起成分のサイズ分布が類似していることである(Morbidelliら、2009;フレイザーら、2014).ただし、同様のサイズ分布は、KBOとトロイの木馬が共通のソースを持っていることを証明するための必要条件にすぎませんが、十分条件ではありません。この予測を複雑にしているのは、KBOとトロイの木馬の表面特性の違いです。最近のJWST分光法では、KBOは水、二酸化炭素、メタノール、一酸化炭素の氷が頻繁に存在し、表面化学が豊富であることが示されています(ブラウン&フレイザー、2023;De Prá他、2024).対照的に、木星のトロヤ群は1〜4ミクロンの範囲で分光学的に中性であり、約3.0ミクロンの弱い有機物と水分補給の特徴のみがあります(エメリーら、2011;褐色2016;ウォンら、2019,2024).同じ起源を持つはずの2つの集団が、太陽系の形成に関するニースモデルの重要な要素であるKBOとトロヤ群の共通の起源を証明するためには、スペクトル特性と測光特性が異なっていることを解明する必要があります。
この論文では、低近日点カイパーベルトの物体(q<30天文単位AU>30AU)はトロヤ群のような可視色を持ち、木星のトロヤ群とカイパーベルトの間のリンクである可能性が高いです。セクション2では、太陽系外縁部のさまざまな集団の色について議論し、低近日点のカイパーベルトの観測が他のカイパーベルトやケンタウロスとどのように区別されるか、そして色が木星のトロヤ群の色に分岐する可能性があることを示しています。セクション3では、低気圧のユニークな色の2つの考えられる理由を調査します。
qケンタウルスとは対照的に、カイパーベルト - 異なる加熱の歴史、または異なる源の人口。これらの可能性は両方とも、力学シミュレーションのレンズを通して検討され、ケンタウルスと低qKBOは、低のよりニュートラルな色のより可能性の高い理由です-qKBOs(KBOs)です。
2 太陽系外縁部の人口の色
太陽系外縁部の天体は、一般に、ニュートラルカラーから赤色までの特徴のない可視反射スペクトルを持っています。近似値としては、これらの色はスペクトル傾きと呼ばれる 1 つのパラメーターで定義できます。スペクトル傾きは、観測された各波長での反射率の傾きとして定義され、100 nmを超える反射率の変化率の単位で表され、通常はVバンド(550 nm)で正規化されます。傾きは、さまざまな色とフィルターシステムの測光観測から計算できますが、主にオブジェクトのスペクトルが400〜800 nmの線形になる傾向がある領域で役立ちます(ジュイット&ミーチ、1986;エノー他、2012).太陽系外縁部に存在する多くの動的部分集団におけるさまざまな色分布の全体像を把握するために、4つのデータセットを組み合わせています。1つ目は、Minor Bodies of the Outer Solar System(MBOSS)の色セットからのものです(エノー他、2012)、2つ目は太陽系外縁起源調査(Col-OSSOS)の色です(Schwambら、2019)、3番目はダークエネルギーサーベイ(DES)からのものです(Bernardinelliら、2022,2023)そして4つ目は、低近日点カイパーベルト天体の色に関する私たち自身の小さな調査であり、その技術的な詳細は付録Aで説明しています。私たちは、スペクトル傾きの不確かさが±7%、以下と同等g−i±0.2.絶対等級のオブジェクトのみを含めます H > 7小さな物体と色が大きく異なる大きな物体を除去するためには、仮想的には、大きな物体の付加加熱による地質学的処理によるものです(ブラウン他、2012).さらに、カイパーベルトの色をトロヤ群と比較しているので、木星のトロヤ群のサイズ範囲に一致するKBOのみを選択する必要があります。
H∼7(の図6を参照してください。エノー他。2012).合計で、12の低-q OSSOSのKBO、MBOSSの7件、DESの4件、今回の調査のKBO24件、合計47件でした。ケンタウルスについては、31個がOSSOSから、38個がDESから、DESからは1個も、そして1個は私たちの調査から採取されました。
図 1:KBOの色と近日点(青;a >30AU)とケンタウルス(黒;a <30AU) MBOSS および Col-OSSOS から取得(エノー他、2012;Schwambら、2019).2 つの Jupiter Trojan 亜集団の色は破線で示されています。KBOとケンタウルスの色は統計的には区別がつかず、木星のトロヤ群の色とは有意に異なりますが、近日点が低いKBOの色は、以下のようにトロヤ群のように見えます
q < 25天文単位。
図 2:ケンタウルス(黒;a <30天文単位 q <30AU)、および低近日点カイパーベルト(オレンジ、a > 30天文単位 q <30AU) 色で、木星トロヤ群の色は破線で表されます。下のパネルは、ケンタウルスと低近日点のKBOの色の違いに関する2つのテストの結果を示しています:黒の片側フィッシャー正確確率テストと青のブートストラップ法。どちらの試験でも、対象物は最も低い近日点の物体から順番に解析に追加されます。任意の近日点に対して
15< q <25AU、赤のオブジェクトの割合が低-q KBOsはケンタウルスのそれより大きく、3σ以上です フィッシャーテストでは、ほぼ4σ
ブートストラップ法では、低近日点カイパーベルトが太陽系外縁部のトロヤ群のような集団である可能性があることを示しています。
海王星の軌道よりも大きい長半径を持つカイパーベルト天体は、長い間、二股に分かれた色を持ち、傾きがより大きな「非常に赤」(KBO VR)の集団に分割されていることが知られていました。
20%そして、傾きが20%又はg−i=1.15 (テグラー&ロマニシン、1998;Doressoundiramら、2002;エノー他、2012;ウォン&ブラウン、2017年あ).木星のトロヤ群小惑星も色が二分されていますが、平均スペクトル傾きが約10%または
g−i=0.87、および「Less Red」(JT LR)集団で、平均スペクトル傾きが約5%またはg−i=0.74
(エメリーら、2011;ウォン&ブラウン、2016).この分類体系では、カイパーベルトの「赤」の色は、木星のトロヤ群の色の範囲を完全に網羅しています。
ケンタウルスは、最近巨大な惑星領域に注入された元KBOであり、寿命は通常100キールから10ミルの間の不安定な軌道にあります(レヴィソン&ダンカン、1997;モルビデリ、1997;ティスカレノ&マルホトラ、2003;di Sistoら、2010).この論文では、ケンタウルスを近日点と長半径の両方が30 AU未満であると定義します。この個体群は、KBOの低温から木星のトロヤ群の暖かい環境への移行を表しています。ケンタウルスは何百万年もの間、大幅に加熱されてきましたが、ケンタウルスが木星トロヤ群の表面色を発達させているという証拠は存在せず、その色は統計的に親のKBO集団の色と区別がつきません(図1を参照)。
以前の出版物では、加熱によるケンタウルスの色の変化が示唆されていましたが、いずれの場合も、より多くのデータが現れるにつれて、統計的な証拠は消えてしまいました(メリタ&リサンドロ2012;Peixinho et al.2020).余談ですが、KBOの表面は十分に加熱されると明らかに進化します。カイパーベルトを起源とする木星ファミリー彗星は、KBOで通常見られるものよりも表面が暗く、スペクトルは一般的にほとんどのKBOとは異なり、おそらく多くの近日点通過で大幅な氷の昇華の結果として(Lisseら、2022;Pintoら、2023).彗星のような活動は、最も近いケンタウルスの一部で見られますが、表面の色との相関関係は不明のままです(ジュイット、2009;チャンドラーら、2020).ケンタウルスのような軌道上にある活動彗星39P/オテルマのJWST分光法は、活動的なCOを示しています2ガス放出と、JWSTで観察されたKBOと比較して吸収特性が抑えられた表面(Pintoら、2023).さらに、JWST分光法によるLicandro et al. (2023)は、不活性なケンタウルス・オキュロースと海王星の共軌道2010 KR59は、より大きなKBO集団とは異なるスペクトルを持ち、3.0ミクロンの広範な吸収特徴を持つことを示した。Wongら(2024)KBOではなく。ケンタウルスの色の変化がないことは、トロヤ群とカイパーベルトの間のリンクをさらに難解にしています。たとえば、次のような仮説ですウォン&ブラウン(2016)KBO R / VRの色から木星のトロヤ群のLR / R色への変化のメカニズムとして加熱が示唆されていますが、この移行はケンタウルスの集団の色では観察されていません。
しかし、カイパーベルト内の亜集団で、はっきりとした色をしているように見えるのは、低近日点のカイパーベルト(q <30天文単位 a >30AU)。これらの天体は、軌道の大部分を海王星の外で過ごすため、ケンタウルスとは動的に異なりますが、両方の集団の近日点は同様に低くなっています。これらの低い-q KBOは、赤/非常に赤のKBOとケンタウルスのような色から、木星のトロヤ群のような赤の色まで、さまざまな色のセットを持っているように見えます。
q <25AU (図 2 を参照)。近日点が25天文単位から30天文単位の間にある場合、近日点の低いKBOと海王星の軌道を横切る大きな離心率を持つ共鳴天体の両方が存在するため、この領域を解析から除外します。
各母集団のKBOの「赤」オブジェクトと「非常に赤」オブジェクトの割合を計算することにより、2つの母集団の差を統計的に比較できます。70体のケンタウルスのうち
q <25このサンプルのAUは、28が非常に赤、42が赤で、赤の割合は
fr=0.6±0.06(二項比率信頼区間のWald区間を使用)。47の低近日点KBOのうち、40が赤で、7だけが非常に赤で、赤の割合は
fr=0.85±0.05
.ケンタウルスの赤天体と非常に赤天体の比率から10,000のサンプルを抽出し、低近日点のKBOがケンタウルスよりも赤天体の割合が大きいかどうかを尋ねると、2つの集団が各色の比率が異なるという99.94%の信頼が得られます。
q <25天文単位。非常に保守的な片側フィッシャー正確確率検定を使用しても、低近日点のKBOがケンタウルスよりも赤色の物体が少ない確率は低くなります
p=0.003、または99.7%以上の確率で色が異なる。図2では、低q
近日点が小さいものから最も高いものへとオブジェクトを連続して追加することにより、人口が発生します。3シグマ以上の確率が見つかりました。
qKBOは、近日点の値が17AUを超える場合、ケンタウルスよりも非常に赤い天体が少ないです。さらに、フィッシャーの正確確率検定(または図2のより詳細な検定)の結果は、15〜25%のスペクトル傾斜が除外された場合でも99%以上の信頼性を示しており、ケンタウルスと低いケンタウルスの色の違いを示しています。
qKBOは堅牢で、色の分岐の微調整された定義に依存しません。
図 3:木星トロヤ群(上段)、ケンタウルス(中央パネル)、および低近日点カイパーベルト天体(下段)のスペクトル傾斜の混合ガウスモデル。スペクトル傾斜を持つオブジェクトのみ<15%、またはトロヤ群のような傾斜を持つオブジェクトが含まれます。ケンタウルスの場合、データを記述するために 1 つのガウス モデルが好まれ、参照用に点線で示された 2 つのガウス近似が使用されます。対照的に、低qKBOは、バイモーダルモデルで最もよく記述されます。
ΔAIC = ユニモーダルモデルとバイモーダルモデルの間の14。
2.1低近日点KBOにおけるトロイの木馬分岐の試験
現在、低近日点のカイパーベルト天体がトロヤ群のような色をしているかどうかを、トロヤ群のような0-15%のスペクトル傾斜範囲(KBOレッド、または木星トロヤ群のLR/R色)で色の分布を分析することにより、トロヤ群のような色を持っているかどうかをテストします。この範囲の上限は、で報告されたトロイの木馬の最大スペクトル傾きであるため、15% に設定されました。ウォン&ブラウン(2016).まず、赤の色分布が低いかどうかを確認します。
qKBOは、同様のスペクトル傾斜角のケンタウルスとは異なります。すべてのケンタウルスと低迷の選択
スペクトル傾斜を持つqKBO<15%そして、傾き分布をKolmogorov-Smirnov検定と比較すると、同じ分布から引き出される確率は
p=0.058.この結果は 2 シグマの有意性をわずかに下回っていますが、2 つの母集団が木星トロヤ群の色の範囲で異なる分布を持つ 94% の確率は、低いqKBOまたはケンタウロスは、木星のトロヤ群と同様に分岐しています。ガウス混合モデルを使用して、ケンタウロスと低ガウスの分布を説明するのにどれだけのガウスが好ましいかをテストします。
qKBOカラー。低い人のために-qKBOでは、二分化されたモデルは、単一のガウスモデルよりも赤池情報量基準が有意に低いことがわかりました。
ΔAIC=14(赤池さん、1974).ケンタウルスの場合、AIC は複数のガウス分布を持つモデルで高く、二分化されたモデルではケンタウルスの傾きを十分に説明していないことを示しています。図3に、ケンタウルスと低qKBOとスローン・デジタル・スカイ・サーベイの木星トロヤ群の色(ウォンら、2014).3 つの母集団すべてについて、1 つ、2 つ、および 3 つのガウス混合モデルについて、AIC と BIC の両方を報告します。傾きの傾きに対する混合モデルの2つの平均
<15%低い-qKBOは、木星のトロヤ群の2つの色に近く、「赤」の低qKBOは、木星のトロヤ群と同様の色分布を持っています。
また、低い -qKBOとトロヤ群は、トロヤ群の赤の色とトロヤ群の少ない赤の色を持つオブジェクトの比率は、低いレベルで複製されているようです。
qKBOの人口。ただし、トロヤ群と低qKBOの色は、低い2つの亜集団の赤い成分です。
qKBOは、図3の右パネルに見られるように、「トロイの木馬の赤」亜集団の平均色よりもわずかに赤くなっています。同様の効果がウォン&ブラウン(2017bさん)は、ヒルダ小惑星の集団を調査し、その色がトロヤ群と同様に二分されていることを発見しましたが、平均色はわずかに中立的な値にシフトしています。ヒルダは小惑星帯の間にありますが、木星の内部では木星と4AUで3:2の平均運動共鳴があり、トロヤ群と共通の起源の物語があると考えられています(Marssetら、2014;ウォン&ブラウン、2017bさん).色の分岐の連続的なシフトは、低のトロイの木馬のようなコンポーネントから
q
木星のトロヤ群からヒルダスへのKBOは、スペクトルの傾きが太陽中心距離の減少とともにわずかに中立になる可能性があることを示しています。より中立的な色(赤、傾き<15%) 低-qKBOは、カイパーベルトに木星トロヤ群のような色の天体のサブセットが存在することを示唆しており、2つの集団の間に観測的な関連性を与えています。
2.2傾斜の高いオブジェクト
ケンタウルスと低近日点のKBOの天体のうち興味深いのは、高い傾斜角または逆行傾斜を持つ天体である。の動的な起源
i>50∘
オブジェクトは未解決の問題のままです(Batyginら、2019).ニースモデルのシミュレーションでは、高い傾き (i>50∘)カイパーベルトで観察する天体(ネスヴォルニー、2015)(2015 BP など)159または多数の
i>90∘
ケンタウルスと低近日点のKBO(グラッドマンら、2009;ベッカーら、2018);簡単に言えば、原始惑星系円盤の円盤のような性質は、非常に傾斜した物体の大きな貯留層の形成を妨げる可能性があります。さらに、現在観測されているカイパーベルトから始めて、逆行性物体を生成する方法はありません。
q>5.2AUと4つの巨大惑星(ネスヴォルニー、2015).14のローのすべて-qKBOと3体のケンタウルスi>50∘
は驚くほど似た色で、スペクトルの傾きは5%から20%です。ケンタウルスと低迷の統計的な比較を繰り返すと、
q
これらの傾斜したオブジェクトのないKBOは、ケンタウルスと低迷の違いの重要性
qKBOが3σ以上から2σ以上まで減少これは主にサンプルサイズの減少によるものです。同様に、
図 3 の分岐の証拠は弱まり、重要性は低くなります
ΔAICの∼7.しかし、これらの逆行性オブジェクトは、低
q
KBOとケンタウロス - 現在、これらの動的経路を評価することができない
i>60∘オブジェクトは、ケンタウルスの色の違いの重要性を減少させず、低い-qKBOs(KBOs)です。したがって、この論文の残りの部分での動的分析では、高い傾き(i>50∘)これらのオブジェクトは、カイパーベルトと4つのガス巨人の動的シミュレーションでは再現できないため、サンプルからオブジェクトを作成します(バティギン&モルビデリ、2017;Batyginら、2019).
3トロヤ群のような色の起源
我々は、低近日点カイパーベルトの色がケンタウルスと異なる理由について、2つの可能な検証可能な仮説を提示する。最初の仮説は、平均低-qKBOは平均的なケンタウロスよりも長く加熱されるため、その表面は木星のトロヤ群の色を生成する化学変化を受け、その結果、私たちが観察する人口レベルの色の違いが生じます。2番目の仮説は、純粋に動的なものです。
qKBOとケンタウロスは、異なる色を持つ異なる源集団を持ち、それが興奮した2つの集団に引き継がれる。これらの仮説を検証するには、ケンタウルスのサンプルの可能なカイパーベルトの起源と動的寿命の分布を取得する必要があります。
qKBOであり、人口が著しく異なる暖房履歴またはソース人口を持っているかどうかを判断します。
図 4:セクション3で低-の源と動的進化を追跡するために使用される方法の概略図
qKBOとケンタウルス。まず、カナダ・フランス黄道面調査(CFEPS)L7シミュレーションカイパーベルト参照母集団から始めます(プチら、2011)、それを4つの巨大な惑星と4Gyrの間前方に統合します。これらの統合により、約150,000のリアリティが生成されます。
q <25AUカイパーベルトのコンポーネント。同時に、K-最近傍アルゴリズムを使用して、近くのカイパーベルト天体の既知の色に基づいて、各CFEPS天体の色分布を見つけます。統合中、すべての合成オブジェクトの加熱履歴(20AU以内で費やされた時間)も追跡します。合成的に生成された低
qKBOとケンタウルスの個体群から、シミュレーションから最も近いオブジェクトを描画することにより、色付きの実際のオブジェクトの統計を計算します。その結果、可能な加熱履歴と色の両方について、ケンタウルスの元のカイパーベルト源の関数として分布を取得し、
セクション2のqKBO。
不安定な物体の動的履歴は、後方積分が初期条件の無限に小さな変化から根本的に異なる結果をもたらすため、直接確認することは不可能です。各天体に対して数千のクローンから始めて逆方向に統合しても、観測されたケンタウルスと低q
カイパーベルト付きのKBO。この方法は、これらのクローンがすべてカイパーベルト天体の散乱から出現する可能性が同等であるという問題のある仮定から始まります。代わりに、フォワードモデルを作成し、サンプルのカイパーベルトを40億年にわたって統合して、ケンタウロスと低qKBOs(KBOs)です。
私たちのフォワードモデルは、カナダ・フランス黄道面調査(CFEPS)L7シミュレートされたカイパーベルト参照人口から始まります(プチら、2011).まず、MERCURYインテグレータを使用して、参照母集団を4つの巨大惑星と統合します(チェンバース、1999).最初は低いオブジェクトを除外します-
qKBO(したがって、発生源が不確かである)は、興奮した集団のサンプルを汚染することを避けるためである。6 Hill 半径のハイブリッド切り替え半径、150 日のタイムステップ、10000 AU の射出距離を使用します。1000万日(約25,000年)ごとに、各天体がケンタウルスの定義に当てはまるかどうかを瞬時に記録します。
qKBOとその初期軌道要素。40億年以上にわたり、私たちは2510万の合成低濃度を含む関心のある人口の150,000のスナップショットを取得します。
qKBOと310万ケンタウルス。何百万ものシミュレートされたケンタウルスと低いqKBOsは、それぞれが完全な動的履歴を持つ、我々は、加熱の違いやソースの人口の違いがケンタウルスと低の明確な色の分布の原因であるかどうかをテストし始めることができます。
qKBOs(KBOs)です。
ただし、シミュレートされたすべての低q
私たちの仮説に答えるために、すべてのシミュレートされたケンタウロスにKBOを送ります。セクション2の特定のサンプルで観察される色を説明するには、シミュレートされた低-を選択する必要があります。
qKBOとケンタウロスは、同様に実際の低水準に分布しています。
qKBOとケンタウロス。各低qKBOとケンタウロスは、セクション2の測光データで、1,000の最も近い合成近傍の統計を計算します。最近傍は、離心率/傾斜角/近日点空間のユークリッド距離を使用して決定され、各パラメーターを 0 から 1 の間で正規化しています。この方法の概略図を図4に示します。
3.1暖房仮説
加熱仮説を検証するために、各合成オブジェクトが経験した日射量を、20AU以内で費やされた時間という単純な指標を使用して追跡します。具体的には、特定の物体がその軌道内で20 AU以内にある時間を追跡し、物体の近日点が20 AU未満の時間を追跡しません。この特定の閾値は任意のものであり、昇華線によるものではありません - 10や15AUなどの他の閾値について分析を繰り返すと、同様の結果が得られます。実際のケンタウロスに最も近い1,000個の合成オブジェクトを選択することにより、
q
このサンプルのKBOでは、色がついている各オブジェクトについて、20AU内で費やされた時間の統計分布を取得できます。図 5 の左側のパネルは、内部で費やされた時間の中央値 (1 シグマの誤差バー付き) を示しています。
r <20AUケンタウロスの現在の近日点距離の関数としてのまたは低qKBOは、セクション2の測光分析で使用しました。ケンタウロスと低
qKBOでは、20AU以内で費やされる典型的な時間は1000万年から1000万年であり、その低水準は
q 15AUを過ぎたKBOは、平均的なケンタウロスよりも20AU以内で多くの時間を過ごしています。
4議論
KeckとPalomarの測光観測とMBOSSの利用可能なすべてのデータを組み合わせる(エノー他、2012)、コロOSSOS(Schwambら、2019)、および DES(Bernardinelliら、2022,2023)では、太陽系外縁部に木星トロヤ群のような色を持つ集団として、低近日点のカイパーベルトを分離しました。測定された色は、これらのKBOがq <30AU とa >30AUには、赤から非常に赤のオブジェクトの割合が3σを超えています
近日点距離が類似しているケンタウルスとは異なります。重要なことに、低近日点のKBOは、木星のトロヤ群と同様の色の分岐を示し、わずかに赤い色で、トロヤ群の内部であるヒルダスも二分されているが、わずかに青い色のセットであることに注目します。
さらに重要なことに、ニースモデルによれば、内部円盤に共通の源を持つ木星トロヤ群と散乱円盤天体をリンクすることにより、ニースモデルの観測的証拠を見つけました。低い-
qKBOは、散乱円盤と木星トロヤ群のよりニュートラルな色を共有していますが、カイパーベルトのより安定した部分から供給されるケンタウロスとは異なり、散乱円盤には明確なソースがあります。また、これらの色は、近日点KBO色のケンタウルスやトロヤ群の低近日点の個体群の加熱から生じたものではないことも示しています。
qKBOには加熱履歴があり、図2に示すような色の大幅な違いはありません。代わりに、ケンタウルスと低qKBOは、2つの集団が異なるカイパーベルトの祖先を持つことによってもっともらしく説明されます。低い-
qKBOは、ケンタウルスよりも散在する円盤と高い傾斜集団からより頻繁に供給されます。我々の結果は、発生源の個体数の差が、低濃度の赤色物体の明確な比率の説明として、加熱よりも好ましいことを示している。
qKBOとケンタウルス。カイパーベルトのシミュレーションモデルとその色に関する私たちの知識の両方をさらに改善することで、ケンタウルスと低気圧の違いの起源の問題を完全に解決するのに役立つはずです。
qKBOカラー。
低近日点カイパーベルト天体のトロヤ群の様な色
要約
太陽系の初期進化における動的不安定性モデルの重要な検証可能な予測は、木星のトロヤ群がカイパーベルトと源集団を共有しているというものである。この予測の具体的な証拠は、カイパーベルト天体(KBO)と木星トロヤ群は異なる表面組成を持っているように見えるため、とらえどころのないままです。トロイの木馬の起源に関する長年の問題に、カイパーベルトにトロヤ群のような色のダイナミックな亜集団を見つけることで対処します。既存の測光データとKeck IおよびPalomar P200に関する独自の調査を組み合わせると、低近日点(
q <30天文単位 a>30AU)の構成要素は、ケンタウルス(a<30AU)は、より赤い、カイパーベルトのような色をしています。木星のトロヤ群をカイパーベルトに接続するために、低近日点のKBOのトロヤ群のような明確な色が表面処理に起因するのか、それともカイパーベルトの特定の集団に由来するのかをテストします。カナダ-フランス黄道面調査による40億年間のKBOの合成集団の進化をシミュレートすることにより、加熱時間スケールの違いがケンタウルスと比較して非常に赤色の低近日点KBOの大幅な減少をもたらすことはないことがわかりました。ニュートラルカラーの散乱ディスクオブジェクト(e>0.6 KBO)は、ケンタウルスよりも低近日点のKBO個体群に大きく貢献しており、その結果、色が異なります。
1紹介
ニースモデルの多くの反復によって記述された太陽系の初期の大規模な動的不安定性は、巨大惑星の励起離心率を含む太陽系の多くの現象に単一の解決策を提供するのに大きな成功を収めました(Tsiganis et al.,2005)カイパーベルトと小惑星帯の構造(レヴィソンら、2008;Morbidelliら、2010)太陽系の他の多くの特性の中でも(ネスヴォルニー、2018).2005年にニースモデルが初めて発表されて以来、その動的不安定性モデルの性質は大きく進化してきました。最初の3つの画期的なニースのモデル論文は、木星と土星が相互の1:2共鳴を通じてゆっくりと移動することにより、励起された離心率を獲得することに依存していました(Tsiganis et al.,2005).共鳴交差は、不安定な時期に土星の世俗的な共鳴が内部惑星を形成するために必要な物質を一掃するなど、太陽系内惑星の構造との矛盾のために放棄されました。初期の不安定性の現在のモデルは、木星による5番目の(または潜在的にはそれ以上の)巨大惑星の放出を含み、これにより木星の軌道が突然内側にシフトし、粒状の移動と共鳴交差の問題が回避されます(ネスヴォルニー & モルビデリ、2012;Batyginら、2012;ネスヴォルニー、2018).
ニースモデルのすべてのバージョンに存在する最も堅牢な予測の1つは、5.2AUの木星トロヤ群小惑星が、より遠いカイパーベルトと源集団を共有していることです(Tsiganis et al.,2005;Morbidelliら、2005;モルビデリ、2010;ネスヴォルニー、2018).現在のニースモデルの反復では、巨大惑星は、木星と海王星の間のどこかで形成された1つ以上の惑星コアの放出によって引き起こされる一連の動的不安定性を経験します(レヴィソンら、2008;ネスヴォルニー & モルビデリ、2012).これらの不安定性の時には、巨大な惑星のトロヤ群領域にある小さな天体は、今や混沌とした軌道に投げ出されるでしょう(Morbidelliら、2005).この写真では、現在の木星のトロヤ群は、木星の最終的な大規模な不安定性の間にのみ捕らえられた可能性があります。したがって、木星のトロヤ群は、木星の最後の「ジャンプ」中にたまたま木星のL4/L5ポイントにいた天体であり、纏動軌道に捕らえられただけです。一方、原始カイパーベルト円盤に由来する微惑星は、太陽系全体に散らばり、太陽系外縁部の小さな天体の支配的な集団を形成することになる。したがって、ニースモデルは、カイパーベルトの祖先天体が今日見られるトロイの木馬にもなったことを示唆しています(Morbidelliら、2005;Nesvorný et al.,2013).この予測は、ニースモデルに対する明確な観測的テストを提供します:トロイの木馬とカイパーベルト天体(KBO)が実際に共通の起源を持っている場合、これら2つの集団は共通の物理的特性を持つはずです(Morbidelliら、2005,2009;Nesvorný et al.,2013;ジュイット、2018).しかし、共通の起源を観測的に裏付けることは依然としてとらえどころがなく、太陽系外縁部の進化に関するニースモデルの予測の証拠に根本的なギャップが残っています。
KBOと木星トロヤ群の共通の起源を支持する証拠の一つは、カイパーベルトとトロヤ群の励起成分のサイズ分布が類似していることである(Morbidelliら、2009;フレイザーら、2014).ただし、同様のサイズ分布は、KBOとトロイの木馬が共通のソースを持っていることを証明するための必要条件にすぎませんが、十分条件ではありません。この予測を複雑にしているのは、KBOとトロイの木馬の表面特性の違いです。最近のJWST分光法では、KBOは水、二酸化炭素、メタノール、一酸化炭素の氷が頻繁に存在し、表面化学が豊富であることが示されています(ブラウン&フレイザー、2023;De Prá他、2024).対照的に、木星のトロヤ群は1〜4ミクロンの範囲で分光学的に中性であり、約3.0ミクロンの弱い有機物と水分補給の特徴のみがあります(エメリーら、2011;褐色2016;ウォンら、2019,2024).同じ起源を持つはずの2つの集団が、太陽系の形成に関するニースモデルの重要な要素であるKBOとトロヤ群の共通の起源を証明するためには、スペクトル特性と測光特性が異なっていることを解明する必要があります。
この論文では、低近日点カイパーベルトの物体(q<30天文単位AU>30AU)はトロヤ群のような可視色を持ち、木星のトロヤ群とカイパーベルトの間のリンクである可能性が高いです。セクション2では、太陽系外縁部のさまざまな集団の色について議論し、低近日点のカイパーベルトの観測が他のカイパーベルトやケンタウロスとどのように区別されるか、そして色が木星のトロヤ群の色に分岐する可能性があることを示しています。セクション3では、低気圧のユニークな色の2つの考えられる理由を調査します。
qケンタウルスとは対照的に、カイパーベルト - 異なる加熱の歴史、または異なる源の人口。これらの可能性は両方とも、力学シミュレーションのレンズを通して検討され、ケンタウルスと低qKBOは、低のよりニュートラルな色のより可能性の高い理由です-qKBOs(KBOs)です。
2 太陽系外縁部の人口の色
太陽系外縁部の天体は、一般に、ニュートラルカラーから赤色までの特徴のない可視反射スペクトルを持っています。近似値としては、これらの色はスペクトル傾きと呼ばれる 1 つのパラメーターで定義できます。スペクトル傾きは、観測された各波長での反射率の傾きとして定義され、100 nmを超える反射率の変化率の単位で表され、通常はVバンド(550 nm)で正規化されます。傾きは、さまざまな色とフィルターシステムの測光観測から計算できますが、主にオブジェクトのスペクトルが400〜800 nmの線形になる傾向がある領域で役立ちます(ジュイット&ミーチ、1986;エノー他、2012).太陽系外縁部に存在する多くの動的部分集団におけるさまざまな色分布の全体像を把握するために、4つのデータセットを組み合わせています。1つ目は、Minor Bodies of the Outer Solar System(MBOSS)の色セットからのものです(エノー他、2012)、2つ目は太陽系外縁起源調査(Col-OSSOS)の色です(Schwambら、2019)、3番目はダークエネルギーサーベイ(DES)からのものです(Bernardinelliら、2022,2023)そして4つ目は、低近日点カイパーベルト天体の色に関する私たち自身の小さな調査であり、その技術的な詳細は付録Aで説明しています。私たちは、スペクトル傾きの不確かさが±7%、以下と同等g−i±0.2.絶対等級のオブジェクトのみを含めます H > 7小さな物体と色が大きく異なる大きな物体を除去するためには、仮想的には、大きな物体の付加加熱による地質学的処理によるものです(ブラウン他、2012).さらに、カイパーベルトの色をトロヤ群と比較しているので、木星のトロヤ群のサイズ範囲に一致するKBOのみを選択する必要があります。
H∼7(の図6を参照してください。エノー他。2012).合計で、12の低-q OSSOSのKBO、MBOSSの7件、DESの4件、今回の調査のKBO24件、合計47件でした。ケンタウルスについては、31個がOSSOSから、38個がDESから、DESからは1個も、そして1個は私たちの調査から採取されました。
図 1:KBOの色と近日点(青;a >30AU)とケンタウルス(黒;a <30AU) MBOSS および Col-OSSOS から取得(エノー他、2012;Schwambら、2019).2 つの Jupiter Trojan 亜集団の色は破線で示されています。KBOとケンタウルスの色は統計的には区別がつかず、木星のトロヤ群の色とは有意に異なりますが、近日点が低いKBOの色は、以下のようにトロヤ群のように見えます
q < 25天文単位。
図 2:ケンタウルス(黒;a <30天文単位 q <30AU)、および低近日点カイパーベルト(オレンジ、a > 30天文単位 q <30AU) 色で、木星トロヤ群の色は破線で表されます。下のパネルは、ケンタウルスと低近日点のKBOの色の違いに関する2つのテストの結果を示しています:黒の片側フィッシャー正確確率テストと青のブートストラップ法。どちらの試験でも、対象物は最も低い近日点の物体から順番に解析に追加されます。任意の近日点に対して
15< q <25AU、赤のオブジェクトの割合が低-q KBOsはケンタウルスのそれより大きく、3σ以上です フィッシャーテストでは、ほぼ4σ
ブートストラップ法では、低近日点カイパーベルトが太陽系外縁部のトロヤ群のような集団である可能性があることを示しています。
海王星の軌道よりも大きい長半径を持つカイパーベルト天体は、長い間、二股に分かれた色を持ち、傾きがより大きな「非常に赤」(KBO VR)の集団に分割されていることが知られていました。
20%そして、傾きが20%又はg−i=1.15 (テグラー&ロマニシン、1998;Doressoundiramら、2002;エノー他、2012;ウォン&ブラウン、2017年あ).木星のトロヤ群小惑星も色が二分されていますが、平均スペクトル傾きが約10%または
g−i=0.87、および「Less Red」(JT LR)集団で、平均スペクトル傾きが約5%またはg−i=0.74
(エメリーら、2011;ウォン&ブラウン、2016).この分類体系では、カイパーベルトの「赤」の色は、木星のトロヤ群の色の範囲を完全に網羅しています。
ケンタウルスは、最近巨大な惑星領域に注入された元KBOであり、寿命は通常100キールから10ミルの間の不安定な軌道にあります(レヴィソン&ダンカン、1997;モルビデリ、1997;ティスカレノ&マルホトラ、2003;di Sistoら、2010).この論文では、ケンタウルスを近日点と長半径の両方が30 AU未満であると定義します。この個体群は、KBOの低温から木星のトロヤ群の暖かい環境への移行を表しています。ケンタウルスは何百万年もの間、大幅に加熱されてきましたが、ケンタウルスが木星トロヤ群の表面色を発達させているという証拠は存在せず、その色は統計的に親のKBO集団の色と区別がつきません(図1を参照)。
以前の出版物では、加熱によるケンタウルスの色の変化が示唆されていましたが、いずれの場合も、より多くのデータが現れるにつれて、統計的な証拠は消えてしまいました(メリタ&リサンドロ2012;Peixinho et al.2020).余談ですが、KBOの表面は十分に加熱されると明らかに進化します。カイパーベルトを起源とする木星ファミリー彗星は、KBOで通常見られるものよりも表面が暗く、スペクトルは一般的にほとんどのKBOとは異なり、おそらく多くの近日点通過で大幅な氷の昇華の結果として(Lisseら、2022;Pintoら、2023).彗星のような活動は、最も近いケンタウルスの一部で見られますが、表面の色との相関関係は不明のままです(ジュイット、2009;チャンドラーら、2020).ケンタウルスのような軌道上にある活動彗星39P/オテルマのJWST分光法は、活動的なCOを示しています2ガス放出と、JWSTで観察されたKBOと比較して吸収特性が抑えられた表面(Pintoら、2023).さらに、JWST分光法によるLicandro et al. (2023)は、不活性なケンタウルス・オキュロースと海王星の共軌道2010 KR59は、より大きなKBO集団とは異なるスペクトルを持ち、3.0ミクロンの広範な吸収特徴を持つことを示した。Wongら(2024)KBOではなく。ケンタウルスの色の変化がないことは、トロヤ群とカイパーベルトの間のリンクをさらに難解にしています。たとえば、次のような仮説ですウォン&ブラウン(2016)KBO R / VRの色から木星のトロヤ群のLR / R色への変化のメカニズムとして加熱が示唆されていますが、この移行はケンタウルスの集団の色では観察されていません。
しかし、カイパーベルト内の亜集団で、はっきりとした色をしているように見えるのは、低近日点のカイパーベルト(q <30天文単位 a >30AU)。これらの天体は、軌道の大部分を海王星の外で過ごすため、ケンタウルスとは動的に異なりますが、両方の集団の近日点は同様に低くなっています。これらの低い-q KBOは、赤/非常に赤のKBOとケンタウルスのような色から、木星のトロヤ群のような赤の色まで、さまざまな色のセットを持っているように見えます。
q <25AU (図 2 を参照)。近日点が25天文単位から30天文単位の間にある場合、近日点の低いKBOと海王星の軌道を横切る大きな離心率を持つ共鳴天体の両方が存在するため、この領域を解析から除外します。
各母集団のKBOの「赤」オブジェクトと「非常に赤」オブジェクトの割合を計算することにより、2つの母集団の差を統計的に比較できます。70体のケンタウルスのうち
q <25このサンプルのAUは、28が非常に赤、42が赤で、赤の割合は
fr=0.6±0.06(二項比率信頼区間のWald区間を使用)。47の低近日点KBOのうち、40が赤で、7だけが非常に赤で、赤の割合は
fr=0.85±0.05
.ケンタウルスの赤天体と非常に赤天体の比率から10,000のサンプルを抽出し、低近日点のKBOがケンタウルスよりも赤天体の割合が大きいかどうかを尋ねると、2つの集団が各色の比率が異なるという99.94%の信頼が得られます。
q <25天文単位。非常に保守的な片側フィッシャー正確確率検定を使用しても、低近日点のKBOがケンタウルスよりも赤色の物体が少ない確率は低くなります
p=0.003、または99.7%以上の確率で色が異なる。図2では、低q
近日点が小さいものから最も高いものへとオブジェクトを連続して追加することにより、人口が発生します。3シグマ以上の確率が見つかりました。
qKBOは、近日点の値が17AUを超える場合、ケンタウルスよりも非常に赤い天体が少ないです。さらに、フィッシャーの正確確率検定(または図2のより詳細な検定)の結果は、15〜25%のスペクトル傾斜が除外された場合でも99%以上の信頼性を示しており、ケンタウルスと低いケンタウルスの色の違いを示しています。
qKBOは堅牢で、色の分岐の微調整された定義に依存しません。
図 3:木星トロヤ群(上段)、ケンタウルス(中央パネル)、および低近日点カイパーベルト天体(下段)のスペクトル傾斜の混合ガウスモデル。スペクトル傾斜を持つオブジェクトのみ<15%、またはトロヤ群のような傾斜を持つオブジェクトが含まれます。ケンタウルスの場合、データを記述するために 1 つのガウス モデルが好まれ、参照用に点線で示された 2 つのガウス近似が使用されます。対照的に、低qKBOは、バイモーダルモデルで最もよく記述されます。
ΔAIC = ユニモーダルモデルとバイモーダルモデルの間の14。
2.1低近日点KBOにおけるトロイの木馬分岐の試験
現在、低近日点のカイパーベルト天体がトロヤ群のような色をしているかどうかを、トロヤ群のような0-15%のスペクトル傾斜範囲(KBOレッド、または木星トロヤ群のLR/R色)で色の分布を分析することにより、トロヤ群のような色を持っているかどうかをテストします。この範囲の上限は、で報告されたトロイの木馬の最大スペクトル傾きであるため、15% に設定されました。ウォン&ブラウン(2016).まず、赤の色分布が低いかどうかを確認します。
qKBOは、同様のスペクトル傾斜角のケンタウルスとは異なります。すべてのケンタウルスと低迷の選択
スペクトル傾斜を持つqKBO<15%そして、傾き分布をKolmogorov-Smirnov検定と比較すると、同じ分布から引き出される確率は
p=0.058.この結果は 2 シグマの有意性をわずかに下回っていますが、2 つの母集団が木星トロヤ群の色の範囲で異なる分布を持つ 94% の確率は、低いqKBOまたはケンタウロスは、木星のトロヤ群と同様に分岐しています。ガウス混合モデルを使用して、ケンタウロスと低ガウスの分布を説明するのにどれだけのガウスが好ましいかをテストします。
qKBOカラー。低い人のために-qKBOでは、二分化されたモデルは、単一のガウスモデルよりも赤池情報量基準が有意に低いことがわかりました。
ΔAIC=14(赤池さん、1974).ケンタウルスの場合、AIC は複数のガウス分布を持つモデルで高く、二分化されたモデルではケンタウルスの傾きを十分に説明していないことを示しています。図3に、ケンタウルスと低qKBOとスローン・デジタル・スカイ・サーベイの木星トロヤ群の色(ウォンら、2014).3 つの母集団すべてについて、1 つ、2 つ、および 3 つのガウス混合モデルについて、AIC と BIC の両方を報告します。傾きの傾きに対する混合モデルの2つの平均
<15%低い-qKBOは、木星のトロヤ群の2つの色に近く、「赤」の低qKBOは、木星のトロヤ群と同様の色分布を持っています。
また、低い -qKBOとトロヤ群は、トロヤ群の赤の色とトロヤ群の少ない赤の色を持つオブジェクトの比率は、低いレベルで複製されているようです。
qKBOの人口。ただし、トロヤ群と低qKBOの色は、低い2つの亜集団の赤い成分です。
qKBOは、図3の右パネルに見られるように、「トロイの木馬の赤」亜集団の平均色よりもわずかに赤くなっています。同様の効果がウォン&ブラウン(2017bさん)は、ヒルダ小惑星の集団を調査し、その色がトロヤ群と同様に二分されていることを発見しましたが、平均色はわずかに中立的な値にシフトしています。ヒルダは小惑星帯の間にありますが、木星の内部では木星と4AUで3:2の平均運動共鳴があり、トロヤ群と共通の起源の物語があると考えられています(Marssetら、2014;ウォン&ブラウン、2017bさん).色の分岐の連続的なシフトは、低のトロイの木馬のようなコンポーネントから
q
木星のトロヤ群からヒルダスへのKBOは、スペクトルの傾きが太陽中心距離の減少とともにわずかに中立になる可能性があることを示しています。より中立的な色(赤、傾き<15%) 低-qKBOは、カイパーベルトに木星トロヤ群のような色の天体のサブセットが存在することを示唆しており、2つの集団の間に観測的な関連性を与えています。
2.2傾斜の高いオブジェクト
ケンタウルスと低近日点のKBOの天体のうち興味深いのは、高い傾斜角または逆行傾斜を持つ天体である。の動的な起源
i>50∘
オブジェクトは未解決の問題のままです(Batyginら、2019).ニースモデルのシミュレーションでは、高い傾き (i>50∘)カイパーベルトで観察する天体(ネスヴォルニー、2015)(2015 BP など)159または多数の
i>90∘
ケンタウルスと低近日点のKBO(グラッドマンら、2009;ベッカーら、2018);簡単に言えば、原始惑星系円盤の円盤のような性質は、非常に傾斜した物体の大きな貯留層の形成を妨げる可能性があります。さらに、現在観測されているカイパーベルトから始めて、逆行性物体を生成する方法はありません。
q>5.2AUと4つの巨大惑星(ネスヴォルニー、2015).14のローのすべて-qKBOと3体のケンタウルスi>50∘
は驚くほど似た色で、スペクトルの傾きは5%から20%です。ケンタウルスと低迷の統計的な比較を繰り返すと、
q
これらの傾斜したオブジェクトのないKBOは、ケンタウルスと低迷の違いの重要性
qKBOが3σ以上から2σ以上まで減少これは主にサンプルサイズの減少によるものです。同様に、
図 3 の分岐の証拠は弱まり、重要性は低くなります
ΔAICの∼7.しかし、これらの逆行性オブジェクトは、低
q
KBOとケンタウロス - 現在、これらの動的経路を評価することができない
i>60∘オブジェクトは、ケンタウルスの色の違いの重要性を減少させず、低い-qKBOs(KBOs)です。したがって、この論文の残りの部分での動的分析では、高い傾き(i>50∘)これらのオブジェクトは、カイパーベルトと4つのガス巨人の動的シミュレーションでは再現できないため、サンプルからオブジェクトを作成します(バティギン&モルビデリ、2017;Batyginら、2019).
3トロヤ群のような色の起源
我々は、低近日点カイパーベルトの色がケンタウルスと異なる理由について、2つの可能な検証可能な仮説を提示する。最初の仮説は、平均低-qKBOは平均的なケンタウロスよりも長く加熱されるため、その表面は木星のトロヤ群の色を生成する化学変化を受け、その結果、私たちが観察する人口レベルの色の違いが生じます。2番目の仮説は、純粋に動的なものです。
qKBOとケンタウロスは、異なる色を持つ異なる源集団を持ち、それが興奮した2つの集団に引き継がれる。これらの仮説を検証するには、ケンタウルスのサンプルの可能なカイパーベルトの起源と動的寿命の分布を取得する必要があります。
qKBOであり、人口が著しく異なる暖房履歴またはソース人口を持っているかどうかを判断します。
図 4:セクション3で低-の源と動的進化を追跡するために使用される方法の概略図
qKBOとケンタウルス。まず、カナダ・フランス黄道面調査(CFEPS)L7シミュレーションカイパーベルト参照母集団から始めます(プチら、2011)、それを4つの巨大な惑星と4Gyrの間前方に統合します。これらの統合により、約150,000のリアリティが生成されます。
q <25AUカイパーベルトのコンポーネント。同時に、K-最近傍アルゴリズムを使用して、近くのカイパーベルト天体の既知の色に基づいて、各CFEPS天体の色分布を見つけます。統合中、すべての合成オブジェクトの加熱履歴(20AU以内で費やされた時間)も追跡します。合成的に生成された低
qKBOとケンタウルスの個体群から、シミュレーションから最も近いオブジェクトを描画することにより、色付きの実際のオブジェクトの統計を計算します。その結果、可能な加熱履歴と色の両方について、ケンタウルスの元のカイパーベルト源の関数として分布を取得し、
セクション2のqKBO。
不安定な物体の動的履歴は、後方積分が初期条件の無限に小さな変化から根本的に異なる結果をもたらすため、直接確認することは不可能です。各天体に対して数千のクローンから始めて逆方向に統合しても、観測されたケンタウルスと低q
カイパーベルト付きのKBO。この方法は、これらのクローンがすべてカイパーベルト天体の散乱から出現する可能性が同等であるという問題のある仮定から始まります。代わりに、フォワードモデルを作成し、サンプルのカイパーベルトを40億年にわたって統合して、ケンタウロスと低qKBOs(KBOs)です。
私たちのフォワードモデルは、カナダ・フランス黄道面調査(CFEPS)L7シミュレートされたカイパーベルト参照人口から始まります(プチら、2011).まず、MERCURYインテグレータを使用して、参照母集団を4つの巨大惑星と統合します(チェンバース、1999).最初は低いオブジェクトを除外します-
qKBO(したがって、発生源が不確かである)は、興奮した集団のサンプルを汚染することを避けるためである。6 Hill 半径のハイブリッド切り替え半径、150 日のタイムステップ、10000 AU の射出距離を使用します。1000万日(約25,000年)ごとに、各天体がケンタウルスの定義に当てはまるかどうかを瞬時に記録します。
qKBOとその初期軌道要素。40億年以上にわたり、私たちは2510万の合成低濃度を含む関心のある人口の150,000のスナップショットを取得します。
qKBOと310万ケンタウルス。何百万ものシミュレートされたケンタウルスと低いqKBOsは、それぞれが完全な動的履歴を持つ、我々は、加熱の違いやソースの人口の違いがケンタウルスと低の明確な色の分布の原因であるかどうかをテストし始めることができます。
qKBOs(KBOs)です。
ただし、シミュレートされたすべての低q
私たちの仮説に答えるために、すべてのシミュレートされたケンタウロスにKBOを送ります。セクション2の特定のサンプルで観察される色を説明するには、シミュレートされた低-を選択する必要があります。
qKBOとケンタウロスは、同様に実際の低水準に分布しています。
qKBOとケンタウロス。各低qKBOとケンタウロスは、セクション2の測光データで、1,000の最も近い合成近傍の統計を計算します。最近傍は、離心率/傾斜角/近日点空間のユークリッド距離を使用して決定され、各パラメーターを 0 から 1 の間で正規化しています。この方法の概略図を図4に示します。
3.1暖房仮説
加熱仮説を検証するために、各合成オブジェクトが経験した日射量を、20AU以内で費やされた時間という単純な指標を使用して追跡します。具体的には、特定の物体がその軌道内で20 AU以内にある時間を追跡し、物体の近日点が20 AU未満の時間を追跡しません。この特定の閾値は任意のものであり、昇華線によるものではありません - 10や15AUなどの他の閾値について分析を繰り返すと、同様の結果が得られます。実際のケンタウロスに最も近い1,000個の合成オブジェクトを選択することにより、
q
このサンプルのKBOでは、色がついている各オブジェクトについて、20AU内で費やされた時間の統計分布を取得できます。図 5 の左側のパネルは、内部で費やされた時間の中央値 (1 シグマの誤差バー付き) を示しています。
r <20AUケンタウロスの現在の近日点距離の関数としてのまたは低qKBOは、セクション2の測光分析で使用しました。ケンタウロスと低
qKBOでは、20AU以内で費やされる典型的な時間は1000万年から1000万年であり、その低水準は
q 15AUを過ぎたKBOは、平均的なケンタウロスよりも20AU以内で多くの時間を過ごしています。
4議論
KeckとPalomarの測光観測とMBOSSの利用可能なすべてのデータを組み合わせる(エノー他、2012)、コロOSSOS(Schwambら、2019)、および DES(Bernardinelliら、2022,2023)では、太陽系外縁部に木星トロヤ群のような色を持つ集団として、低近日点のカイパーベルトを分離しました。測定された色は、これらのKBOがq <30AU とa >30AUには、赤から非常に赤のオブジェクトの割合が3σを超えています
近日点距離が類似しているケンタウルスとは異なります。重要なことに、低近日点のKBOは、木星のトロヤ群と同様の色の分岐を示し、わずかに赤い色で、トロヤ群の内部であるヒルダスも二分されているが、わずかに青い色のセットであることに注目します。
さらに重要なことに、ニースモデルによれば、内部円盤に共通の源を持つ木星トロヤ群と散乱円盤天体をリンクすることにより、ニースモデルの観測的証拠を見つけました。低い-
qKBOは、散乱円盤と木星トロヤ群のよりニュートラルな色を共有していますが、カイパーベルトのより安定した部分から供給されるケンタウロスとは異なり、散乱円盤には明確なソースがあります。また、これらの色は、近日点KBO色のケンタウルスやトロヤ群の低近日点の個体群の加熱から生じたものではないことも示しています。
qKBOには加熱履歴があり、図2に示すような色の大幅な違いはありません。代わりに、ケンタウルスと低qKBOは、2つの集団が異なるカイパーベルトの祖先を持つことによってもっともらしく説明されます。低い-
qKBOは、ケンタウルスよりも散在する円盤と高い傾斜集団からより頻繁に供給されます。我々の結果は、発生源の個体数の差が、低濃度の赤色物体の明確な比率の説明として、加熱よりも好ましいことを示している。
qKBOとケンタウルス。カイパーベルトのシミュレーションモデルとその色に関する私たちの知識の両方をさらに改善することで、ケンタウルスと低気圧の違いの起源の問題を完全に解決するのに役立つはずです。
qKBOカラー。
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