Объекты Кайперского пояса (КБО) являются ледяными членами планетарной популяции обитателей нашей Солнечной системы за пределами Нептуна. На сегодняшний день эти тела, как представляется, в основном делятся на два класса плотности: небольшие КБО имеют низкую плотность (ρ 1 гсм-3), что позволяет предположить, что эти объекты в основном состоят из льда
Наиболее крупные измеренные объекты имеют плотность ρ 2 гсм-3 с наибольшей наблюдаемой плотностью - ρ ∼ 2,6 гсм-3 , что предполагает более высокое содержание породы, но все же умеренную долю льда в теле. Эти два класса плотности предполагают различные пути формирования, что приводит к высокой плотности для самых крупных объектов и низкой плотности для небольших объектов.
НАБЛЮДЕНИЯ И АНАЛИЗ
Сокращение данных
Снимки HST были сделаны в семь отдельных эпох, эпоха открытия в цикле 14 (HST GO программа 10545), 15 (HST GO программа 10860) и 16 (HST GO программа 11169). Цикл 14 наблюдений состоял из двух экспозиций продолжительностью 300 с использованием усовершенствованной камеры для съемки (ACS) в оптическом широкополосном фильтре F606w. Цикл 15 наблюдений состоял из восьми экспозиций в течение 400 с с с с использованием WFPC2 в широкополосном фильтре F606w. Для цикла 16 экспозиций в каждую эпоху было сделано четыре снимка, по два в каждом из фильтров F606w и F814w, с экспозициями 400 и 500WFPC2 , соответственно, все это позволило визуально идентифицировать и удалить космические лучи. Для анализа были использованы стандартные уменьшенные изображения, полученные с помощью трубопровода для редуцирования HST.
Подгонка и вычитание функции распределения точек (PSF) были использованы для выявления Weywot на изображении Куаоара и получения точной относительной астрометрии бинарных элементов. Крошечные Tim PSFs были связаны с переменным двухмерным гауссовым ядром для учета эффектов размывания изображения, таких как диффузия заряда и дрожание телескопа, и подходят к данным на основе каждого изображения. Хотя вычитание PSF позволило удалить крылья изображения Куаоара, область пикселей ядра ∼6 была удалена неправильно; остатки вычитания были слишком высоки по амплитуде, чтобы обнаружить слабый спутник, если он попал в эту область.
Вейвот был визуально идентифицирован по его общей позиции по отношению к Куаоару во всех изображениях общей эпохи. Вейвот был найден в ходе наблюдений цикла15 , а также в ходе трех из пяти эпох цикла, охватывавших 16 наблюдений. В каждую эпоху движения Вейвота относительно Куаоара не наблюдалось. Мы приводим средние позиции в каждую эпоху с погрешностями, взятыми как рассеяние в измеренном положении Вейвота на снимках общей эпохи.
На основе фотометрии, полученной с помощью PSF, Quaoar имеет среднюю магнитуду F606w и цвет F606w-F814w 18,96 ± 0,01 и 0,94 ± 0,02 в летной системе WFPC2. Наблюдалось изменение яркости Куаоара на 0,17 магнита в соответствии с пиковой амплитудой кривой блеска, наблюдаемой Ortiz. Существенных изменений в цвете не наблюдалось. Судя по снимкам, полученным с помощью системыACS, видимая фракционная яркость Вейвота по сравнению с Куаоаром составила 0,6% .
Из снимков WFPC2 видно, что Weywot был примерно на 5 магнитов слабее, чем Quaoar, согласно данным ACS. Это подразумевает соотношение размеров примерно 12:1 и массовое соотношение ∼2000:1 при условии равенства альбедо и плотности. Из-за его слабости и близости к Куаоару фотометрия Weywot удовлетворительного качества не была возможна по данным наблюдений WFPC2.
ДИСКУССИЯ
Необычно высокая плотность Куаоара означает, что в этом КБО мало льда. Тонкий шпон поверхностного льда необходим для того, чтобы Куаоар обладал свойствами поглощения, характерными для воды, метана и этанового льда. Но этот лед не может быть существенным компонентом массы тела.
Высокая плотность Куаоара напоминает пояс астероидов. Возможно, что на ранних стадиях развития Солнечной системы во время некоторых динамических явлений, таких как миграция Юпитера, астероиды оказались в районе пояса Кайпера в результате ряда рассеянных событий. Действительно, было показано, что миграция может привести к замещению КОО в районе стабильного астероидного пояса.
Таким образом, представляется возможным, что обратный процесс мог произойти, что Куаоар мог когда-то быть астероидом, потерявшим большую часть своего ледового содержания из-за быстрой сублимации от солнечной инсоляции, или никогда не имел значительного содержания льда, и был рассеян на своей текущей орбите.
Возможно также, что высокая плотность Куаоара является результатом коллизионного производства. Маленькие спутники крупнейших КБО, которые предположительно образовались в результате массивных столкновений, оказываются ледяными что согласуется с идеей выброса материала из плоскостных, крупнозернистых и дифференцированных родительских тел.
Предположительно, результирующая плотность оставшегося тела зависит от ударных свойств (угла удара, скорости и т.д.). Учитывая отсутствие понимания крупномасштабных столкновений, при определенном сценарии столкновения может случиться так, что при определенном сценарии столкновения полоса поверхностного слоя материнского тела может составить почти 100%, оставляя каменистый стержень, которым является Куаоар, практически нетронутым.
Орбиту Вейвота трудно объяснить коллизионным генезисом. Ejecta образуют диски, с которых спутник может объединиться. Спутник затем аккуратно развивается наружу на круговой орбите, а не на эллиптической орбите Вейвота.
Орбита Вейвота, однако, может быть объяснена существованием когда-то другого спутника такой же массы о Куаоаре. Динамические взаимодействия могут позволить этим двум спутникам рассеяться друг от друга, разместив Weywot на его эксцентричной орбите и удалив второй спутник из системы. Действительно, оценка порядка величины подразумевает, что шкала времени циркуляции орбиты Вейвота приблизительно соответствует возрасту Солнечной системы, что означает, что, если она не будет нарушена, когда Вейвот окажется на эксцентричной орбите, она останется такой же. Учитывая существование других бинарных файлов, образованных коллизионно, этот механизм формирования выглядит правдоподобным.
Другой механизм, который может объяснить свойства системы Куаоар-Вейвот, так называемое столкновение. При таком сценарии первоначально богатый льдом и дифференцированный Куаоар оказывает пастбищное воздействие на организм примерно в 2-3 раза сильнее.
В результате ледяная мантия Куаоара полностью разрушается и рассеивается, оставляя ее ядро связанным и относительно нетронутым. При таком столкновении преобладание взаимодействия трех тел между эжектами позволяет многим парам эжект связываться с взаимно эксцентричными орбитами. Такое столкновение могло бы объяснить необычайно высокую плотность Куаоара и эксцентричную орбиту Вейвота.
Этот сценарий требует, чтобы изначальный пояс Кайпера был значительно более массивным, чем настоящий, чтобы такое столкновение было вероятным. Если бы этот сценарий превалировал в раннем поясе Кайпера, можно было предположить, что большая часть небольших КВО - это ледянистые, менее минералы и низкая плотность выброшенных мантийных фрагментов крупных дифференцированных тел. Также мы должны найти несколько больших тел ∼1000 км с высокой плотностью ∼3 g cm-3, которые изначально были ядрами этих больших дифференцированных планетарных животных.
