Research Abstract


Early formation of moons around large trans-Neptunian objects via giant impacts

2019年6月24日 Nature Astronomy 3 : 6 doi: 10.1038/s41550-019-0797-9


最近の研究からは、すべての大きな(直径1,000 km以上の)太陽系外縁天体(TNO)が衛星系を形成していることが明らかになっている。冥王星の最大の衛星であるカロンは、巨大衝突によって直接形成された衝突天体の破片が当初のまま残ったものであると考えられているが、巨大衝突によって、主星に対する伴星の質量比(天体とその主要な衛星の比)や自転/公転周期を、すべての大きなTNOの間で説明できるかどうかはまだわかっていない。本論文では、巨大衝突の流体力学的なシミュレーションにより、衝突速度が脱出速度とほぼ同じであるとき、大きなTNOの衛星系の主星に対する伴星の質量比を再現できることを示す。また、衛星系の自転/公転周期の現在の分布と小さな離心率は、最初は流体様の天体として、そして最終的には剛体としてそれらの自転と公転が潮汐的に進化したとき、もっとも容易に説明されることも明らかにする。流体様の振る舞いが持続するする望ましい期間はおよそ104から106年であり、これは主星に対する伴星の質量比と初期の軌道要素に依存する。これらの結果からは、大きなTNOのすべての衛星が、海王星が外側へ移動する以前の巨大衝突によって形成されたこと、そしてそれらが巨大衝突の時代に完全にあるいは部分的に融解したことが示唆される。

Sota Arakawa, Ryuki Hyodo and Hidenori Genda

Corresponding Author


東京工業大学 地球惑星科学専攻

Recent studies1,2 have revealed that all large (over 1,000 km in diameter) trans-Neptunian objects (TNOs) form satellite systems. Although the largest Plutonian satellite, Charon, is thought to be an intact fragment of an impactor directly formed via a giant impact3, whether giant impacts can explain the variations in secondary-to-primary mass ratios (the ratio between the body and its main satellite) and spin/orbital periods among all large TNOs remains to be determined. Here we find that hydrodynamic simulations of giant impacts can reproduce the secondary-to-primary mass ratio of the satellite systems of large TNOs when the impact velocity is approximately the same as the escape velocity. We also reveal that the satellite systems’ current distribution of spin/orbital periods and small eccentricity can be most easily explained when their spins and orbits tidally evolve, initially as fluid-like bodies and finally as rigid bodies. The preferred duration of fluid-like behaviour is approximately 104−106 yr, and it depends on the secondary-to-primary mass ratio and the initial orbital elements. These results suggest that all satellites of large TNOs were formed via giant impacts before the outward migration of Neptune4 and that they were fully or partially molten during the giant impact era.