N-Body simulation of ring structures of centaur Chariklo

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K14378
• Research Institution: Kyoto Women's University
• Principal Investigator: 道越 秀吾 京都女子大学, 宗教・文化研究所, 講師 (60572229)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 太陽系 / 小惑星 / リング / 数値シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

2014年に、土星と天王星の間の軌道を周回するケンタウロス族カリクロの周囲に、内側と外側に２つに隔てられた二重のリング構造の存在が確認されました。これは、惑星以外で確認された初めてのリング構造です。本研究の目的は、大規模数値シミュレーションを用いて、小惑星リングの詳細な構造や形成過程、そしてリングが維持されるメカニズムを解明することです。
本研究ではこの二重リングの大規模N体シミュレーションを行いました。その結果、土星の環に存在する自己重力ウェイク構造と同等の動的な微細構造が生じることが分かりました。先行研究ではシミュレーションが行われていなかったため、このような構造の存在は知られていませんでした。この構造が存在する場合、リングの拡散が飛躍的に早まると考えられます。リング拡散が進行すると、粒子空間密度が大幅に低下します。その拡散が進行する時間を見積もると、先行研究における推定されたリング年齢に比べて著しく早いことが分かりました。
しかしながら、観測的に得られる密度構造からは、実際に顕著な拡散が生じてません。そのため、拡散を抑える機構が存在していると推測されます。また、このリングは二重構造であり、空隙で隔てられています。空隙は粘性拡散によって消失するはずであり、二重リングが維持されるメカニズムが働いていることが想定されます。これらの点に関して、未発見の衛星が存在し、リング拡散が抑えられている可能性を理論的に議論しました。そこで、次に、環と衛星の相互作用のシミュレーションを行い、環と衛星が同時に存在する場合の環の進化と構造について調べました。
将来の観測において、カリクロのリング構造や未発見の衛星に関する新たな知見を得ることが期待されます。これらの知見と本研究のシミュレーション結果をあわせれば、太陽系の小惑星リングの理解への一助となるでしょう。