하우메아족
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1. 개요
하우메아족은 왜행성 하우메아를 포함하는 천체 집단으로, 궤도 요소가 유사하고 중성 색지수와 적외선에서 얼음 흡수선을 보이는 특징을 공유한다. 하우메아족 구성원들은 하우메아로부터 150 m/s 이하의 속도로 떨어져 나온 것으로 추정되며, 궤도 공명 현상을 보인다. 하우메아족의 형성 기원은 충돌 및 조석 가속을 포함한 여러 가설이 제기되었으며, 태양계 형성 초기에 형성되었을 것으로 추정된다.
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하우메아족 | |
---|---|
명칭 | |
영어 | Haumea family |
하우메아 | 하우메아족 |
개요 | |
유형 | 해왕성 바깥 천체 충돌 족 |
주요 구성원 | 하우메아 |
기타 구성원 | (55636) 2002 TX300 (145453) 2005 RR43 (120178) 2003 OP32 |
발견 | 2007년 |
발견자 | 마이클 E. 브라운, Kristina M. Barkume, Darin Ragozzine, Emily L. Schaller |
특징 | 높은 반사율, 유사한 궤도 요소, 중성 가시 스펙트럼 |
구성원 특징 | |
궤도 공명 | 하우메아와 12:7 궤도 공명 |
표면 특징 | 높은 얼음 함량 중성 가시 스펙트럼 |
기원 | 하우메아와 거대 충돌 후 형성된 파편 |
2. 특성
왜행성 하우메아는 하우메아족에서 가장 큰 천체이며, 하우메아족 모천체의 중심부이다. 하우메아족 천체들은 궤도 요소 분산이 몇 퍼센트 이내(긴반지름 5%, 궤도 경사 1.4°, 궤도 이심률 0.08)로 매우 작다.[30]
이 천체들은 공통적으로 색지수가 중성이고 적외선에서 얼음의 특징인 1.5 ~ 2.0 μm 대역의 흡수선이 나타난다.[31][32] 절대 등급이 큰 천체들은 반사율이 일반적인 TNO와 비슷하다면 지름 400 ~ 700 km로 왜행성 후보에 들어갈 수 있지만, 얼음 함량이 많아 반사율이 높을 것으로 추정되어 실제 지름은 더 작을 것이다.
2. 1. 구성원
하우메아족은 하우메아를 중심으로, 하우메아의 위성들과 여러 카이퍼 대 천체들로 구성된다. 이 천체들은 모두 하우메아에서 150 m/s 이하의 속도로 떨어져 나온 것으로 추정된다.[33]하우메아족 천체들의 궤도 요소 분산은 매우 작아서, 긴반지름은 5%, 궤도 경사는 1.4°, 궤도 이심률은 0.08 이내이다.[30] 또한, 이들은 공통적으로 중성 색지수를 띠고, 적외선에서 얼음의 특징인 1.5 ~ 2.0 μm 대역의 흡수선이 나타난다.[31][32]
절대 등급이 큰 천체들은 반사율이 일반적인 TNO와 비슷하다면 지름 400 ~ 700 km로 왜행성 후보에 들어갈 수 있지만, 얼음 함량이 많아 반사율이 높을 것으로 추정되어 실제 지름은 더 작을 것이다.
천체 | (H) | 지름 (알베도=0.7) | V–R |
---|---|---|---|
하우메아 | 0.2 | 1,460 km | 0.33 |
2002 TX300 | 3.4 | 332 km | 0.36 |
2003 OP32 | 3.9 | 276 km | 0.39 |
2005 RR43 | 4.1 | 252 km | 0.41 |
2009 YE7 | 4.5 | 200 km | |
1995 SM55 | 4.6 | 191 km | 0.39 |
2005 CB79 | 4.7 | 182 km | 0.37 |
1996 TO66 | 4.8 | 174 km | 0.39 |
이름 | 평균 이심률 M° | 에포크 | 근점 인자 ω° | 승교점 경도 Ω° | 궤도 경사 i° | 궤도 이심률 e | 긴반지름 a (AU) | 절대 등급 H | 알베도 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
136108 하우메아 | 217.772 | 2459000.5 | 238.779 | 122.163 | 28.214 | 0.195 | 43.182 | 0.2 | |
1996 TO66 | 139.355 | 2459000.5 | 242.001 | 355.158 | 27.381 | 0.120 | 43.345 | 4.8 | |
1995 SM55 | 334.598 | 2459000.5 | 70.848 | 21.016 | 27.042 | 0.101 | 41.658 | 4.6 | |
2002 TX300 | 77.718 | 2459000.5 | 340.338 | 324.409 | 25.832 | 0.126 | 43.270 | 3.4 | |
1999 OY3 | 64.735 | 2459000.5 | 306.961 | 301.717 | 24.154 | 0.173 | 44.158 | 6.8 | |
2003 OP32 | 72.355 | 2459000.5 | 71.889 | 182.016 | 27.135 | 0.109 | 43.496 | 4.0 | |
2005 RR43 | 50.329 | 2459000.5 | 278.004 | 85.792 | 28.574 | 0.139 | 43.112 | 4.0 | |
2005 UQ513[8] | 228.669 | 2459000.5 | 222.480 | 307.532 | 25.699 | 0.145 | 43.329 | 3.6 | |
2005 CB79 | 322.348 | 2459000.5 | 92.975 | 112.936 | 28.692 | 0.142 | 43.212 | 4.6 | |
2008 AP129 | 53.949 | 2459000.5 | 56.289 | 14.875 | 27.419 | 0.136 | 41.546 | 4.7 | |
2009 YE7 | 183.830 | 2459000.5 | 101.182 | 141.381 | 29.114 | 0.147 | 44.203 | 4.3 | |
2003 UZ117 | 344.334 | 2459000.5 | 246.134 | 204.629 | 27.429 | 0.129 | 44.031 | 5.1 | |
2010 VK201 | 171.302 | 2459000.5 | 89.649 | 156.308 | 28.839 | 0.116 | 43.091 | 5.0 | |
2014 HZ199 | 66.295 | 2459000.5 | 85.268 | 57.101 | 27.835 | 0.154 | 43.249 | 5.0 | |
2003 SQ317 | 11.059 | 2459000.5 | 191.080 | 176.268 | 28.537 | 0.082 | 42.736 | 6.6 | |
2015 AJ281 | 284.578 | 2459000.5 | 8.239 | 256.130 | 26.805 | 0.130 | 43.199 | 5.0 | |
2014 LO28 | 313.026 | 2459000.5 | 104.587 | 287.074 | 25.535 | 0.121 | 43.219 | 5.3 | |
2014 QW441 | 1.117 | 2459000.5 | 202.336 | 162.681 | 28.761 | 0.106 | 44.449 | 5.2 |
2. 2. 궤도
하우메아족 천체들의 궤도는 긴반지름, 궤도 경사, 궤도 이심률 등에서 매우 비슷한 값을 가진다. 이들의 궤도는 해왕성과의 궤도 공명 현상을 보이며, 이는 하우메아족의 형성과 진화에 중요한 영향을 미쳤을 것으로 추정된다.이름 | 평균 근점 이각 (M°) | 진근점 이각 (ω°) | 승교점 경도 (Ω°) | 궤도 경사 (i°) | 궤도 이심률 (e) | 궤도 긴반지름 (AU) | 절대등급 (H) | 반사율 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
136108 하우메아 | 217.772 | 238.779 | 122.163 | 28.214 | 0.195 | 43.182 | 0.2 | 0.66 |
139.355 | 242.001 | 355.158 | 27.381 | 0.120 | 43.345 | 4.8 | 0.70 | |
334.598 | 70.848 | 21.016 | 27.042 | 0.101 | 41.658 | 4.6 | >0.07 | |
77.718 | 340.338 | 324.409 | 25.832 | 0.126 | 43.270 | 3.4 | 0.88 | |
64.735 | 306.961 | 301.717 | 24.154 | 0.173 | 44.158 | 6.8 | 0.70 | |
72.355 | 71.889 | 182.016 | 27.135 | 0.109 | 43.496 | 4.0 | 0.70 | |
50.329 | 278.004 | 85.792 | 28.574 | 0.139 | 43.112 | 4.0 | 0.703 | |
[8] | 228.669 | 222.480 | 307.532 | 25.699 | 0.145 | 43.329 | 3.6 | 0.31 |
322.348 | 92.975 | 112.936 | 28.692 | 0.142 | 43.212 | 4.6 | 0.70 | |
53.949 | 56.289 | 14.875 | 27.419 | 0.136 | 41.546 | 4.7 | ||
183.830 | 101.182 | 141.381 | 29.114 | 0.147 | 44.203 | 4.3 | 0.70 | |
344.334 | 246.134 | 204.629 | 27.429 | 0.129 | 44.031 | 5.1 | ||
171.302 | 89.649 | 156.308 | 28.839 | 0.116 | 43.091 | 5.0 | ||
66.295 | 85.268 | 57.101 | 27.835 | 0.154 | 43.249 | 5.0 | ||
11.059 | 191.080 | 176.268 | 28.537 | 0.082 | 42.736 | 6.6 | 0.05–0.5 | |
284.578 | 8.239 | 256.130 | 26.805 | 0.130 | 43.199 | 5.0 | ||
313.026 | 104.587 | 287.074 | 25.535 | 0.121 | 43.219 | 5.3 | ||
1.117 | 202.336 | 162.681 | 28.761 | 0.106 | 44.449 | 5.2 |
특히 하우메아는 해왕성과 7:12 궤도 공명을 일으키며, 이로 인해 궤도 이심률이 변화했을 가능성이 있다.[1] 하우메아족은 여러 공명(3:5, 4:7, 7:12, 10:17 및 11:19 평균 운동 공명 포함)이 상호 작용하여 그 충돌족의 궤도 확산을 초래하는 카이퍼 벨트의 영역을 차지한다.[10] 현재 하우메아 자체가 차지하고 있는 간헐적 7:12 공명 외에도, 가족의 다른 구성원들은 다른 공명 중 일부를 차지하고 있으며, 공명 호핑(한 공명에서 다른 공명으로 전환)은 수억 년의 시간 척도로 가능하다. 하우메아족 구성원 중 가장 먼저 발견된 은 현재 간헐적인 11:19 공명에 있다.[11]
2. 3. 물리적 특성
하우메아족 천체들은 공통적으로 색지수가 중성이고 적외선에서 얼음의 특징인 1.5 ~ 2.0 μm 대역의 흡수선이 나타난다는 공통점이 있다.[31][32][20][21]천체 | 절대 등급(H) | 지름 (알베도=0.7) | V–R[2] |
---|---|---|---|
하우메아 | 0.2 | 1460km | 0.33 |
2002 TX300]]||3.4||332km||0.36 | |||
2003 OP32]]||3.9||276km||0.39 | |||
2005 RR43]]||4.1||252km||0.41 | |||
2009 YE7]]||4.5||200km|| | |||
1995 SM55]]||4.6||191km||0.39 | |||
2005 CB79]]||4.7||182km||0.37 | |||
1996 TO66]]||4.8||174km||0.39 |
하우메아족은 태양계 형성 초기에 발생한 대규모 충돌의 결과로 생성된 것으로 추정된다. 충돌 이전의 모천체는 지름 약 1660km, 밀도 약 2.0g/cm³으로, 명왕성이나 에리스와 유사했을 것으로 보인다. 이 충돌로 인해 모천체는 질량의 약 20%를 잃었고, 밀도는 증가했다.[27]
3. 형성 및 진화
하우메아족은 소행성족이 형성되었다는 점에서 산란원반에서 온 것으로 추정된다. 현재 카이퍼 대의 듬성듬성한 소행성체 분포로는 태양계 나이 정도의 기간에 충돌이 일어날 가능성은 0.1% 미만이다. 만약 태양계 형성 초기 소행성체 밀도가 높은 카이퍼 대에서 형성되었다면 해왕성이 형성될 때 중력 교란으로 전부 흩어졌을 것이라고 추정되기 때문이다. 시뮬레이션에 따르면 태양계에서 이러한 소행성족이 형성될 가능성은 약 50%이기 때문에, 하우메아족이 매우 특별한 경우일 수도 있다.[34]
3. 1. 형성 과정에 대한 가설
하우메아족의 형성 과정에 대한 가설로는 초기에는 하우메아의 이심률 변화를 고려한 모델이 제시되었으나, 이후 두 번의 충돌을 가정한 모델이 더 설득력 있는 것으로 받아들여지고 있다. 하우메아족 천체들의 궤도는 형성 시의 충돌만으로는 설명할 수 없는데, 이는 하우메아의 궤도 요소 분산을 설명하려면 약 400 m/s 정도의 속도 분산이 필요하지만, 이 경우 파편이 더 멀리 퍼졌을 것이기 때문이다. 다른 천체들은 속도 분산이 140 m/s 정도만 필요하다. 이 문제를 해결하기 위해 브라운 등은 하우메아가 해왕성과 7:12 궤도 공명을 일으켜 이심률이 증가했을 수 있다고 주장했다.[27]
더 복잡한 형성 과정을 가정한 두 번째 이론에 따르면, 충돌 시 방출된 물질들이 하우메아 옆에 대형 위성을 형성해 조석 가속으로 거리가 멀어진 후, 두 번째 충돌이 일어나 파편이 다시 흩뿌려졌다고 한다.[33] 이 이론에서 필요한 속도 분산은 약 190 m/s로 실제 값인 140 m/s와 가깝고, 하우메아의 탈출 속도인 900 m/s보다 현저히 낮다는 문제도 피할 수 있다.[33]
3. 2. 기원
하우메아족은 산란원반에서 기원했을 가능성이 제기된다. 현재 카이퍼 대의 밀도가 낮기 때문에, 태양계 초기 밀도가 높았던 카이퍼 대에서 형성되었다면 해왕성의 중력 섭동으로 흩어졌을 것이라는 추정에 기반한다.[34][13]
하우메아족을 형성한 모천체는 지름 1660 km, 밀도 2.0 g/cm3로 명왕성이나 에리스와 비슷했을 것이라고 추정된다. 충돌로 인해 하우메아족 천체들은 질량의 20%에 해당하는 얼음 일부를 잃었고, 밀도가 증가했다.[27][1]
하우메아족 천체들의 궤도는 형성 시의 충돌만으로는 설명할 수 없다. 하우메아의 궤도 요소 분산을 설명하려면 약 400 m/s 정도의 속도 분산이 필요하지만, 만약 그렇다면 파편은 더 멀리 퍼졌을 것이다. 이 문제는 하우메아에서만 나타나며, 다른 천체들은 속도 분산이 140 m/s 정도만 필요하다. 이 문제에 대해 브라운 등은 하우메아의 이심률이 충돌 이후에 변했다고 주장했다. 하우메아족 천체 중 하우메아만 궤도가 해왕성과 7:12 궤도 공명이 일어나는데, 이로 인해 이심률이 증가했을 수 있다.[27][17]
이 문제에 대한 두 번째 이론은 형성 과정이 좀 더 복잡했다고 추정한다. 충돌 시 방출된 물질들이 하우메아 옆에 대형 위성을 형성해 조석 가속을 통해 하우메아와의 거리가 멀어진 다음, 두 번째 충돌이 일어나 파편을 다시 흩뿌렸다는 이론으로,[33][12] 이 이론에서 필요한 속도 분산은 약 190 m/s로 실제 값인 140 m/s와 가까우며, 이 속도가 하우메아의 탈출 속도인 900 m/s보다 현저히 낮다는 문제도 피해갈 수 있다.[33][12]
소행성이 분해되어 하우메아족처럼 분산되려면 몇십억 년이 소요되기 때문에, 하우메아족은 태양계 형성 초기에 형성되었을 것으로 추정된다.[35][14]
3. 3. 연대 추정의 어려움
하우메아족 천체의 형성 연대를 추정하기는 어렵다. 소행성이 분해되어 하우메아족처럼 분산되려면 몇십억 년이 소요되기 때문에, 하우메아족은 태양계 형성 초기에 형성되었을 것으로 추정된다.[35] 그러나 이는 라비노비츠 등이 하우메아족 천체가 특별하게 밝다는 사실에서 표면이 약 1억 년 전쯤에 얼음으로 덮인 적이 있었을 것이라는 추정과 정면으로 상충된다.[36] 몇십억 년 정도의 규모에서는 태양으로부터의 에너지가 얼음을 거의 모두 승화시켜 표면이 어두워져야 하지만, 실제로는 밝게 관측되기 때문이다. 현재까지 이에 대해 타당성 있는 가설은 제기되지 않았다.[36]
하지만 하우메아의 가시광 및 적외선 분광 결과, 하우메아의 표면은 비정질 얼음과 결정질 얼음이 1:1로 섞여 있으며 유기물은 8% 이하로 측정되었다.[37] 얼음의 함량이 많다는 것은 충돌이 1억 년 이상 전에 일어났음을 가리키며, 이 천체들의 표면이 젊다는 가정이 거짓임을 뜻한다.[37]
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