Výzkumy v ASU AV ČR (52): Mění srážky tvar planetek?

Velká část prací zabývajících se vzájemnými kolizemi mezi planetkami studuje především ty kolize katastrofické. Očekává se, že tříštěním větších asteroidů vznikají tělesa menší, která se v meziplanetárním prostoru rozptýlí po velmi podobných trajektoriích. Předpokládá se, že takto kdysi vznikly tzv. rodiny planetek, tedy skupiny těles, jež jsou sice rozptýlena po celém hlavním pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem, ale popisné parametry jejich trajektorií jsou velmi blízké a i taxonomický typ obvykle svědčí o jejich příbuznosti.

Podkatastrofické kolize však nejsou popsány příliš dobře, jejich vliv je obvykle uvažován jen velmi hrubou úvahou. Přesto se dá očekávat, že tento jev bude mít svůj vliv. Některé přehlídky poukazují na to, že mladší planetky jsou spíše protažené, zatímco planetky starší jsou spíše kulatější. Pokud je toto pozorování reálné, žádá si vysvětlení. Tomáš Henych s Petrem Pravcem tedy v numerické simulaci studovali vývoj tvaru planetky jež podléhá mnoha podkatastrofickým kolizím.

Terčovou planetku ve své simulaci reprezentovali trojosým elipsoidem, který ostřelovali mnoha náhodně volenými projektily. Každý z těchto projektilů vytvořil na povrchu planetky kráter, jehož rozměr byl vypočten pomocí škálovacích zákonů, kalibrovaných laboratorními experimenty. Autoři předpokládali, že kolize byla natolik intenzivní (volili impaktní rychlost 5 km/s, což je očekávaná střední impaktní rychlost těles v hlavním pásu), že veškerý materiál kráteru získal větší než únikovou rychlost a byl tedy z planetky odstraněn. Uchovávat přesnou informaci o tvaru kráteru na povrchu by však bylo příliš komplikované a zřejmě by tato přesná znalost tvaru nepřinesla kvalitativně jiné výsledky. Místo toho autoři po každé srážce připodobnili planetku novým trojosým elipsoidem, jehož setrvačné vlastnosti jsou identické setrvačným vlastnostem planetky s kráterem. Planetka pak byla připravena na další kolizi.

Vzhledem k tomu, že velikosti projektilů byly voleny náhodně podle realistických rozdělovacích funkcí, přirozeně bylo jen otázkou času, než bude počítačem vybrán projektil, jehož impakt by měl katastrofické důsledky a planetku rozbil. Takové impakty autoři sice nebrali v úvahu při vyhodnocování vlivu srážek na tvar (katastrofický dopad se prostě “přeskočil”), ale informace o tom, že k takové srážce v simulaci došlo a v jakém čase, byla uchována. Typicky byla každá terčová planetka zasypána tisícovkou projektilů.

Z výsledků vyplývá, že kolize vedou k protaženějšímu tvaru planetky. Není to příliš překvapivé. Vždyť pokud je elipsoid ostřelován rovnoměrně ze všech stran, “odebírají” mu srážky ze všech stran stejnou vrstvu povrchového materiálu, což se relativně nejvíce projeví v nejkratší ose. Ze simulace vyplývá, že polovina původní hmotnosti se srážkami “ztratí” na časové škále bilionů až desítek bilionů let. Nicméně se ukazuje, že tak daleko se proces pravděpodobně nedostane.  Z kolizních modelů i z uchovaných údajů o přeskočené katastrofické srážce vyplývá, že planetky jsou na časové škále stovek milionů až miliard let rozbity při katastrofické srážce.

Efekt malých srážek na změnu tvaru planetky je tedy pravděpodobně nepříliš významný. Model T. Henycha v sobě přirozeně obsahuje několik neznámých parametrů (např. statistické zastoupení velikostí projektilů), které, pokud jsou nerealistické, ovlivňují výsledek celé analýzy. Je tedy zřejmé, že především lepší hodnoty těchto volných parametrů mohou výsledky modelu přiblížit realitě. Tyto hodnoty je třeba určit z pozorování.

Reference:
Henych, T., Pravec, P., Slowly increasing elongations of non-spherical asteroids caused by collisions, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 454 (2015) 1704-1710, preprint arXiv:1509.04013

Kontakt:
Mgr. Tomáš Henych, Ph.D., ftom@physics.muni.cz

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.