Publicação: Dynamical evolution, transport and detection of minor bodies in the Solar System
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Data
Autores
Orientador
Othon Cabo Winter 
Coorientador
Paolo Tanga
Pós-graduação
Física - FEG 33004080051P4
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (inglês)
The Near-Earth Objects (NEOs) population is sustained by bodies coming from the main asteroid belt and outer regions of the Solar System. In this study, we revisit the dynamic evolution of the known NEO population using a sample of 985 large objects with diameters > 1km. N-body gravitational simulations for 100 million years track their transferences between regions, revealing their most common routes and fates. Objects transferred to orbits very close to the Sun are eliminated due to the thermal disruption effect, which is the most efficient NEO removal mechanism affecting 70% of the objects. Over half of the bodies are transferred to the Jupiter Family Comets (JFC) region, and an even larger percentage exits the Solar System through it. Frequent exchanges occur between NEO and Main Asteroid Belt (MAB) regions, with nearly 30% of the studied sample moving to MAB, but less than 1% remaining in it. Approximately 14% of the studied NEOs survive or collide with one of the terrestrial planets, while 10% can reach the Centaurs (CEN) region and remain inside of it for a significant time. Regarding the NEOs’ inclination, observations reveal significant deviations from near-planar orbits. To address this, we study their evolution and the impact of the orbital inclination in the NEOs’ lifetimes. We find that NEOs’ environment encourages an increase in orbital inclination, favouring long-lived NEOs with an intermediate orbital inclination of approximately 20◦ to 60◦. Additionally, we focus on the study of the objects that collided with the planets and find that the NEOs with intermediate orbital inclinations represent a constant risk of collisions for their regular number of impacts with the Earth and Venus, leading to a frequency of one impact of a km-size object each ∼0.22Myrs and ∼0.13Myrs, respectively. Furthermore, approximately 2.5% of the studied NEO population eventually became Vatiras (objects between Mercury and Venus), which indicates that a population of inner-Venus km-sized objects should exist and they might represent a significant risk of collisions with our planet. Turning attention to the binary asteroids, studies of such objects provide valuable insights into the collisional and dynamical evolution of minor planets. Therefore, we perform a dedicated period detection method based on astrometry using the Gaia DR3 data set, where we aim to reduce observational bias and discover new binary systems. A series of filterings and validations yielded a list of 67 binary candidates, awaiting confirmation through other observation techniques. These findings can contribute to a comprehensive understanding of minor body dynamics and physical properties, with implications for different topics in Solar System evolution studies.
Resumo (português)
A população de Objetos Próximos à Terra (NEOs) é sustentada por corpos provenientes do cinturão principal de asteróides e de regiões externas do Sistema Solar. Neste estudo, revisitamos a evolução dinâmica da população conhecida de NEO usando uma amostra de 985 objetos grandes com diâmetros > 1km. Simulações gravitacionais de N corpos durante 100 milhões de anos rastreiam suas transferências entre regiões, revelando suas rotas e destinos mais comuns. Objetos transferidos para órbitas muito próximas do Sol são eliminados devido ao efeito de ruptura térmica, que é o mecanismo de remoção de NEO mais eficiente, afetando 70% dos objetos. Mais de metade dos corpos são transferidos para a região dos Cometas da Família de Júpiter (JFC), e uma percentagem ainda maior sai do Sistema Solar através dela. Trocas frequentes ocorrem entre as regiões NEO e do Cinturão Principal de Asteroides (MAB), com quase 30% da amostra estudada movendo-se para a região MAB, mas menos de 1% permanecendo nela. Aproximadamente 14% dos NEOs estudados sobrevivem ou colidem com um dos planetas terrestres, enquanto 10% podem alcançar a região dos Centauros (CEN) e permanecer dentro dela por um tempo significativo. Em relação à inclinação dos NEOs, as observações revelam desvios significativos das órbitas quase planares. Para entender isso, estudamos a sua evolução e o impacto da inclinação orbital na vida dos NEOs. Descobrimos que o ambiente dos NEOs incentiva um aumento na inclinação orbital, favorecendo uma vida longa aos NEOs com inclinação orbital intermediária de aproximadamente 20◦ a 60◦ . Adicionalmente, nos concentramos no estudo dos objetos que colidiram com os planetas e descobrimos que os NEOs com inclinações orbitais intermediárias representam um risco constante de colisões pelo seu número regular de impactos com a Terra e Vênus, levando a uma frequência de um impacto de um objeto de tamanho km cada ∼0.22Myrs e ∼0.13Myrs, respectivamente. Além disso, aproximadamente 2.5% da população NEO estudada eventualmente se tornou Vatira (objetos entre Mercúrio e Vênus), o que indica que deveria existir uma população de objetos do tamanho de quilômetros interior a Vênus e que poderiam representar um risco significativo de colisões com nosso planeta. Voltando a atenção para os asteróides binários, os estudos de tais objetos fornecem informações valiosas sobre a evolução colisional e dinâmica de corpos menores. Portanto, realizamos um método de detecção de período baseado em astrometria usando o conjunto de dados Gaia DR3, onde pretendemos reduzir o viés observacional e descobrir novos sistemas binários. Uma série de filtragens e validações rendeu uma lista de 67 candidatos binários, aguardando confirmação por meio de outras técnicas de observação. Estas descobertas podem contribuir para uma compreensão mais abrangente da dinâmica e das propriedades físicas dos corpos pequenos, com implicações para diferentes tópicos nos estudos de evolução do Sistema Solar.
Descrição
Palavras-chave
NEOs, Dynamical evolution, Numerical simulations, Minor bodies, Gaia mission, Binary asteroids, Astrometry, Astrometria, Asteróides, Sistema solar
Idioma
Inglês
Como citar
Mendes, L. L. Dynamical evolution, transport and detection of minor bodies in the Solar System [PhD thesis]. Universidade Estadual Paulista, 2023.
