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The primordial nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Davidsson, B. und Sierks, H. und Güttler, C. und Marzari, F. und Pajola, M. und Rickman, Hans und A'Hearn, M. F. und Auger, Anne-Therese und El-Maarry, M. R. und Fornasier, S. und Gutierrez, P.J. und Keller, H. U. und Massironi, Matteo und Snodgrass, C. und Vincent, J.B. und Barbieri, C. und Lamy, P. und Rodrigo, Rafael und Koschny, Detlef und Barucci, M. A. und Bertaux, J.-L. und Bertini, I. und Cremonese, G. und Da Deppo, V. und Debei, S. und Cecconi, B. und De Cecco, M. und Feller, Clement und Fulle, M. und Groussin, Olivier und Hviid, Stubbe und Höfner, S. und Ip, W-H. und Jorda, L und Knollenberg, J. und Kovacs, G. und Kramm, J. R. und Kührt, E. und Küppers, Michael und La Forgia, Fiorangela und Lara López, Luisa M. und Lazzarin, M. und Lopez Moreno, J. und Moissl-Fraund, R. und Mottola, S. und Naletto, G. und Oklay, N. und Thomas, N. und Tubiana, C. (2016) The primordial nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Astronomy & Astrophysics. EDP Sciences. doi: 10.1051/0004-6361/201526968. ISSN 0004-6361.

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Kurzfassung

Context. We investigate the formation and evolution of comet nuclei and other trans-Neptunian objects (TNOs) in the solar nebula and primordial disk prior to the giant planet orbit instability foreseen by the Nice model. Aims. Our goal is to determine whether most observed comet nuclei are primordial rubble-pile survivors that formed in the solar nebula and young primordial disk or collisional rubble piles formed later in the aftermath of catastrophic disruptions of larger parent bodies. We also propose a concurrent comet and TNO formation scenario that is consistent with observations. Methods. We used observations of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko by the ESA Rosetta spacecraft, particularly by the OSIRIS camera system, combined with data from the NASA Stardust sample-return mission to comet 81P/Wild 2 and from meteoritics; we also used existing observations from ground or from spacecraft of irregular satellites of the giant planets, Centaurs, and TNOs. We performed modeling of thermophysics, hydrostatics, orbit evolution, and collision physics. Results. We find that thermal processing due to short-lived radionuclides, combined with collisional processing during accretion in the primordial disk, creates a population of medium-sized bodies that are comparably dense, compacted, strong, heavily depleted in supervolatiles like CO and CO2; they contain little to no amorphous water ice, and have experienced extensive metasomatism and aqueous alteration due to liquid water. Irregular satellites Phoebe and Himalia are potential representatives of this population. Collisional rubble piles inherit these properties from their parents. Contrarily, comet nuclei have low density, high porosity, weak strength, are rich in supervolatiles, may contain amorphous water ice, and do not display convincing evidence of in situ metasomatism or aqueous alteration. We outline a comet formation scenario that starts in the solar nebula and ends in the primordial disk, that reproduces these observed properties, and additionally explains the presence of extensive layering on 67P/Churyumov-Gerasimenko (and on 9P/Tempel 1 observed by Deep Impact), its bi-lobed shape, the extremely slow growth of comet nuclei as evidenced by recent radiometric dating, and the low collision probability that allows primordial nuclei to survive the age of the solar system. Conclusions. We conclude that observed comet nuclei are primordial rubble piles, and not collisional rubble piles. We argue that TNOs formed as a result of streaming instabilities at sizes below ~400 km and that ~350 of these grew slowly in a low-mass primordial disk to the size of Triton, Pluto, and Eris, causing little viscous stirring during growth. We thus propose a dynamically cold primordial disk, which prevented medium-sized TNOs from breaking into collisional rubble piles and allowed the survival of primordial rubble-pile comets. We argue that comets formed by hierarchical agglomeration out of material that remained after TNO formation, and that this slow growth was a necessity to avoid thermal processing by short-lived radionuclides that would lead to loss of supervolatiles, and that allowed comet nuclei to incorporate ~3 Myr old material from the inner solar system.

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Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The primordial nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Davidsson, B.astronomiska observatoriet, uppsala, swedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sierks, H.max-planck-institut für sonnensystemforschung, katlenburg-lindau, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Güttler, C.max-planck-institut für sonnensystemforschungNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Marzari, F.università di padova, departimento di fisica, padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pajola, M.cisas - center for studies and activities for space, university of padovaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rickman, Hansuppsala astronomical observatoryNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
A'Hearn, M. F.university of maryland, department of astronomy, maryland, usaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Auger, Anne-Thereseaix marseille université, cnrs, laboratoire d’astrophysique de marseille, umr 7326, 38 rue frédéric joliot-curie, 13388 marseille, france.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
El-Maarry, M. R.physikalisches institut, sidlerstrasse 5, university of bern, ch-3012 bern, switzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fornasier, S.observatoire de paris-meudon, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gutierrez, P.J.iaa-csic, granada, spainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Keller, H. U.max-planck-institut für sonnensystemforschung, katlenburg-lindauNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Massironi, Matteoinaf, padova, iNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Snodgrass, C.max-planck-institut für sonnensystemforschung, göttingen, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vincent, J.B.max-planck-institut fuer sonnensystemforschung, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barbieri, C.university of padova, padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lamy, P.laboratoire d'astronomie spatiale, marseille, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rodrigo, Rafaelinstituto de astrofisica de andaluciaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koschny, Detlefestec, the netherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barucci, M. A.observatoire de paris, meudon, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bertaux, J.-L.laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales, cnrs/uvsq/upmc, 11 boulevard d’alembert, 78280 guyancourt, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bertini, I.dipartimento di astronomia, università di padova, padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cremonese, G.osservatorio astronomico, padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Da Deppo, V.consiglio nazionale delle ricerche-istituto nazionale per la fisica della materia, luxor, padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Debei, S.università di padova, center of studies and activities of space (cisas) "g.colombo", padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cecconi, B.lesia, cnrs-observatoire de paris, meudon, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
De Cecco, M.università di padova, center of studies and activities of space (cisas) "g.colombo", padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Feller, Clementlesia, observatoire de paris, cnrs, upmc univ paris 06, univ. paris-diderot, 5 place j. janssen, 92195 meudon pricipal cedex, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fulle, M.inaf – osservatorio astronomico di trieste, via tiepolo 11, 34143 trieste, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Groussin, Olivierlab. d'astrophysique de marseille, franceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hviid, Stubbestubbe.hviid (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Höfner, S.max-planck-institut für sonnensystemforschung, göttingen, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ip, W-H.institute for space science, national central university, chung li, taiwanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jorda, Llam, marseilleNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knollenberg, J.joerg.knollenberg (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kovacs, G.max–planck–institut für sonnensystemforschung, justus–von–NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kramm, J. R.max planck institute for solar systems research, katlenburg-lindau, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kührt, E.ekkehard.kuehrt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Küppers, Michaelmax-planck-institut für sonnensystemforschungNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
La Forgia, Fiorangelauniversity of padova, department of physics and astronomy, vicolo dell'osservatorio 3, 35122 padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lara López, Luisa M.iaa-csic granada, spainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lazzarin, M.department of astronomy, university of paduaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lopez Moreno, J.instituto de astrofifica de andalucia-consejo superior de investigaciones cientificas, granada, spainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Moissl-Fraund, R.Operations Department, European Space Astronomy Centre/ESA, PO Box 78, 28691 Villanueva de la Canada, Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mottola, S.stefano.mottola (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Naletto, G.università di padova, departimento di elettronica et informatica, padova, italyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oklay, N.max-planck-institut für sonnensystemforschungNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomas, N.max-planck-institut für aeronomie, katlenburg-lindauNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tubiana, C.max-planck-institut fuer sonnensystemforschung, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2016
Erschienen in:Astronomy & Astrophysics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1051/0004-6361/201526968
Verlag:EDP Sciences
ISSN:0004-6361
Status:veröffentlicht
Stichwörter:comets: individual: 67P/Churyumov-Gerasimenko / Kuiper belt: general / protoplanetary disks
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
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DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt ROSETTA Instrumente (alt), R - Projekt ROSETTA Lander (alt)
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Asteroiden und Kometen
Hinterlegt von: Schubert, Renate
Hinterlegt am:21 Dez 2016 08:12
Letzte Änderung:08 Mär 2018 18:23

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