摘要
在飞掠冥王星-冥卫二双星并首次成像后，新视野号宇宙飞船访问了柯伊伯带天体(KBO) 2014 MU69(也称为(486958)Arrokoth)。成像显示MU69要成为以低旋转周期(15.92小时)旋转的接触双星，它由两个独立的叶瓣组成，由一个窄颈连接，并具有高倾角(约98度)。1，这些特性与通过光度观测推断出的其他KBO接触双星相似2．然而，到目前为止，所有的情况都表明了这种配置的起源3.，4，5未能重现这些性质以及它们在柯伊伯带可能频繁出现的情况。这里我们展示了半长期扰动6，7仅在接近其稳定极限的超宽KBO双星上运行，可以在任意高倾角但低转速下，稳健地导致温和、缓慢的双星并合，再现MU的特征69和其他类似的斜接触双星。使用N在天体模拟中，我们发现大约15%的超宽双星具有余弦均匀倾角分布5，9都可能通过这个过程合并。此外，我们发现这种合并足够温和，只会轻微地改变KBO的形状。半长接触二元形成通道不仅解释了MU的观测性质69，但也可能适用于其他柯伊伯带或小行星带双星，以及太阳系和太阳系外的卫星系统。
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2020年5月22日
参考文献
斯特恩，s.a.等。2014年MU新视野号探测的初步结果69，一个小柯伊伯带天体。科学364， eaaw9771(2019)。
柯伊伯带接触双星光曲线的变化(139775)2001 QG298．阿斯特朗。J．142， 90-98(2011)。
高德里奇，P. Lithwick, Y. & Sari, R.柯伊伯带双星的动态摩擦和三体相遇形成。自然420， 643-646(2002)。
理查德森，D. C.和沃尔什，K. J.双星小行星。为基础。地球行星。Sci．34， 47-81(2006)。
Perets, H. B. & Naoz, S. Kozai周期，潮汐摩擦，和双小行星的动态演化。12,54。j·列托人．699， 17-21(2009)。
Antonini, F. & Perets, H. B.大质量黑洞附近紧致双星的长期演化:引力波源和其他外来物质。12,54。J．757， 27-40(2012)。
Grishin, E. Perets, H. B. & Fragione, G.温和层次三重系统的准长期演化:GW源和热木星的分析和应用。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．481， 4907-4923(2018)。
Grishin, E.， Perets, H. B.， Zenati, Y. & Michaely, E.任意倾斜的分层体系统的广义山丘稳定性准则。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．466， 276-285(2017)。
Naoz, S, Perets, H. B. & Ragozzine, D.观测到的双小行星轨道性质。12,54。J．719， 1775-1783(2010)。
外天体引力扰动作用下行星人造卫星轨道的演化。星球。空间科学．9， 719-759(1962)。
高倾角和偏心率小行星的长期扰动。阿斯特朗。J．67， 591-598(1962)。
偏心Kozai-Lidov效应及其应用。为基础。启阿斯特朗。12,54．54， 441-489(2016)。
法布里基，D. &特里梅因，S.通过潮汐摩擦的Kozai周期缩小双星和行星轨道。12,54。J．669， 1298-1315(2007)。
波特，S. B. & Grundy, W. M. KCTF跨海王星双星的演化:将形成与观测联系起来。伊卡洛斯220， 947-957(2012)。
Veillet, C.等。双子星柯伊伯带天体1998 WW31。自然416， 711-713(2002)。
珀蒂，J. M.等。极端柯伊伯带双星2001 QW322．科学322， 432-434(2008)。
罗良，卡茨，B.，董胜。双平均不能描述Lidov-Kozai周期的长期演化和解析修正的推导。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．458， 3060-3074(2016)。
雷小山&刘顺富一个开源的多用途软件N碰撞动力学的body代码。阿斯特朗。12,54．537， a128(2012)。
Rein, H. & Spiegel, D. S. IAS15:重力动力学的快速、自适应、高阶积分器，精确到机器精度超过十亿轨道。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．446， 1424-1437(2015)。
麦金农，W. B.等。(486958) Arrokoth的太阳星云起源，它是柯伊伯带中的原始接触双星。科学367， eaay6620(2020)。
Thirouin, A. & Sheppard, s.s.光曲线和原始冷经典柯伊伯带物体的旋转性质。阿斯特朗。J．157， 228-247(2019)。
帕克，A. H. & Kavelaars, J. J.超宽跨海王星双星的碰撞演化。12,54。J．744， 139-152(2012)。
双星子及其在行星形成中的作用。12,54。j·列托人．727， 3(2011)。
Funato, Y.，牧野，J.， Hut, P.， Kokubo, E. &木下，D.通过交换反应形成柯伊伯带双星。自然427， 518-520(2004)。
恒星动力学中的二元演化。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．173， 729-787(1975)。
Grundy, W.等人。海王星双星的相互轨道方向。伊卡洛斯334， 62-78(2019)。
Schäfer, C.等。一个平滑的粒子流体动力学代码，以模拟固体之间的碰撞，自引力物体。阿斯特朗。12,54．590， a19(2016)。
高德里奇，P.， Lithwick, Y. & Sari, R.通过凝固形成行星:关注天王星和海王星。为基础。启阿斯特朗。12,54．42， 549-601(2004)。
Nesvorný， D.， Li, R.， Youdin, A. N.， Simon, J. B. & Grundy, W. M.跨海王星双星作为流不稳定性形成星子的证据。Nat。阿斯特朗．3.， 808-812(2019)。
冥王星-冥卫一的巨大撞击起源。科学307， 546-550(2005)。
穆雷，C. D.和德莫特，S. F。太阳系动力学(剑桥大学出版社，1999)。
刘波，Muñoz，赖德杰，赖德杰。近程力对三体系极端轨道演化的抑制。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．447， 747-764(2015)。
Grishin, E.， Lai, D. & Perets, H. B.混沌四重长期演化和在恒星倍数中不对齐的系外卫星和热木星的产生。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．474， 3547-3556(2018)。
屈里曼，S.， Touma, J. & Namouni, F.拉普拉斯曲面上的卫星动力学。阿斯特朗。J．137， 3706-3717(2009)。
Thirouin, A.， Noll, K. S.， Ortiz, J. L. & Morales, N.跨海王星带双星和非双星星系群的旋转特性。阿斯特朗。12,54．569， a3(2014)。
万德尔，o.j.， Schäfer, C. M. & Maindl . T. I.行星系统中多孔物体的碰撞碎片。在第一届希腊-奥地利太阳系外行星系统研讨会(编Maindl, T. I.， Varvoglis, H. & Dvorak, R.) 225-242(2017)。
Haghighipour, N.， Maindl, t.i, Schäfer, C. M. & Wandel, O. J.触发主带彗星的激活:孔隙度的影响。12,54。J．855， 60(2018)。
Speith, R。光滑粒子流体力学数值方法的改进．适应性论文，Tübingen大学(2006)
德沃夏克，R.， Maindl, T. I.， Burger, C.， Schäfer, C. & Speith, R.行星系统和宜居行星的形成。非线性杰出人才。复杂的系统．18， 310-325(2015)。
Maindl, t.i.等。早期火星上星子的撞击引起的表面加热。阿斯特朗。12,54．574， a22(2015)。
Haghighipour, N.， Maindl, T. I.， Schäfer, C.， Speith, R. & Dvorak, R.触发升华驱动的主带彗星活动。12,54。J．830， 22(2016)。
Schäfer, C. M.等。风化层采样过程的数值模拟。星球。空间科学．141， 35-44(2017)。
Burger, C.， Maindl, T. I. & Schäfer, C. M.行星胚胎碰撞中水的转移、损失和物理处理。天体力学。直流发电机。阿斯特朗．130， 2(2018)。
马拉默德，U.，佩雷茨，H. B.， Schäfer, C. &伯格，C.月球坠落:地球和它过去的卫星之间的碰撞。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．479， 1711-1721(2018)。
Malamud, U.， Perets, h.b.， Schäfer, C. & Burger, C.超地系外行星大质量系外卫星的碰撞形成。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．492， 5089-5101(2020)。
Malamud, U. & Perets, H. B.白矮星对行星体的潮汐破坏- I:混合sph分析方法。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．492， 5561-5581(2020)。
Malamud, U. & Perets, H. B.白矮星对行星体的潮汐破坏- II:碎片盘结构和喷射的星际小行星。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．493， 698-712(2020)。
延性多孔材料动态压实的本构方程。j:。理论物理．40， 2490-2499(1969)。
卡罗尔，M. &霍尔特，a.c.建议修改P- - - - - -α多孔材料模型。j:。理论物理．43， 759-761(1972)。
Jutzi, M.， Michel, P.， Hiraoka, K.， Nakamura, am . M. & Benz, W.涉及多孔体的冲击数值模拟。2与实验室实验比较。伊卡洛斯201， 802-813(2009)。
Leleu, A.， Jutzi, M. & Rubin, M.土星内部小卫星的奇特形状，作为类似大小的小卫星合并的证据。Nat。阿斯特朗．2， 555-561(2018)。
Jutzi, M.， Benz, W.， Toliou, A.， Morbidelli, A. & Brasser, R. 67P彗星的结构有多原始?结合碰撞和动力学模型表明形成较晚。阿斯特朗。12,54．597， a61(2017)。
Rotundi, A.等。67P/ Churyumov-Gerasimenko彗星进入太阳的彗发中的尘埃测量。科学347， aaa3905(2015)。
Malamud, U. & Prialnik, D.用多孔冰体的新状态方程模拟柯伊伯带天体Charon, Orcus和Salacia。伊卡洛斯246， 21-36(2015)。
洛瑞克，S.，冈拉克，B.，拉瑟达，P. &布卢姆，J.崩塌卵石云中的彗星形成。彗星的体积密度意味着云的质量和尘冰比。阿斯特朗。12,54．587， a128(2016)。
富勒，M.等。彗星和柯伊伯带天体中的尘埃与冰的比例。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．469， s45-s49(2017)。
Jutzi M.， Benz, W. & Michel P.涉及多孔体冲击的数值模拟。I.在三维SPH水力编码中实现子分辨率孔隙度。伊卡洛斯198， 242-255(2008)。
格雷迪，E. D. & Kipp, E.动态裂缝和破碎。在固体的高压冲击压缩(Asay, J. R. & Shahinpoor, M.) 265-322(施普林格，1993)。
Benz, W. & Asphaug, E.断裂冲击模拟。I -方法和测试。伊卡洛斯107， 98(1994)。
本茨，W. &阿斯帕格，E.灾难性的中断。伊卡洛斯142， 5-20(1999)。
小行星破坏的SPH计算:压力依赖失效模型的作用。星球。空间科学．107， 3-9(2015)。
柯林斯，G. S, Melosh, H. J. &伊万诺夫，B. A.冲击模拟损伤和变形。Meteorit。星球。Sci．39， 217-231(2004)。
确认
我们确认与d.c. Fabrycky和E. Kite的讨论。H.B.P.感谢MINERVA极端行星条件下生命中心和加州理工学院金斯利奖学金的支持。C.M.S.和O.W.感谢Tübingen大学für Datenverarbeitung中心的高性能和云计算小组的支持，Baden-Württemberg州通过bwHPC和德国研究基金会(DFG)通过拨款号INST 37/935-1 FUGG。C.M.S.感谢DFG的资助，资助编号为398488521。
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贡献
E.G.领导了该项目，进行了分析计算，并运行和分析了N身体模拟。U.M.领导了流体动力学建模，分析，并撰写了流体动力学部分。H.B.P.发起并监督了这个项目，提出了主要的想法和概念，并参与了所有的分析。O.W.进行了流体动力学模拟，并且是流体动力学代码中孔隙度模块的主要开发人员。C.M.S.开发了流体动力学代码，并监督了孔隙度模块的开发。E.G.和H.B.P.写了正文。
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相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
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扩展数据图1碰撞模型的附加结果。
一个， 40°冲击角，中等强度材料。b， 40°冲击角，低强度材料。c，d低密度模型(0.5 g cm−3)冲击角55°，材料强度中等。边缘(c)和脸(d)提供意见。
扩展数据图2碰撞模型的附加结果。
5°冲击角，材质强度高，逃逸速度大，v= 10vesc．
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格里辛，E.，马拉默德，U.，佩雷茨，H.B.et al。(2014) MU的宽二进制原点69类似柯伊伯带接触双星。自然580， 463-466(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-2194-z
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