(225088) 2007 OR10

Khám phá

(225088) 2007 OR10 được phát hiện bởi các nhà thiên văn học của Viện công nghệ California như là một phần của luận án tiến sĩ của Megan E. Schwamb, sau đó là một sinh viên tốt nghiệp của Michael E. Brown.

Đặt tên

Brown có biệt danh là "Bạch Tuyết" với màu trắng giả định của nó, bởi vì nó phải rất lớn hoặc rất sáng để phát hiện qua cuộc khảo sát của họ. Nó cũng là "sao lùn thứ bảy" được phát hiện bởi nhóm của Brown, sau Quaoar năm 2002, Sedna năm 2003, Haumea và Orcus năm 2004, và Makemake và Eris năm 2005. Tuy nhiên, năm 2007 OR10 lại là một trong những vật thể đỏ nhất trong Vành đai Kuiper, tương đương với Quaoar, vì vậy biệt danh đã bị bỏ rơi.
2007 OR₁₀ hiện là vật thể lớn nhất được biết đến trong Hệ mặt trời mà không có một cái tên chính thức. Trong năm 2011 Brown quyết định cuối cùng đã có đủ thông tin để biện minh cho nó một, bởi vì việc khám phá ra nước đá và khả năng khí mê-tan làm cho nó đáng chú ý đủ để bảo đảm nghiên cứu thêm nữa. Tuy nhiên, đến năm 2017, Brown vẫn chưa đưa ra một cái tên, mặc dù ông ghi nhận rằng vào tháng 11 năm 2019, bất cứ ai cũng có thể đưa ra đề xuất.

Khoảng cách

(225088) 2007 OR₁₀ đã đến perihelion vào khoảng năm 1857. Tính đến tháng 2 năm 2016 nó nằm Sedna (85.7 AU). từ Mặt Trời và di chuyển với 2,7 km mỗi giây (6.000 dặm một giờ) đối với Mặt Trời. Điều này làm cho nó trở thành một phần lớn được biết đến thứ ba trong Hệ mặt trời, sau V774104 (103 AU) và Eris (96.3 AU), và xa hơn Sedna (85.7 AU). Nó đã xa hơn mặt trời hơn Sedna từ năm 2013. 2007 OR₁₀  sẽ xa hơn cả Sedna và Eris vào năm 2045, và nó sẽ đạt đến aphelion vào năm 2130.

Bề mặt và kiểu phổ

Bề mặt của 2007 OR10 có màu đỏ. Nó có một suất phản chiếu (độ phản xạ) là 0,14 ± 0,01. Thành phần và phổ bề mặt của 2007 OR10 dự kiến ​​sẽ tương tự như Quaoar, vì cả hai vật thể đều có màu đỏ và có dấu hiệu của băng nước và có thể là khí mêtan trong quang phổ của chúng. Phổ của 2007 OR10 được đo lần đầu tiên vào năm 2011, ở bước sóng gần hồng ngoại sử dụng máy quang phổ InfraRed Echellette (FIRE) trên Kính viễn vọng Magellan Baade tại Đài thiên văn Las Campanas ở Chile. Phổ quan sát năm 2007 OR10 cho thấy độ dốc phổ màu đỏ mạnh cùng với các dải hấp thụ rộng ở bước sóng 1,5 μm và 2 μm. Các phép đo trắc quang bổ sung từ thiết bị 3 Máy ảnh trường rộng của Kính viễn vọng Không gian Hubble hiển thị các dải hấp thụ nước tương tự ở mức 1,5 μm. Các dải hấp thụ này là các đặc điểm đặc trưng của nước đá, thường được tìm thấy trên các vật thể vành đai Kuiper lớn. Sự hiện diện của băng nước trên bề mặt năm 2007 OR10 ngụ ý một thời gian ngắn của quá trình đông lạnh trong quá khứ xa xôi khi nước phun trào từ bên trong, đọng lại trên bề mặt của nó, và sau đó đóng băng.
Màu đỏ của 2007 OR10 là bất ngờ đối với một vật thể có một lượng nước đá đáng kể trên bề mặt của nó. Các vật thể có bề mặt giàu băng nước thường có màu trung tính, do đó 2007 OR10 ban đầu có biệt danh là "Bạch Tuyết" vì bề mặt sáng và phản chiếu được cho là của nó. 2007 OR10 là một trong những đối tượng đỏ nhất được biết đến. Màu đỏ của nó ngụ ý rằng khí mêtan hiện diện trên bề mặt của nó, mặc dù nó không được phát hiện trực tiếp trong phổ 2007 OR10 do tỷ lệ nhiễu tín hiệu thấp của dữ liệu. Màu đỏ là kết quả của sương muối metan bị chiếu xạ bởi ánh sáng mặt trời và các tia vũ trụ. Sự quang phân của mêtan trên bề mặt của nó tạo ra các hợp chất hữu cơ màu đỏ được gọi là cao lanh.
2007 OR10 đủ lớn để có thể giữ lại một lượng khí mê-tan dễ bay hơi trên bề mặt của nó, ngay cả khi ở khoảng cách gần nhất với Mặt trời (33,5 AU) khi nhiệt độ cao hơn Quaoar. Đặc biệt, kích thước lớn của năm 2007 OR10 có nghĩa là nó có khả năng giữ lại các chất bay hơi khác bao gồm amoniac, carbon monoxide và có thể là nitơ, mà hầu như tất cả các vật thể ngoài sao Hải Vương đều mất trong quá trình tồn tại của chúng. Giống như Quaoar, 2007 OR10 dự kiến ​​sẽ ở gần giới hạn khối lượng mà tại đó nó có thể giữ lại các vật liệu dễ bay hơi này trên bề mặt của nó.

Độ sáng

Kích thước của một vật thể có thể được tính từ cường độ tuyệt đối (độ sáng) và suất phản chiếu của nó. 2007 OR10 có cường độ tuyệt đối (H) là 2,24, khiến nó trở thành vật thể ngoài Sao Hải Vương sáng thứ bảy được biết đến. Các nguồn khác cho độ sáng tuyệt đối là 1,8, sẽ làm cho nó trở thành vật thể ngoài Sao Hải Vương sáng thứ năm, sáng hơn so với Sedna (H = 1,83; D = 995 km) và Orcus (H = 2,31; D = 917 km).  
Do khoảng cách lớn của 88 đơn vị thiên văn từ Mặt trời, cường độ rõ ràng của 2007 OR10 chỉ là 21,5, quá mờ để có thể nhìn thấy từ Trái đất bằng mắt thường.  Nó mờ hơn so với Sedna, có một độ sáng biểu kiến ​​là 20,9.

Khí quyển

Sự hiện diện của cao lanh trên bề mặt 2007 OR10 ngụ ý sự tồn tại của một bầu khí quyển mêtan đang dần thoát ra ngoài không gian, tương tự như Quaoar. Mặc dù 2007 OR10 thỉnh thoảng đến gần Mặt Trời hơn Quaoar, và do đó đủ ấm để bầu khí quyển metan bay hơi, khối lượng lớn hơn của nó khiến cho việc giữ lại bầu khí quyển là có thể. Các albedo bề mặt thấp của nó có thể góp phần làm mất các chất bay hơi như nitơ, vì một albedo thấp hơn tương ứng với nhiều ánh sáng được hấp thụ bởi bề mặt hơn là bị phản xạ, do đó dẫn đến sự nóng lên bề mặt lớn hơn. 2007 OR10 được cho là đã có hoạt động của núi lửa băng cùng với bầu không khí đáng kể hơn ngay sau khi hình thành. Hoạt động cryovolcanic như vậy dự kiến ​​sẽ ngắn gọn và bầu không khí kết quả dần dần thoát ra theo thời gian. Các loại khí dễ bay hơi, như nitơ và carbon monoxide, đã bị mất, trong khi các loại khí ít bay hơi hơn như metan có khả năng tồn tại trong bầu không khí hiện tại của nó.

Kích thước

Kể từ năm 2019, 2007 OR10 được ước tính có đường kính 1.230 km (760 dặm), xuất phát từ các phép đo phóng xạ, khối lượng tính toán của nó và giả sử mật độ tương tự như các vật thể tương tự khác. Điều này sẽ khiến 2007 OR10 trở thành vật thể ngoài sao Hải Vương lớn thứ năm, sau Sao Diêm Vương, Eris, Haumea và Makemake. 2007 OR10 có lẽ lớn hơn cả Charon, mặt trăng của Sao Diêm Vương và vật thể vành đai Kuiper lớn Quaoar, có đường kính lần lượt là 1.212 km (753 dặm) và 1.110 km (690 dặm).
Do kích thước lớn, nó rất có thể là một hành tinh lùn. Hiệp hội Thiên văn Quốc tế đã không đề cập đến khả năng chấp nhận các hành tinh lùn bổ sung kể từ trước khi công bố phát hiện 2007 OR10. Brown tuyên bố rằng 2007 OR10 "phải là một hành tinh lùn ngay cả khi chủ yếu là đá", vì phép đo phóng xạ năm 2013 của ông là 1.290 km (800 dặm) đủ lớn để chắc chắn đủ điều kiện là một hành tinh lùn. Scott Sheppard và các đồng nghiệp của ông nghĩ rằng "có khả năng" là một hành tinh lùn, dựa trên đường kính tối thiểu có thể của nó (580 km theo giả định của một suất phản chiếu là 1) và giới hạn kích thước thấp hơn dự kiến ​​là khoảng 200 km (120 dặm) cho trạng thái cân bằng thủy tĩnh trong các vật thể băng giá lạnh.

Khối lượng, tỷ trọng và sự tự quay

Dựa trên quỹ đạo của vệ tinh của nó, khối lượng của năm 2007 OR10 đã được tính toán là 1,75 × 1021 kg, với mật độ 1,72 ± 0,16 g / cm3. Từ các ước tính khối lượng và mật độ này, kích thước của năm 2007 OR10 được tính toán vào khoảng 1.230 km (760 dặm), nhỏ hơn so với ước tính kích thước năm 2016 trước đó là 1.535 km (954 dặm). Với khối lượng 1,75 × 1021 kg, ước tính kích thước năm 2016 là 1.535 km (954 dặm) có nghĩa là mật độ thấp bất ngờ (và có khả năng sai sót) là 0.92+0.46−0.12 g/cm³.

Quỹ đạo

2007 OR10 quay quanh Mặt trời ở khoảng cách trung bình 67,4 AU và hoàn thành quỹ đạo đầy đủ trong 553 năm. Quỹ đạo của 2007 OR10 rất nghiêng về hoàng đạo, với độ nghiêng quỹ đạo 30,7 độ. Quỹ đạo của nó cũng rất lệch tâm, với độ lệch tâm quỹ đạo đo được là 0,503. Do quỹ đạo rất lệch tâm của nó, khoảng cách 2007 OR10 từ Mặt trời thay đổi rất nhiều so với quỹ đạo của nó, từ 101,3 AU tại viễn điểm, điểm xa nhất của nó từ Mặt trời, đến khoảng 33,5 AU tại củng điểm, điểm gần nhất với Mặt trời. 2007 OR10 đã tiến gần đến củng điểm của nó vào năm 1857 và hiện đang di chuyển xa hơn từ Mặt trời, về phía viễn điểm của nó.

Ghé thăm bằng tàu vũ trụ

Người ta tính toán rằng một nhiệm vụ bay đến 2007 OR10 có thể chỉ mất dưới 25 năm bằng cách sử dụng hỗ trợ trọng lực Sao Mộc, dựa trên ngày ra mắt vào năm 2030 hoặc 2031. 2007 OR10 sẽ cách Mặt trời khoảng 95 AU khi tàu vũ trụ đến.

Quan sát

Sau khi phát hiện vào tháng 3 năm 2016 rằng 2007 OR10 là một vật thể quay chậm bất thường, khả năng đã được đưa ra là một vệ tinh có thể đã làm chậm nó thông qua các lực thủy triều. Các dấu hiệu của một vệ tinh có thể quay quanh 2007 OR10 đã khiến Csaba Kiss và nhóm của ông phân tích các quan sát Hubble lưu trữ của 2007 OR10. Phân tích của họ về hình ảnh Hubble được chụp vào ngày 18 tháng 9 năm 2010 cho thấy một vệ tinh mờ quay quanh 2007 OR10 ở khoảng cách ít nhất 15.000 km (9.300 dặm). Sau khi phân tích sâu hơn về hình ảnh lưu trữ, nhóm phát hiện sau đó cũng xác định vệ tinh trong hình ảnh Hubble được chụp vào ngày 9 tháng 11 năm 2009. Từ những hình ảnh này được chụp vào năm 2009 và 2010, độ chênh lệch độ sáng trung bình giữa vệ tinh và chính được tính là 4,34 ± 0,26 độ lớn. Nhóm khám phá không thể xác định quỹ đạo chính xác của vệ tinh từ hai hình ảnh này. 
Các quan sát tiếp theo vào năm 2017 với Máy ảnh trường rộng của Kính viễn vọng Không gian Hubble 3 đã được thực hiện để xác định quỹ đạo của mặt trăng cũng như khối lượng và mật độ của 2007 OR10. Từ những quan sát này, cường độ tuyệt đối của mặt trăng được ước tính là 6,93 ± 0,15, ít nhất 4,59 độ lớn mờ hơn so với 2007 OR10 (cho độ lớn tuyệt đối là 2,34 đối với hành tinh chủ).

Quỹ đạo

Dựa trên hình ảnh Hubble của 2007 OR10 và vệ tinh của nó được chụp vào năm 2009 và 2010, nhóm khám phá đã giới hạn thời gian quỹ đạo của vệ tinh trong khoảng từ 20 đến 100 ngày. Để xác định thêm quỹ đạo, họ đã sử dụng Hubble vào năm 2017 để quan sát chuyển động của vệ tinh vào khoảng năm 2007 OR10. Do các quan sát của vệ tinh chỉ trải dài một phần nhỏ trong quỹ đạo của OR10 năm 2007 quanh Mặt trời, vẫn chưa thể xác định được quỹ đạo của vệ tinh là tiến hay lùi. Dựa trên mô hình quỹ đạo tiên tiến, vệ tinh quay quanh quỹ đạo chính ở khoảng cách khoảng 24.021 km (14.926 mi) và hoàn thành một quỹ đạo trong 25,22 ngày. Vệ tinh được cho là khóa chặt vào chính. Sử dụng cùng một mô hình quỹ đạo tiên tiến, nhóm khám phá ước tính rằng quỹ đạo của nó nghiêng theo đường hoàng đạo khoảng 83 độ. Giả sử rằng quỹ đạo có độ nghiêng thấp so với đường xích đạo của sơ cấp, điều này ngụ ý rằng 2007 OR10 đang được xem ở cấu hình cực. Quỹ đạo của mặt trăng rất lập dị, với độ lệch tâm là 0,29. Độ lệch tâm cao này được cho là do một quỹ đạo lệch tâm nội tại và tiến hóa thủy triều chậm, hoặc do cơ chế Kozai. Cơ chế Kozai có thể được điều khiển bởi các nhiễu loạn từ các lực thủy triều của Mặt trời, hoặc từ các thuật ngữ bậc cao hơn trong tiềm năng hấp dẫn của 2007 OR10 do hình dạng bắt buộc của nó. Động lực của quỹ đạo của mặt trăng tương tự như vệ tinh Weywot của Quaoar, có độ lệch tâm vừa phải khoảng 0,14.

Đặc điểm vật lý

Dựa trên các mô hình động của quỹ đạo của mặt trăng, nó được ước tính có đường kính nhỏ hơn 100 km (62 mi), ngụ ý một suất phản chiếu trên 0,2. Sau khi phát hiện ra, đường kính của vệ tinh ban đầu được ước tính là 237 km (147 dặm), với giả định rằng các suất phản chiếu của vệ tinh và khối chính là bằng nhau. Các phép đo trắc quang năm 2017 cho thấy vệ tinh có màu đỏ ít hơn nhiều so với cấp 1. Sự khác biệt màu sắc lớn này là không điển hình cho các hệ hành tinh đôi ngoài Sao Hải Vương; các thành phần của hầu hết các nhị phân xuyên sao Hải Vương hiển thị ít biến đổi màu sắc, không giống như hệ 2007 OR10.