柯伊伯带中Orcus-Vanth系统的大小、密度与形成

柯伊伯带天体Orcus及其卫星Vanth在柯伊伯带中构成一个不寻常的系统。Orcus是已知柯伊伯带中最大的天体之一，但Vanth的相对大小远大于其他大天体的微小卫星。根据哈勃太空望远镜的观测，我们发现Orcus和Vanth具有不同的可见光颜色，并且Vanth没有共享在Orcus红外光谱中看到的水冰吸收特征。我们还发现Vanth具有一个近乎正面朝向的圆形轨道，周期为9.5393±0.0001天，半长轴为8980±20公里，这意味着系统质量为6.32±0.01×10^20千克，是矮行星阋神星质量的3.8%。根据斯皮策太空望远镜的观测，我们发现热辐射与直径为940±70公里、几何反照率为0.28±0.04的单一天体一致。假设密度和反照率相等，这些测量结果意味着Orcus和Vanth的大小分别为900公里和280公里，质量比为33。然而，假设非冰质的Vanth反照率低2倍，则意味着大小分别为820公里和640公里，质量比为2。测得的密度取决于两个天体假设的反照率比，但大约为1.5±0.3 g/cm³，介于较大和较小天体的典型密度测量值之间。轨道和质量比与由巨大撞击形成以及随后的向外潮汐演化一致，甚至与该系统现已达到双同步状态一致。然而，该系统同样可以很好地由初始偏心捕获、增加偏心率和减小Vanth轨道近心点的Kozai循环以及随后的向内潮汐演化来解释。