[論文レビュー] A Dedicated Lunar Trojan Asteroid Survey with Small Ground-Based Telescopes

Cole R. Gregg, Paul Wiegert|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2021

Astro and Planetary Science参考文献 28被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、iTelescopeネットワークに属する4台の小型地上望遠鏡を用いて、地球の月の近くに存在する共軌道的天体（Lunar Trojan: LT）小惑星を探索する専用調査を実施した。調査は、15等まで検出可能な8,340 deg²の空域をカバーし、LTの探索を実施した。1つの高速移動近地小惑星（ALA2xH）を検出できたが、LTの検出は確認されず、H < 26.4のLTは5個未満であると上限が示された。これは典型的な反照率0.08を仮定した場合、直径24 m以上の物体に対応する。

ABSTRACT

A co-orbital asteroid shares the orbit of a secondary body about its primary. Though more commonly encountered as an asteroid that shares a planet's orbit around the Sun, a co-orbital asteroid could similarly share the orbit of the Moon around the Earth. Though such asteroids would be close to Earth and so relatively bright, their rapid on-sky motion is such that they might escape detection by near-Earth asteroid surveys. The discovery of such lunar co-orbital asteroids (which we will refer to generically here as Lunar Trojans or LTs) would advance our understanding of inner Solar System orbital dynamics and would provide research opportunities for the growing number of missions slated for cislunar space. No LT asteroids are currently known and the last published survey dedicated to these asteroids was conducted nearly 40 years ago. It has been theoretically determined that orbits near the Earth-Moon L4 and L5 points could survive for several million years. Although this timescale is shorter than the lifetime of the Solar System, it introduces the possibility of the temporary capture of asteroids into the LT state. This project aims to observationally evaluate the population of LTs with modern techniques. Using four small ground-based telescopes from the iTelescope network, $8340\;deg^2$ on the sky were surveyed down to $15^{th}$ magnitude. Though one fast-moving near-Earth object was detected, no LTs were observed. We deduce an upper limit of $\lesssim 5$ LTs with $H<26$.

研究の動機と目的

• 現代の地上望遠鏡によるスクリーニング手法を用いて、地球-月ラグランジュ点L4およびL5付近の共軌道的小惑星（Lunar Trojan: LT）を探索すること。
• 理論的には数百万年間安定した軌道を保つと予測されるが、依然として未検出のLTの現在の存在割合を評価すること。
• 高頻度で空を移動する、明るさが低いLTを、小型望遠鏡で検出できるかを評価すること。これは、地球に近接していることと、高い天球上での運動が特徴である。
• 今後のミッションや小惑星防衛戦略の立案に役立てるため、LTのサイズと数に関する観測的制約を提供すること。

提案手法

• iTelescopeネットワークに属する4台の小型望遠鏡を用いて、月の軌道領域を対象とした広域スカイサーベイを実施した。
• 地球-月ラグランジュ点周辺の共軌道的天体に特徴的な、1日あたり2°から20°の天球上での運動を示す物体を探索した。
• 8,340 deg²の空域において、15.0等まで検出可能な限界マグニチュードを達成し、H < 26.4の物体を検出可能とした。
• 標準的なアストロメトリックおよびフォトメトリックなデータ還元手法を用いて移動物体を検出し、その後、MPCおよびNEOデータベースと照合した。
• 位相曲線モデル（G = 0.15）と反照率の仮定を用いて、観測された視等級から物理的サイズを推定した。
• 非検出に基づき、調査の深さと空域カバー範囲を用いてLTの数の上限を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 絶対等級H < 26.4のLunar Trojan小惑星の現在の上限は何か？
• RQ2 小型地上望遠鏡は、月のラグランジュ点付近の高速移動・低明るさの共軌道的天体を効果的に検出できるか？
• RQ3 LTの期待される運動と明るさは、近地小惑星とどのように異なり、調査データ内で区別可能か？
• RQ4 所定の調査の深さと位相角を考慮した場合、Lunar Trojanの最小検出可能サイズは何か？
• RQ5 LTの非検出は、コリナラス空間における一時的捕獲モデルにどのような制約をもたらすか？

主な発見

• 15.0等まで検出可能な8,340 deg²の空域をカバーした調査において、Lunar Trojan小惑星は検出されなかった。
• 1時間あたり810"（1日あたり5.4°）の運動を示す高速移動近地小惑星（ALA2xH）が1個検出された。これは、LTではなく近地小惑星に一致する。
• ALA2xHは絶対等級H = 24.3を示し、直径50〜100 mの推定値を示しており、地球への接近距離は0.05 lunar distances（約19,220 km）であった。
• 調査により、反照率0.08を仮定した場合、H < 26.4のLTは5個未満であると上限が示された。これは、直径24 m以上の物体に対応する。
• 反照率が異なる場合、最小検出可能サイズは、反照率0.03では>40 m、反照率0.08では>24 m、反照率0.15では>18 mとなる。これは平均位相角79%に基づく。
• 非検出の結果は、LTが存在するとしても希少かつ一時的であるという理論的予想を支持するが、今後の調査においてLTの検出は現実的な目標であると示している。