[論文レビュー] Physical Properties of OSIRIS-REx Target Asteroid (101955) 1999 RQ36 derived from Herschel, ESO-VISIR and Spitzer observations

Thomas Mueller, Laurence O’Rourke+7 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2012

Astro and Planetary Science被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、ハーシェル、ESO-VISIR、スパイitzerの観測データを統合し、熱物理モデルを用いて小惑星(101955)1999 RQ36の物理的性質を導出する。直径は480–511 m、幾何アルベドは0.045⁺⁰.⁰¹⁵₋₀.₀₁²、熱インピーダンスは650 Jm⁻²s⁻⁰.⁵K⁻¹、逆行回転であることが判明し、原始的で揮発性物質を豊富に含む性質と、瓦礫玉構造であることが確認された。これはOSIRIS-RExのサンプル・リターンミッションにとって極めて重要である。

ABSTRACT

In September 2011, the Herschel Space Observatory performed an observation campaign with the PACS photometer observing the asteroid (101955) 1999 RQ36 in the far infrared. The Herschel observations were analysed, together with ESO VLT-VISIR and Spitzer-IRS data, by means of a thermophysical model in order to derive the physical properties of 1999 RQ36. We find the asteroid has an effective diameter in the range 480 to 511 m, a slightly elongated shape with a semi-major axis ratio of a/b=1.04, a geometric albedo of 0.045 +0.015/-0.012, and a retrograde rotation with a spin vector between -70 and -90 deg ecliptic latitude. The thermal emission at wavelengths below 12 micron -originating in the hot sub-solar region- shows that there may be large variations in roughness on the surface along the equatorial zone of 1999 RQ36, but further measurements are required for final proof. We determine that the asteroid has a disk-averaged thermal inertia of Gamma = 650 Jm-2s-0.5K-1 with a 3-sigma confidence range of 350 to 950 Jm-2s-0.5K-1, equivalent to what is observed for 25143 Itokawa and suggestive that 1999 RQ36 has a similar surface texture and may also be a rubble-pile in nature. The low albedo indicates that 1999 RQ36 very likely contains primitive volatile-rich material, consistent with its spectral type, and that it is an ideal target for the OSIRIS-REx sample return mission.

研究の動機と目的

• OSIRIS-RExミッションのターゲット小惑星(101955)1999 RQ36の物理的性質を、多波長赤外観測を用いて特定すること。
• 新たな遠赤外および中赤外データに熱物理モデルを適用することで、レーダーおよび放射計測法による過去のサイズとアルベド推定値の不一致を解消すること。
• 表面粗さの変動と熱インピーダンスを調査し、サンプル回収に必要な表面のテクスチャーとリガス物性を推定すること。
• 熱光曲線モデリングを用いて、特に逆行回転を含む回転状態を確認すること。
• 複数の観測所からのデータを用いて、未訪問の小惑星に対する熱物理モデリング手法を検証し、小惑星集団への広範な応用を可能にすること。

提案手法

• ハーシェルのPACS光度計を用いた遠赤外（55–200 μm）で、ディレクター・ディスcretion・タイム（DDT）観測を実施し、1999 RQ36の熱放射を測定した。
• 非常に大型望遠鏡（VLT）でのESO-VISIRの中赤外（8–25 μm）観測を取得し、サブ・ソーラー領域の熱放射と表面粗さを調査した。
• アーカイブ済みのスパイザー・IRSデータ（15–35 μm）を分析し、さまざまな位相角での高スペクトル分解能の熱放射を取得した。
• 熱物理モデル（TPM）を用いて、3つのデータセットを同時にフィットさせ、熱放射、形状、自転状態、表面粗さを考慮した。
• 非球形でやや伸びた体であると仮定し、a/b比が1.04の3次元楕円体形状モデルを用いて、熱光曲線の変動をフィットした。
• 位相角依存性および表面粗さの影響（例：RMS傾き）を組み込み、特に大きな位相角でのモデル適合を改善した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数の観測所からの熱データに基づいて、(101955)1999 RQ36の真の有効直径と幾何アルベドは何か？
• RQ2 1999 RQ36の熱インピーダンスは何か？ これは表面のテクスチャーと内部構造にどのような意味を持つのか？
• RQ3 小惑星の赤道帯における表面粗さの変動は、熱放射にどのように影響を与えるか？ また、リガス物性にどのような示唆を与えるか？
• RQ4 1999 RQ36の自転軸ベクトルと回転方向は何か？ YORP効果の予測と比較するとどうなるか？
• RQ5 ハーシェル、VISIR、スパイザーのデータを統合した熱物理モデリングは、過去のサイズとアルベド推定値の不一致を解消できるか？

主な発見

• 1999 RQ36の有効直径は480–511 mであり、最近のレーダーに基づく平均直径493 ± 20 mと整合的であり、以前のレーダー推定値より小さい。
• 小惑星の幾何アルベドは0.045⁺⁰.⁰¹⁵₋₀.₀₁²であり、原始的で揮発性物質を豊富に含むB型小惑星としての分類が裏付けられた。
• 熱インピーダンスは650 Jm⁻²s⁻⁰.⁵K⁻¹と決定され、95%信頼区間（3σ）は350–950 Jm⁻²s⁻⁰.⁵K⁻¹であり、イトカワと類似した値であり、瓦礫玉構造を示唆している。
• 自転軸は黄道座標系で緯度-70°〜-90°の間にあることが確認され、逆行回転が裏付けられ、YORP平衡状態の予測と整合的である。
• VISIRとスパイザー・IRSの放射測定値の不一致は、顕著な表面粗さの変動を示唆しており、異なるリガス物性を有する不均一な地形である可能性がある。
• モデルは、微細なダストや小石が存在する領域を支持しており、これはOSIRIS-RExミッションの計画において、原初的で有機物を豊富に含む物質を最適なサンプル採取地点に選定する上で極めて重要である。