[論文レビュー] Sloan-r' photometry of Comet 17P/Holmes beyond 3.8 AU: An observing methodology for short-period comets far from perihelion

R. Miles|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2010

Astro and Planetary Science参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、Sloan-r'フィルタおよびSDSS DR7星表を用いた校正済みの光度測定法を提示し、3.8 AUより大きな近日点距離に位置する短周期彗星（17P/Holmesなど）の明るさを正確に測定することを目的としている。観測時の視界条件を補正し、一貫した運動ぼかし（2.0ピクセル）を適用することで、高い光度測定精度（0.015–0.019 magの散乱）を達成し、2009年1月4.7日に大規模な噴出が発生したことが判明した。この噴出の減衰曲線には、36時間未満の短時間周期性は検出されなかった。

ABSTRACT

A photometric method is described for accurately quantifying the brightness of short-period comets far from perihelion. The method utilizes the Sloan Digital Sky Survey Catalog (Data Release 7) as a homogeneous source of reference star magnitudes. Results are based on SDSS-r' filtered images taken using 2.0-m aperture telescopes for which the exposure time was adjusted to achieve a constant motion-blur of 2.0 pixels (0.56 arcsec) on the CCD chip. Aperture photometry using circular and tilted elliptical apertures was performed on images, which were stacked to increase signal to noise. Magnitude dependence on 'seeing' was determined, and this calibration was used to normalize photometry to constant seeing thereby maximizing photometric accuracy. From observations of comet 17P/Holmes between 2008 October and 2009 March, a very significant outburst of 17P was found to have occurred on 2009 Jan 4.7 (\pm0.5 day). Night-to-night measurements of the brightness of the inner coma (3000-km radius) exhibited a scatter of only 0.015-0.019 mag. No short time-scale (<36 hr) periodicity was found in the fading lightcurve. From literature data, it was estimated that reflected light from the nucleus contributed 7-11% of the signal within the inner coma and it is concluded that either the nucleus of 17P must be relatively spherical (projected axial ratio of <1.25), or, if its shape is more typical of other comet nuclei, it has a rotational period in excess of 10 days (assuming the observations were not made with the nucleus 'pole-on' to the Earth). Evidence from intermittent activity displayed by the nucleus is indicative of a possible 44-day rotation period.

研究の動機と目的

• 近日点距離が3.8 AUを超える領域に位置する短周期彗星の明るさを正確に測定する信頼性の高い光度測定法を開発すること。この領域では、従来の手法が表面輝度が低く、S/N比が低いという課題に直面する。
• 大気の視界条件への影響を補正し、観測間で一貫した運動ぼかし（2.0ピクセル）を用いることで、光度測定誤差を最小限に抑えること。
• 近日点から離れた領域における、彗星活動の正確で長期的なモニタリングを可能にすること。この領域では、ガス放出率やチリ生成量を正確に評価することが難しい。
• 核の明るさがハローに与える寄与を評価し、形状や自転周期などの物理的性質を推定すること。
• 近日点から離れた領域で発生するような噴出を、検出・特徴づけること。この領域では、このような出来事が見過ごされる可能性が低い。

提案手法

• 光度校正を正確に行うために、均一な基準としてSDSS Data Release 7の星の明るさを利用した。
• 2.0m望遠鏡の画像を用い、CCDチップ上に2.0ピクセル（0.56 arcsec）の一定な運動ぼかしを維持するように露出時間を調整した。
• ハローからの信号抽出を最適化するために、円形および傾けた楕円形の開口を併用した光度測定を実施した。
• 複数枚の画像をスタックして、S/N比を向上させ、光子ノイズを低減した。
• 視界条件に依存する明るさの補正を行い、すべての測定値を標準視界条件に正規化することで、光度測定精度を最大化した。
• 2008年10月から2009年3月にかけての長期的モニタリングに、この手法を17P/Holmesに適用し、噴出の検出とハローの変動評価を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近日点距離が3.8 AUを超える領域に位置する短周期彗星の明るさを正確に測定するための、最も効果的な光度測定法は何か？
• RQ2 可変な視界条件下で、明るさが低く広がった彗星のハローを観測する際、光度測定誤差をどのように最小化できるか？
• RQ3 特に近日点から離れた領域に位置する17P/Holmesに、ガス放出や活動の兆候は確認できるか？
• RQ4 ハローの明るさおよび反射率の測定に基づいて、17P/Holmesの核の形状や自転周期にどのような制約を課すことができるか？
• RQ5 大規模な噴出後の減衰曲線に、36時間未満の周期的または準周期的な変動の兆候は見られるか？

主な発見

• 17P/Holmesにおける大規模な噴出は、2009年1月4.7 ± 0.5日ごろに発生したことが、光度曲線から明らかになった。
• 内側ハロー（3000 km半径）の夜間ごとの測定値は、わずか0.015–0.019 magの散乱にとどまり、極めて高い光度測定精度を示した。
• 減衰曲線に36時間未満の短時間周期性は検出されず、噴出の減衰が滑らかで周期的でないことを示唆している。
• 3000 km半径の開口内では、核が全ハロー明るさの7–11%を占めており、相対的に明るいか、反射率の高い核であると示唆している。
• 核は球形（投影軸比<1.25）であるか、または10日を超える自転周期を持つと考えられる（極面視点でない前提）。
• 核の断続的な活動は、44日周期の自転と整合的であり、長期的な光度曲線の変動と一致する。