[論文レビュー] "TNOs are Cool": A survey of the trans-Neptunian region I. Results from the Herschel Science Demonstration Phase (SDP)

Thomas Müller, E. Lellouch+33 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2010

Astro and Planetary Science参考文献 26被引用数 45

ひとこと要約

本研究では、パックスおよびスパイラーフォトレトメトリーを用いて、7個の海王星外天体およびセントーラーの熱的・物理的性質を導出する、ハーシェル開放時間キープログラム「TNOs are Cool!」の最初の結果を提示する。解析により、大多数の天体が低熱インピーダンス（0–25 J m⁻² s⁻⁰.⁵ K⁻¹）および10%未満のアリデュードを示すことが確認されたが、(145480) 2005 TB₁₉₀は15–24%のアリデュードを示し、外太陽系における低熱伝導性および原始的表面特性を示している。

ABSTRACT

The goal of the Herschel Open Time Key programme "TNOs are Cool!" is to derive the physical and thermal properties for a large sample of Centaurs and trans-Neptunian objects (TNOs), including resonant, classical, detached and scattered disk objects. We present results for seven targets either observed in PACS point-source, or in mini scan-map mode. Spitzer-MIPS observations were included for three objects. The sizes of these targets range from 100 km to almost 1000 km, five have low geometric albedos below 10%, (145480) 2005 TB190 has a higher albedo above 15%. Classical thermal models driven by an intermediate beaming factor of $η$=1.2 or $η$-values adjusted to the observed colour temperature fit the multi-band observations well in most cases. More sophisticated thermophysical models give very similar diameter and albedo values for thermal inertias in the range 0-25 Jm-2s-0.5K-1, consistent with very low heat conductivities at temperatures far away from the Sun. The early experience with observing and model strategies will allow us to derive physical and thermal properties for our complete Herschel TNO sample of 140 targets as a benchmark for understanding the solar system debris disk, and extra-solar ones as well.

研究の動機と目的

• 赤外線フォトレトメトリーを用いて、多様なサンプルの海王星外天体（TNO）およびセントーラーの物理的・熱的性質を導出すること。
• ハーシェルおよびスパイitzerの多バンドフラックス測定値を解釈するにあたり、特にNEATMおよび熱物理学的モデル（TPM）の整合性を評価すること。
• 太陽系の微粒子帯および系外惑星系の類縁天体の理解のためのベンチマークデータセット（140個のTNO）を確立すること。
• 軌道力学的分類（例：共鳴、散乱、分離）が表面アリデュードおよび熱的挙動に与える影響を調査すること。
• 単バンドおよび多バンド観測、非検出を含めたデータを用いて、直径、アリデュード、熱インピーダンスを制限すること。

提案手法

• 70～160 µmの波長で、ハーシェル宇宙望遠鏡搭載のPACSおよびSPIRE機器を用いた多バンドフォトレトメトリー観測が実施された。
• スペクトルエネルギー分布（SED）にフィットするため、固定ビーミングパラメータ（η ≈ 1.2）を用いた近地小惑星熱モデル（NEATM）および可変ηを用いたモデルが適用された。
• 可変熱インピーダンス（0–25 J m⁻² s⁻⁰.⁵ K⁻¹）を有する熱物理学的モデル（TPM）を用いて、表面温度および熱放射をシミュレートし、観測フラックスと一致させた。
• 3つの重複対象について、スパイitzer-MIPS観測データとハーシェルデータを統合し、制約の精度を向上させた。
• 長波長（例：160 µm）での非検出結果を用いて、直径の上限およびアリデュードの下限を設定した。
• 放射計測解はχ²最小化法により導出され、photometricおよびmagnitudeデータからの不確実性が伝搬された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハーシェルで観測された多様なTNOおよびセントーラーの有効直径および幾何的アリデュードは何か？
• RQ2 固定η（η ≈ 1.2）と可変η、およびTPMを用いた異なる熱モデルが、多バンド赤外フラックスをどれほどうまくフィットできるか？
• RQ3 データから推定される熱インピーダンスの範囲は何か？これは外太陽系における表面性質および熱伝導性にどのような含意をもたらすか？
• RQ4 古典的、散乱、分離、共鳴などの異なる動力学的クラスにおけるアリデュード値はどのように変動するか？
• RQ5 160 µmでの非検出結果が、TNOの可能なサイズおよびアリデュード解にどの程度制限を加えるか？

主な発見

• (42355) ティフォンの有効直径は144 ± 10 km、幾何的アリデュードは0.075 ± 0.010であり、低熱インピーダンス（5⁺⁵₋₄ J m⁻² s⁻⁰.⁵ K⁻¹）と整合的である。
• ティフォンの体積密度は0.66⁺⁰.⁰⁹₋⁰.⁰⁸ g cm⁻³と推定され、単バンドのスパイitzerデータに基づく以前の推定値よりもわずかに高い。
• (145480) 2005 TB₁₉₀では、有効直径が375 ± 45 km、幾何的アリデュードが0.19 ± 0.05であり、15–24%のアリデュードを示し、本サンプルで最も高いアリデュードを示す。
• 観測された色温度に一致する固定ビーミングパラメータ（η ≈ 1.2）または可変ηを用いた熱モデルは、すべての対象で一貫した結果をもたらし、モデルの堅牢性を確認した。
• (82075) 2000 YW₁₃₄では160 µmでの非検出により、直径が500 km未満、アリデュードが8%以上であることが制限され、より大きなまたは暗い天体の可能性は除外された。
• すべての天体の熱インピーダンスは低く（0–25 J m⁻² s⁻⁰.⁵ K⁻¹）、太陽から遠く離れた温度域における極めて低い熱伝導性と整合的であり、多孔質または氷被覆表面を示唆している。