[論文レビュー] TNOs are Cool: A survey of the trans-Neptunian region V. Physical characterization of 18 Plutinos using Herschel PACS observations

M. Mommert, A. W. Harris+19 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Feb 16, 2012

Astro and Planetary Science参考文献 97被引用数 41

ひとこと要約

本研究では、ハーシェル宇宙望遠鏡のPACS赤外線測光を用いて18個のプラトイノ小惑星の物理的特徴を評価し、直径、反照率、熱的性質を導出している。反照率の重み付き平均は0.08±0.03であり、120–400 kmの物体では累積的サイズ分布の指数q=2、より大きな物体ではq=3であることが確認された。また、高い反照率と複雑な熱的挙動のため、プレウトゥーは顕著な外れ値であることが判明した。

ABSTRACT

We present Herschel PACS photometry of 18 Plutinos and determine sizes and albedos for these objects using thermal modeling. We analyze our results for correlations, draw conclusions on the Plutino size distribution, and compare to earlier results. Flux densities are derived from PACS mini scan-maps using specialized data reduction and photometry methods. In order to improve the quality of our results, we combine our PACS data with existing Spitzer MIPS data where possible, and refine existing absolute magnitudes for the targets. The physical characterization of our sample is done using a thermal model. Uncertainties of the physical parameters are derived using customized Monte Carlo methods. The correlation analysis is performed using a bootstrap Spearman rank analysis. We find the sizes of our Plutinos to range from 150 to 730 km and geometric albedos to vary between 0.04 and 0.28. The average albedo of the sample is 0.08 \pm 0.03, which is comparable to the mean albedo of Centaurs, Jupiter Family comets and other Trans-Neptunian Objects. We were able to calibrate the Plutino size scale for the first time and find the cumulative Plutino size distribution to be best fit using a cumulative power law with q = 2 at sizes ranging from 120-400 km and q = 3 at larger sizes. We revise the bulk density of 1999 TC36 and find a density of 0.64 (+0.15/-0.11) g cm-3. On the basis of a modified Spearman rank analysis technique our Plutino sample appears to be biased with respect to object size but unbiased with respect to albedo. Furthermore, we find biases based on geometrical aspects and color in our sample. There is qualitative evidence that icy Plutinos have higher albedos than the average of the sample.

研究の動機と目的

• ハーシェル宇宙望遠鏡の遠赤外線測光データを用いて、18個のプラトイノ小惑星の物理的性質を特定すること。
• 測定された反照率と直径に基づいて、プラトイノのサイズスケールを補正し、より正確な集団統計を実現すること。
• 反照率、直径、太陽系中心からの距離、軌道要素、表面組成との相関関係を調査すること。
• 観測バイアス（検出感度や幾何的効果など）が、検出されたプラトイノ集団に及ぼす影響を評価し、サイズ分布の特徴を解釈すること。
• 二重小惑星系1999 TC36のサイズ推定を精緻化し、体積密度を導出すること。

提案手法

• プラトイノの熱放射を測定するために、ハーシェルPACS機器を用いて70、100、160 μmの遠赤外線測光を実施した。
• 浮遊η熱モデルを適用し、熱インertiaと表面特性を考慮して直径と反照率を導出した。
• 熱モデルを用いて非一様な熱放射を補正し、効果的温度を推定した。
• 累積的サイズ分布を計算し、サイズ分布データにべき乗則指数（q）をフィットした。
• 反照率と直径の分布を軌道パラメータや太陽系中心からの距離と比較し、バイアスの有無を検出した。
• スペクトルデータを分析して表面組成を評価し、特に水氷の存在を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハーシェルPACS測光から導かれる18個のプラトイノ小惑星の直径と反照率は何か？
• RQ2 プラトイノのサイズ分布は他の海王星外天体集団と比較してどう異なるか。これはその動的進化に何を示唆するか？
• RQ3 反照率と直径、H等級、または軌道要素といった物理的性質との間に相関関係は存在するか？
• RQ4 観測バイアス（検出感度や幾何的効果など）が、観測された相関関係にどの程度寄与しているか？
• RQ5 複数小惑星系1999 TC36の体積密度は何か。また、その成分のサイズはどのように比較されるか？

主な発見

• プラトイノ標本の直径は150–730 km、反照率は0.04–0.28の範囲にあり、重み付き平均反照率は0.08±0.03である。
• 中程度のサイズのプラトイノ（120–400 km）は累積的サイズ分布のべき乗則指数q=2に従い、より大きな物体（D>400 km）はq=3に従う。
• サイズ分布のkink（急峻な変化点）の上限サイズは120 kmと推定され、衝突的進化の転換点を示している。
• 標本の重み付き平均浮遊η値は1.11⁻⁰.¹⁹⁺⁰.¹⁸であり、標準的な値1.20±0.35と整合的である。
• 1999 TC36の成分は、dA1=272⁻¹⁹⁺¹⁷ km、dA2=251⁻¹⁷⁺¹⁶ km、dB=132⁻⁹⁺⁸ kmと推定され、体積密度は0.64⁻⁰.¹¹⁺⁰.¹⁵ g cm⁻³であった。
• プレウトゥーは、高い反照率と複雑な熱的挙動のため、顕著な外れ値であり、標準的な熱モデル仮定が成立しない。