[論文レビュー] TNOs are Cool: A survey of the trans-Neptunian region. VIII. Combined Herschel PACS and SPIRE observations of 9 bright targets at 70--500 micron

S. Fornasier, E. Lellouch+18 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2013

Astro and Planetary Science参考文献 6被引用数 72

ひとこと要約

本研究では、70–500 μm の結合された Herschel PACS および SPIRE 光度測定を用いて、9体の明るい海王星外天体およびセントーラー（矮星惑星ハウメアおよび二重星系 Quaoar/Weywot、Orcus/Vanth、Salacia/Actea を含む）の熱的性質、サイズ、アリデオ、体積密度を導出しました。主な結果として、Quaoar の体積密度（2.18 g/cm³）は、冥王星やハウメアと同様に、氷と難融物質が混合された天体と整合的であり、以前の高密度推定値に反するものです。

ABSTRACT

Transneptunian objects (TNOs) are bodies populating the Kuiper Belt and they are believed to retain the most pristine and least altered material of the solar system. The Herschel Open Time Key Program entitled "TNOs are Cool: A survey of the trans-Neptunian region" has been awarded 373 h to investigate the albedo, size distribution and thermal properties of TNOs and Centaurs. Here we focus on the brightest targets observed by both the PACS and SPIRE multiband photometers: the dwarf planet Haumea, six TNOs (Huya, Orcus, Quaoar, Salacia, 2002 UX25, and 2002 TC302), and two Centaurs (Chiron and Chariklo). Flux densities are derived from PACS and SPIRE instruments using optimised data reduction methods. The spectral energy distribution obtained with the Herschel PACS and SPIRE instruments over 6 bands (centred at 70, 100, 160, 250, 350, and 500 $μ$m), and with Spitzer-MIPS at 23.7 and 71.4 $μ$m has been modelled with the NEATM thermal model in order to derive the albedo, diameter, and beaming factor. For the Centaurs Chiron and Chariklo and for the 1000 km sized Orcus and Quaoar, a thermophysical model was also run to better constrain their thermal properties. We derive the size, albedo, and thermal properties, including thermal inertia and surface emissivity, for the 9 TNOs and Centaurs. Several targets show a significant decrease in their spectral emissivity longwards of $\sim$300 $μ$m and especially at 500 $μ$m. Using our size estimations and the mass values available in the literature, we also derive the bulk densities for the binaries Quaoar/Weywot (2.18$^{+0.43}_{-0.36}$ g/cm$^3$), Orcus/Vanth (1.53$^{+0.15}_{-0.13}$ g/cm$^3$), and Salacia/Actea (1.29$^{+0.29}_{-0.23}$ g/cm$^3$). Quaoar's density is similar to that of the other dwarf planets Pluto and Haumea, and its value implies high contents of refractory materials mixed with ices.

研究の動機と目的

• 遠赤外データを用いて、最も明るい海王星外天体（TNO）およびセントーラーのサイズ、アリデオ、熱的性質を特定すること。
• 多波長 SED モデリングを用いて、TNO およびセントーラーの熱インertia および表面発光率を制約すること。
• 観測された直径と文献上の質量推定値を用いて、二重星系の体積密度を導出すること。
• ミリ波長発光率の挙動とその表面組成および熱的構造への影響を調査すること。
• Herschel および光学データを用いて、セントーラー Chiron および Chariklo の彗星的活動を評価すること。

提案手法

• 70、100、160、250、350、500 μm における Herschel PACS および SPIRE 光度観測の最適化されたデータ還元。
• 直径、アリデオ、およびビーミング係数を導出するため、NEATM 熱モデルを用いたスペクトルエネルギー分布（SED）モデリング。
• Orcus や Quaoar のような大きな天体に対して、熱インertia および表面粗さをよりよく制約するため、熱物理モデル（TPM）の適用。
• SED フィッティングの改善のため、Spitzer-MIPS（23.7、71.4 μm）および WISE（11.6、22.1 μm）データの統合。
• 表面発光率および熱的性質に関する異なる仮定の下で、サイズおよびアリデオ推定値を NEATM および TPM モデルを用いて導出すること。
• 理論的氷吸収特性と観測された発光率の傾向を比較し、表面組成および表面下の熱的挙動を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された9体の明るい TNO およびセントーラーの熱的性質、特に熱インertia および表面発光率は何か？
• RQ2 導出された直径および幾何的アリデオは、以前の推定値とどのように比較されるか？また、表面組成にどのような含意をもたらすか？
• RQ3 二重星系 Quaoar/Weywot、Orcus/Vanth、Salacia/Actea の体積密度は何か？また、それらは内部組成に何を明らかにするか？
• RQ4 250 μm 以上の波長で発光率が顕著に低下するのはなぜか？特に 500 μm で顕著であるが、これは表面下の層からの熱放射に何を示唆するか？
• RQ5 セントーラー Chiron および Chariklo に彗星的活動の兆候は認められるか？また、それらのダスト生成率に対する制約は何か？

主な発見

• Quaoar の直径は 1070 ± 38 km、その衛星 Weywot は 81 ± 11 km、幾何的アリデオは 12.7 ± 1 % である。
• Quaoar/Weywot 二重星系の体積密度は 2.18 g/cm³（90%信用区間：1.82–2.61 g/cm³）であり、氷と難融物質の高割合混合を示唆している。
• Orcus/Vanth 行星系の主星直径は 917 ± 25 km、準主星は 276 ± 17 km、幾何的アリデオは 23.1 +1.8/-1.1 % であり、プラトイノの平均値を上回る。
• Orcus/Vanth 行星系の体積密度は 1.53 g/cm³（90%信用区間：1.39–1.68 g/cm³）であり、氷と岩石の混合物と整合的である。
• Salacia/Actea 二重星系の体積密度は 1.29 g/cm³（90%信用区間：1.06–1.58 g/cm³）であり、多孔質または氷質組成を示唆している。
• 大多数の標本で、250 μm 以上の波長で発光率が顕著に低下しており、特に 500 μm で顕著である。これは、SPIRE がより深く、冷たい表面下層を覗き込んでいることを示し、氷内に不純物が存在することでミリ波長域での吸収が増幅されている可能性を示唆している。