[論文レビュー] "TNOs are Cool": A Survey of the Transneptunian Region IV. Size/albedo characterization of 15 scattered disk and detached objects observed with Herschel Space Observatory-PACS

P. Santos-Sanz, E. Lellouch+21 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2012

Astro and Planetary Science参考文献 3被引用数 59

ひとこと要約

本研究では、ハーシェル宇宙望遠鏡-PACSおよびスパイitzer-MIPSの赤外線光度測定を用いて、15個の散乱円盤および分離型冥王星外小惑星の熱的モデルを導出し、そのサイズ、幾何アルベド、およびビーミング係数を決定した。主な結果として、アルベドと直径の顕著な相関（明るく、大きな物体はより反射的である）が得られ、さらにアルベドと近日点距離との正の相関が確認され、昇華または宇宙天候による表面進化の可能性が示唆された。

ABSTRACT

Physical characterization of Trans-Neptunian objects, a primitive population of the outer solar system, may provide constraints on their formation and evolution. The goal of this work is to characterize a set of 15 scattered disk (SDOs) and detached objects, in terms of their size, albedo, and thermal properties. Thermal flux measurements obtained with the Herschel-PACS instrument at 70, 100 and 160 μm, and whenever applicable, with Spitzer-MIPS at 24 and 70 μm, are modeled with radiometric techniques, in order to derive the objects' individual size, albedo and when possible beaming factor. Error bars are obtained from a Monte-Carlo approach. We look for correlations between these and other physical and orbital parameters. Diameters obtained for our sample range from 100 to 2400 km, and the geometric albedos (in V band) vary from 3.8 % to 84.5 %. The unweighted mean V geometric albedo for the whole sample is 11.2 % (excluding Eris); 6.9 % for the SDOs, and 17.0 % for the detached objects (excluding Eris). We obtain new bulk densities for three binary systems: Ceto/Phorcys, Typhon/Echidna and Eris/Dysnomia. Apart from correlations clearly due to observational bias, we find significant correlations between albedo and diameter (more reflective objects being bigger), and between albedo, diameter and perihelion distance (brighter and bigger objects having larger perihelia). We discuss possible explanations for these correlations.

研究の動機と目的

• 熱赤外線観測を用いて、15個の散乱円盤および分離型冥王星外小惑星の物理的性質（サイズ、アルベド、熱的挙動）を特定すること。
• 公軌道および物理的パラメータが表面アルベドおよび熱放射に与える影響、特に太陽からの距離および近日点との関係を評価すること。
• 新たに導出されたサイズと既存の質量測定値を組み合わせて、3つの二重TNO系の体積密度を改善すること。
• アルベド、直径、近日点距離の間の相関を調査し、物理的要因または観測バイアスによるものかどうかを検証すること。
• 誤差の伝播をモンテカルロシミュレーションを用いて行う一貫性のある放射計測モデルを用いて、過去のアルベドおよびサイズの推定値を検証・精緻化すること。

提案手法

• 70、100、160 μmのハーシェル-PACSからの熱放射測定値を入力データとして用い、必要に応じてスパイitzer-MIPS（24および70 μm）の測定値を補足した。
• 標準熱的モデル（STM）を用い、太陽と熱的平衡状態にある球形の天体を仮定して、観測された熱放射をフィットする放射計測モデルを適用した。ビーミング係数ηを含む。
• 測定誤差およびモデルパラメータの不確実性を伝播させるためにモンテカルロシミュレーションを用い、直径、アルベド、ビーミング係数の誤差範囲を算出した。
• 7個の天体についてビーミング係数ηを熱的フィットから導出し、1.02から1.48の範囲にあり、低熱的インertiaおよび多孔質のリグリス表面を示唆した。
• Ceto/Phorcys、Typhon/Echidna、Eris/Dysnomiaの3つの二重系について、新しいサイズ推定値と既存の質量測定値を組み合わせて体積密度を再計算した。
• アルベド、直径、近日点距離の間の相関の統計的有意性を評価するために、誤差付きのスピアマン順位相関検定を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハーシェル-PACSで観測された散乱円盤および分離型冥王星外小惑星のサイズおよび幾何アルベドの分布はどのようなものか？
• RQ2 これらの天体のアルベドおよびサイズは近日点距離とどのように相関しているか。その相関を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 Ceto/Phorcys、Typhon/Echidna、Eris/Dysnomiaの二重系の体積密度は、更新されたサイズ推定値に基づいてどのようになるか？
• RQ4 導出されたビーミング係数は、過去のスパイザー結果とどのように比較できるか。表面熱的性質に何を示唆するか？
• RQ5 アルベド、直径、近日点距離の間の観測された相関は、観測バイアスによるものか、物理的プロセスによるものか、どちらが主因か？

主な発見

• 15個の天体の直径は100 kmから2400 kmの範囲にあり、非常に均一な分布を示したが、発見バイアスのためSDOと分離型天体に差がある可能性がある。
• Vバンド幾何アルベドは3.8%から84.5%の範囲にあり、全サンプル（Erisを除く）の無重み平均は11.2%、SDOは6.9%、分離型は17.0%であった。
• 2007 OR10の最初のサイズおよびアルベド推定値が得られた：D = 1280 ± 210 km、pR = 18.5+7.6−5.2%。これはQuaoarに類似た表面組成を示唆した。
• 3つの二重系の体積密度を再推定した：Ceto/Phorcysは0.64+0.16−0.13 g cm⁻³、Typhon/Echidnaは0.36+0.08−0.07 g cm⁻³、Eris/Dysnomiaは2.40+0.46−0.37 g cm⁻³であった。
• ビーミング係数ηの重み付き平均は1.14 ± 0.15であり、低熱的インertiaおよび多孔質のリグリス的表面と整合的で、スパイザーの結果とも一致した。
• アルベドと直径、アルベドと近日点距離との間で顕著な正の相関が確認され、より大きく、より遠方の天体が明るい氷をより効果的に保持している可能性が示唆された。これは、昇華や宇宙天候の影響が小さいための可能性がある。