[論文レビュー] TNOs are Cool: a survey of the Transneptunian Region XII. Thermal light curves of Haumea, 2003 VS2 and 2003 AZ84 with Herschel Space Observatory-PACS

P. Santos-Sanz, E. Lellouch+11 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2017

Astro and Planetary Science参考文献 60被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、ハワイアの矮星惑星および2つのプラウトイン（2003 VS2 および 2003 AZ84）の熱的光曲線を、ハレー宇宙望遠鏡-PACSの70–160 µmデータを用いて分析した。時間分解能のある熱放射に熱物理学的モデルを適用することで、表面の熱インert性、アリデュード、回転方位を制約し、ハワイアでは極めて低い熱インダクタンス（<0.5 MKS）を確認した。これは、トランスネプチュニアン小惑星の一般的な傾向と一致しており、放射熱伝導が支配的である多孔質な氷の表面堆積物を支持するものである。

ABSTRACT

Time series observations of the dwarf planet Haumea and the Plutinos 2003VS2 and 2003AZ84 with Herschel/PACS are presented in this work. Thermal emission of these trans-Neptunian objects were acquired as part of the TNOs are Cool Herschel Space Observatory key programme. We search for the thermal light curves at 100 and 160um of Haumea and 2003AZ84, and at 70 and 160um for 2003VS2 by means of photometric analysis of the PACS data. The goal of this work is to use these thermal light curves to obtain physical and thermophysical properties of these icy Solar System bodies. Haumea's thermal light curve is clearly detected at 100 and 160um. The effect of the reported dark spot is apparent at 100um. Different thermophysical models were applied to these light curves, varying the thermophysical properties of the surface within and outside the spot. Although no model gives a perfect fit to the thermal observations, results imply an extremely low thermal inertia (&lt; 0.5 MKS) and a high phase integral (&gt; 0.73) for Haumea's surface. We note that the dark spot region appears to be only weakly different from the rest of the object, with modest changes in thermal inertia and/or phase integral. The thermal light curve of 2003VS2 is not firmly detected at 70 and at 160um but a thermal inertia of 2+/-0.5 MKS can be derived from these data. The thermal light curve of 2003AZ84 is not firmly detected at 100um. We apply a thermophysical model to the mean thermal fluxes and to all the Herschel/PACS and Spitzer/MIPS thermal data of 2003AZ84, obtaining a close to pole-on orientation as the most likely for this TNO. For the three TNOs, the thermal inertias derived from light curve analyses or from the thermophysical analysis of the mean thermal fluxes confirm the generally small or very small surface thermal inertias of the TNO population, which is consistent with a statistical mean value of 2.5+/-0.5 MKS.

研究の動機と目的

• 時間分解能のある熱放射データを用いて、海王星外小惑星（TNO）の熱的性質を特定すること。
• 光学的光曲線と熱的光曲線を比較することで、TNOの光度変動が表面アルベドの差異や形状の変化に起因するかどうかを調査すること。
• 熱的光曲線の熱物理学的モデリングを通じて、熱インダクタンス、位相積分、表面粗さを制約すること。
• 熱フラックスの変動に基づいて、TNOの回転方位と表面組成を推定すること。
• TNOにおける低熱インダクタンスが、放射熱伝導が支配的である多孔質で微細な氷の表面堆積物に起因するという仮説を検証すること。

提案手法

• ハレー/PACSの70、100、160 µmにおける時間系列の光度解析により、ハワイア、2003 VS2、2003 AZ84の熱的光曲線を抽出する。
• 熱物理学的モデルを適用し、表面熱インダクタンス、アルベド（位相積分）、粗さを変化させて熱的光曲線にフィットさせる。
• 熱的光曲線にフーリエ解析を適用し、周期的変動を検出し、光学的光曲線と照合する。
• ハレー/PACSとスパイトル/MIPSの平均熱フラックスを統合して、回転方位と熱的性質を制約する。
• 放射熱伝導効果と温度依存の比熱をモデルに組み込み、観測された熱インダクタンスの傾向を説明する。
• モデルのフィットと観測データの比較を行い、特にハワイアの暗いスポットのような個別の表面領域を別々にモデリングすることで、熱的性質の局所的変動を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハワイアの表面における熱インダクタンスは何か？ また、その暗いスポットと他の領域との間でどのように変動するか？
• RQ2 2003 VS2の熱的光曲線には検出可能な周期性があるか？ それは表面熱的性質にどのような含意を持つのか？
• RQ3 2003 AZ84の熱的光曲線は100 µmで検出可能か？ その平均フラックスの挙動は、回転方位にどのような示唆を与えるか？
• RQ4 これらのTNOの導出された熱インダクタンスは、トランスネプチュニアン小惑星集団の統計的平均と比較してどうなるか？
• RQ5 表面の多孔質性と氷の相（非晶質対結晶）は、観測された低熱インダクタンスをどの程度説明できるか？

主な発見

• ハワイアは100および160 µmで明確に検出された熱的光曲線を示し、暗いスポットの熱インダクタンスや位相積分は表面の他の部分と比べて僅かな差異にとどまる。
• ハワイアの熱的光曲線に対する熱物理学的モデリングにより、熱インダクタンスが0.5 MKS未満であることが得られ、極めて低い表面熱インダクタンスを示している。
• ハワイアの位相積分は0.73を超えると制約され、高ボロメトリックアルベドを示唆している。
• 2003 VS2については、70または160 µmでは熱的光曲線が明確に検出されなかったが、データのフーリエ解析から熱インダクタンス(2.0 ± 0.5) MKSが導出された。
• 2003 AZ84の熱的光曲線は100 µmで明確に検出されなかったが、ハレーとスパイトルのデータを統合してモデリングした結果、ほぼ極軸上向きの回転方位（±30°以内）が支持された。
• 3つのTNOの導出された熱インダクタンス、特にハワイアの超低値は、トランスネプチュニアン集団全体における極めて低い熱インダクタンス（Γ_mean = 2.5 ± 0.5 MKS）の一般的な傾向を支持しており、放射熱伝導が支配的である多孔質で微細な氷の表面堆積物と一致している。