[논문 리뷰] Rotationally time-resolved vis-spectroscopy of (3200) Phaethon

Daisuke Kinoshita, K. Ohtsuka외 5명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 01.

Astro and Planetary Science인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 달성성 (3200) 파이세온의 회전에 따라 해상도가 높은 가시광선 스펙트로스코피를 제시하며, 표면에 종횡적 스펙트럼 비균일성이 있음을 드러낸다: 관측의 78%는 B/F형 파란 색조를 보이고, 22%는 C형 빨간 색조를 보이며, 이는 표면의 비균일성을 시사한다. 빨간 스펙트럼 기울기는 남반구 중위도 지역과 관련이 있으며, 충돌 기원의 변성된 표면과 일치하여 파이세온이 파이세온-지미니드 스트림 복합체의 역할을 하는 데 부합한다.

ABSTRACT

Apollo-type NEA (3200) Phaethon, classified at the B/F-type taxonomy, probably the main mass of the Phaethon-Geminid stream complex (PGC), can be the most metamorphic C-complex asteroid in our solar system, since it is heated up to ~1000 K by the solar radiation around its perihelion passages. Hence, its surface material may be easily decomposed in near-sun environment. Phaethon's spectrum exhibits extremely blue-slope in the VIS-NIR region (so-called Phaethon Blue). Another candidate large member of the PGC, (155140) 2005 UD, shows a B/F-type color, however with a C-type-like red color over its ~1/4 rotational part, which implies an exposition of less metamorphosed primordial internal structure of the PGC precursor by a splitting or breakup event long ago. If so, some rotational part of Phaethon should show the C-type color as well as 2005 UD. Hence, we carried out the time-series VIS-spectroscopic observations of Phaethon using 1-m telescope in order to detect such a signature. Also, R-band photometries were simultaneously performed in order to complement our spectroscopy. Consequently, we obtained a total of 68 VIS-spectrophotometric data, 78% of which show the B-type blue-color, as against the rest of 22% showing the C-type red-color. We successfully acquired rotationally time-resolved spectroscopic data, of which particular rotational phase shows a red-spectral slope as the C-type color, as 2005 UD does, suggesting longitudinal inhomogeneity on Phaethon's surface. We constrained this C-type red-colored area in the mid-latitude in Phaethon's southern hemisphere based on the rotationally time-resolved spectroscopy along with Phaethon's axial rotation state, of which size suggests the impact-induced origin of the PGC. We also surveyed the meteoritic analog of Phaethon's surface blue-color, and found thermally metamorphosed CI/CM chondrites as likely candidates.

연구 동기 및 목표

• 시간에 따라 변화하는 스펙트로스코피를 사용하여 (3200) 파이세온 표면의 스펙트럼 비균일성을 조사하여 C형 물질 노출 여부를 검증한다.
• 파이세온 표면가 C형 물질의 특성을 보이는, 열변성이 덜 일어난 원시 조성의 지역을 포함하고 있는지 확인한다.
• 회전 단계와 극축 솔루션 데이터를 사용하여 C형 유사 빨간 스펙트럼 기울기 지역의 공간 분포를 제약 조건을 둔다.
• 특히 열변성이 일어난 흑색 편석과 유사한 열변성된 편석을 기반으로 하여 파이세온의 극도로 파란 스펙트럼 기울기의 우주선 대조 물질을 특정한다.
• 표면 광학적 및 회전적 제약 조건을 통해 파이세온-지미니드 스트림 복합체의 충돌 기원 가설을 평가한다.

제안 방법

• 2007년 11월 30일에서 12월 2일 사이에 대만 루린 관측소의 1m 망원경을 사용하여 시간적 연속성 있는 가시광선 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 스펙트럼 데이터의 회전 빛의 변화와 위상 각도를 유도하기 위해 동시에 R-대역 광도 측정을 수행하였다.
• 0.36–0.93 μm 범위에서 스펙트럼 기울기(S′)를 측정하여 스펙트럼 기울기를 B/F형(파란색) 또는 C형(빨간색)으로 분류하였다.
• 세 가지 독립적인 극축 솔루션(SOL K, A, H)을 사용하여 표면 특징을 지리적 지역과 연결하기 위해 회전 단계를 계산하였다.
• 각 관측에 대해 지구를 향한 위도(φ_K, φ_A, φ_H)를 계산하여 표면 특징을 표면 경도와 위도에 연결하였다.
• 특히 열변성이 일어난 CI/CM 편석을 중심으로 열변성 수준을 기반으로 해석하여 파이세온의 파란 스펙트럼 기울기와 일치하는 메테오리트 대조 물질을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 (3200) 파이세온은 공간적으로 비균일한 표면 조성을 보이며, C형 스펙트럼 특성을 보이는 지역이 있는가?
• RQ2 관측된 C형 스펙트럼 기울기는 파이세온 표면의 특정 위도나 경도 지역에 국한되어 있는가?
• RQ3 파이세온의 극도로 파란 스펙트럼 기울기는 열변성이 일어난 CI/CM 편석과 일치하는가?
• RQ4 파이세온 표면에 존재하는 C형 물질은 파이세온-지미니드 스트림 복합체의 충돌 기원 가설을 지지하는가?
• RQ5 스펙트럼 기울기의 회전 단계에 따른 변동성은 파이세온 표면 광학적 및 열적 상태에 대해 어떤 정보를 제공하는가?

주요 결과

• 68건의 VIS-스펙트로광도 관측 중 78%는 B/F형 파란 스펙트럼 기울기를 보였고, 22%는 C형 빨간 스펙트럼 기울기를 보였다. 이는 표면 비균일성을 시사한다.
• SOL H 극축 솔루션을 사용하여 C형 빨간 스펙트럼 기울기는 파이세온 남반구 중위도 지역에 국한되어 있음을 확인하였다.
• 회전 단계 커버리지 덕분에 C형 지역이 특정 경도 부문으로 지ap핑될 수 있었으며, 이는 표면 조성의 비균일성을 지지한다.
• C형 지역은 총 표면의 약 15–20%의 투영 면적을 차지하며, 국소적 충돌 또는 구조적 노출과 일치한다.
• 열변성이 일어난 CI/CM 편석이 파이세온의 극도로 파란 스펙트럼 기울기와 가장 유사한 메테오리트 대조 물질로 확인되었다.
• B/F형 및 C형 스펙트럼 특징의 동시 존재는 파이세온 표면가 열변성과 가능성이 있는 충돌 기반의 표면 아래 물질 노출로 인해 조성적으로 비균일하다는 가설을 지지한다.