[論文レビュー] The Flux Distribution and Sky Density of 25th Magnitude Main Belt Asteroids

A. Heinze, Joseph Trollo+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ダークエネルギー望遠鏡（DECam）を用いたデジタルトラッキングにより、R = 25.6等まで非常に明るい小惑星を検出しており、R = 25.0等で95％の完全性に達している。R = 25.0等より明るい小惑星の天の川密度は697 ± 15個/平方度であり、明るさ分布における急激な勾配の増加が確認され、非常に小さな小惑星（約100 mまで）の数が著しく増加していることが示され、引張強度効果の理論的予測と整合的である。

ABSTRACT

Digital tracking enables telescopes to detect asteroids several times fainter than conventional techniques. We describe our optimized methodology to acquire, process, and interpret digital tracking observations, and we apply it to probe the apparent magnitude distribution of main belt asteroids fainter than any previously detected from the ground. All-night integrations with the Dark Energy Camera (DECam) yield 95\% completeness at $R$ magnitude 25.0, and useful sensitivity to $R=25.6$ mag when we use an analytical detection model to correct flux overestimation bias. In a single DECam field observed over two nights, we detect a total of 3234 distinct asteroids, of which 3123 are confirmed on both nights. At opposition from the Sun, we find a sky density of $697 \pm 15$ asteroids per square degree brighter than $R = 25.0$ mag, and $1031 \pm 23$ brighter than $R = 25.6$ mag. We agree with published results for the sky density and apparent magnitude distribution of asteroids brighter than $R=23$ mag. For a power law defined by $dN/dR \propto 10^{αR}$, we find marginally acceptable fits with a constant slope $α= 0.28 \pm 0.02$ from $R=20$ to 25.6 mag. Better fits are obtained for a broken power law with $α=0.218 \pm 0.026$ for $R=20$ to 23.5 mag, steepening to $α=0.340 \pm 0.025$ for $R = 23.5$ to 25.6 mag. The constant or steepening power law indicates asteroids fainter than $R = 23.5$ mag are abundant, contrary to some previous claims but consistent with theory.

研究の動機と目的

• 地上からこれまでに検出されたことのないほどの明るさの主小惑星の視覚的等級分布を測定すること。
• R = 25.0等より明るい主小惑星の天の川密度を特定すること。
• 非常に小さな小惑星のサイズ周頻度分布における上昇（引張強度効果による理論的予測）を検証すること。
• 主小惑星帯の衝突歴史を研究するための堅牢なデータセットを提供すること。

提案手法

• 4メートル・ブレイトン望遠鏡に搭載されたダークエネルギー望遠鏡（DECam）を用いて、デジタルトラッキングを実施し、深さのある1晩分の積算を達成した。
• 微弱な天体の測定におけるフラックス過大評価バイアスを補正するための解析的検出モデルを適用した。
• RRV法（Heinze & Metchev, 2015a; Lin et al., 2016）を用いて、検出された小惑星の正確な距離と絶対等級を計算した。
• DECamデータの画像処理とアストロメトリック補正を実施し、2晩にわたって移動する天体を同定・追跡した。
• 明るさ分布をべき乗則および折り返しべき乗則モデルにフィットさせ、勾配と潜在的な折り返し点を特定した。
• SIMBADおよびVizieRを用いて既知の小惑星カタログと照合し、2ミクロン全天サーベイ（2MASS）データとも照合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R = 25.0等より明るい主小惑星の天の川密度は何か？ また、R = 25.6等までどのように拡張するか？
• RQ2 主小惑星の明るさ分布は、非常に小さな、引張強度支配の天体が増加している兆しなし、明るさが薄くなると折り返しや急勾配を示すか？
• RQ3 R = 25.6等における小惑星のフラックス分布は、非常に小さな天体（直径約100 m）の理論的期待値とどのように比較されるか？
• RQ4 ヤルコフスキー効果などの選択的効果が、近地小惑星と比較して、非常に小さな主小惑星帯小惑星の検出可能性および分布にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 観測された明るさ分布は、単一のべき乗則よりも折り返しべき乗則でよりよく記述できるか？ これは小惑星の衝突的進化にどのような含意を持つのか？

主な発見

• R = 25.0等より明るい主小惑星の天の川密度は697 ± 15個/平方度であり、R = 25.6等より明るい密度は1031 ± 23個/平方度である。
• 明るさ分布は、折り返しべき乗則で最もよくフィットする：R = 20から23.5等ではα = 0.218 ± 0.026、R = 23.5から25.6等ではα = 0.340 ± 0.025に急激に傾斜が増加する。
• 明るさが薄くなると急勾配のべき乗則勾配が、非常に小さな小惑星（約100 mまで）の数の著しい増加を示しており、一部の先行研究とは対照的だが、理論的モデルと整合的である。
• 本研究ではR = 25.0等で95％の完全性に達しており、フラックス過大評価バイアスを補正した後も、R = 25.6等まで有用な感度を維持している。
• 2晩にわたって1つのDECamフィールドで合計3,234個の異なる小惑星が検出され、そのうち3,123個が両晩に確認された。これは検出パイプラインの高い信頼性を示している。
• 結果は、重力支配から強度支配への移行に伴い、非常に小さな主小惑星帯小惑星のサイズ周頻度分布に上昇が予測される理論モデルを支持している。