[논문 리뷰] TNOs are Cool: A survey of the trans-Neptunian region V. Physical characterization of 18 Plutinos using Herschel PACS observations

M. Mommert, A. W. Harris외 19명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2012. 02. 16.

Astro and Planetary Science참고 문헌 97인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 허셜 패스 포토메트리 데이터를 활용하여 18개의 플루토이드의 물리적 특성을 규명하며, 지름, 반사율, 열적 성질을 도출한다. 연구 결과, 가중 평균 반사율은 0.08±0.03으로 도출되었으며, 120–400 km 크기의 천체에 대해서는 누적 크기 분포 지수 q=2, 더 큰 천체에 대해서는 q=3로 확인되었다. 또한, 높은 반사율과 복잡한 열적 거동으로 인해 Pluto는 뚜렷한 이방성 천체로 규명되었다.

ABSTRACT

We present Herschel PACS photometry of 18 Plutinos and determine sizes and albedos for these objects using thermal modeling. We analyze our results for correlations, draw conclusions on the Plutino size distribution, and compare to earlier results. Flux densities are derived from PACS mini scan-maps using specialized data reduction and photometry methods. In order to improve the quality of our results, we combine our PACS data with existing Spitzer MIPS data where possible, and refine existing absolute magnitudes for the targets. The physical characterization of our sample is done using a thermal model. Uncertainties of the physical parameters are derived using customized Monte Carlo methods. The correlation analysis is performed using a bootstrap Spearman rank analysis. We find the sizes of our Plutinos to range from 150 to 730 km and geometric albedos to vary between 0.04 and 0.28. The average albedo of the sample is 0.08 \pm 0.03, which is comparable to the mean albedo of Centaurs, Jupiter Family comets and other Trans-Neptunian Objects. We were able to calibrate the Plutino size scale for the first time and find the cumulative Plutino size distribution to be best fit using a cumulative power law with q = 2 at sizes ranging from 120-400 km and q = 3 at larger sizes. We revise the bulk density of 1999 TC36 and find a density of 0.64 (+0.15/-0.11) g cm-3. On the basis of a modified Spearman rank analysis technique our Plutino sample appears to be biased with respect to object size but unbiased with respect to albedo. Furthermore, we find biases based on geometrical aspects and color in our sample. There is qualitative evidence that icy Plutinos have higher albedos than the average of the sample.

연구 동기 및 목표

• 허셜 우주망원경의 적외선 원거리 포토메트리 데이터를 활용하여 18개의 플루토이드의 물리적 성질을 규명하는 것.
• 측정된 반사율과 지름을 기반으로 플루토이드의 크기 척도를 校정하여 집단 통계를 향상시키는 것.
• 반사율, 지름, 태양계 중심 거리, 궤도 요소, 표면 조성 간의 상관관계를 조사하는 것.
• 관측 편향이 검출된 플루토이드 집단에 미치는 영향과 크기 분포 특징을 분석하는 것.
• 이중 시스템 1999 TC36의 크기 추정치를 정교화하고 부피 밀도를 도출하는 것.

제안 방법

• 플루토이드의 열복사 방출을 측정하기 위해 허셜 패스 기구를 이용해 70, 100, 160 μm에서 적외선 원거리 포토메트리를 수행하였다.
• 플로팅-η 열모델을 적용하여 열관성 및 표면 성질을 고려한 지름과 반사율을 도출하였다.
• 열모델을 활용해 비균일한 열복사 방출을 보정하고 효과적 온도를 추정하였다.
• 누적 크기 분포를 계산하고 크기 분포 데이터에 대해 등급형 지수(q)를 피팅하였다.
• 반사율과 지름 분포를 궤도 파arameter 및 태양계 중심 거리와 비교하여 편향을 탐지하였다.
• 스펙트럼 데이터를 분석하여 표면 조성, 특히 수분 얼음 존재 여부를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허셜 패스 포토메트리 데이터를 통해 유도된 18개의 플루토이드의 지름과 반사율은 무엇인가?
• RQ2 플루토이드의 크기 분포는 다른 해왕성 외부 천체 집단과 비교해 어떻게 다른가? 이는 그들의 동역학적 진화에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 반사율과 지름, H magnitude, 궤도 요소 등의 물리적 성질 간에 상관관계가 존재하는가?
• RQ4 관측 편향(예: 탐지 민감도 또는 기하학적 효과 등)이 관측된 상관관계에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ5 다중 시스템 1999 TC36의 부피 밀도는 얼마이며, 구성 성분의 크기는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 플루토이드 샘플의 지름 범위는 150–730 km, 반사율은 0.04–0.28이며, 가중 평균 반사율은 0.08±0.03이다.
• 중간 크기 플루토이드(120–400 km)는 누적 크기 분포 지수 q=2를 따르며, 더 큰 천체(D>400 km)는 q=3를 따른다.
• 크기 분포의 '굽힘' 지점의 상한 크기로는 약 120 km로 추정되며, 이는 충돌 진화의 전환점임을 시사한다.
• 샘플의 가중 평균 플로팅-η 값은 1.11⁻⁰.¹⁹⁺⁰.¹⁸로, 기존의 표준 값 1.20±0.35와 일치한다.
• 1999 TC36의 구성 성분은 각각 dA1=272⁻¹⁹⁺¹⁷ km, dA2=251⁻¹⁷⁺¹⁶ km, dB=132⁻⁹⁺⁸ km로 추정되었으며, 부피 밀도는 0.64⁻⁰.¹¹⁺⁰.¹⁵ g cm⁻³로 도출되었다.
• Pluto는 높은 반사율과 복잡한 열적 거동으로 인해 표준 열모델 가정을 위반하므로 뚜렷한 이방성 천체로 규명되었다.