[論文レビュー] "TNOs are Cool": A survey of the trans-Neptunian region X. Analysis of classical Kuiper belt objects from Herschel and Spitzer observations

E. Vilenius, Csaba Kiss+15 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Mar 25, 2014

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、ハーシェルおよびスパイitzerの熱赤外線データを分析し、18個の古典的冥王星外小惑星（TNO）の放射度サイズ、幾何アルベド、および熱ビーミング要因を特定する。以前に発表済みの標本を再分析することで、合計44個の標本に到達した。冷たい古典的TNOは中央値として幾何アルベド0.14を示し、熱い古典的TNOの0.085よりも顕著に高い。累積サイズ分布の勾配は、熱いTNO（100–500 km）ではq = 2.3 ± 0.1、冷たいTNO（160–280 km）ではq = 5.1 ± 1.1であり、形成歴史の違いを示唆している。

ABSTRACT

The classical Kuiper belt contains objects both from a low-inclination, presumably primordial, distribution and from a high-inclination dynamically excited population. Based on a sample of classical TNOs with observations at thermal wavelengths we determine radiometric sizes, geometric albedos and thermal beaming factors as well as study sample properties of dynamically hot and cold classicals. Observations near the thermal peak of TNOs using infra-red space telescopes are combined with optical magnitudes using the radiometric technique with near-Earth asteroid thermal model (NEATM). We have determined three-band flux densities from Herschel/PACS observations at 70.0, 100.0 and 160.0 $μ$m and Spitzer/MIPS at 23.68 and 71.42 $μ$m when available. We have analysed 18 classical TNOs with previously unpublished data and re-analysed previously published targets with updated data reduction to determine their sizes and geometric albedos as well as beaming factors when data quality allows. We have combined these samples with classical TNOs with radiometric results in the literature for the analysis of sample properties of a total of 44 objects. We find a median geometric albedo for cold classical TNOs of 0.14 and for dynamically hot classical TNOs, excluding the Haumea family and dwarf planets, 0.085. We have determined the bulk densities of Borasisi-Pabu (2.1 g/cm^3), Varda-Ilmare (1.25 g/cm^3) and 2001 QC298 (1.14 g/cm^3) as well as updated previous density estimates of four targets. We have determined the slope parameter of the debiased cumulative size distribution of dynamically hot classical TNOs as q=2.3 +- 0.1 in the diameter range 100

研究の動機と目的

• 熱赤外線観測を用いて、古典的TNOの正確な物理的性質（サイズ、幾何アルベド、熱ビーミング要因）を特定すること。
• 動的冷たいおよび熱い古典的TNO集団間のアルベドおよびサイズ分布の違いを調査すること。
• 更新された放射度データを用いて、特定の連星TNO系の体積密度を改善すること。
• 以前に発表済みの標本を、改善されたフラックス密度還元法を用いて再分析し、一貫性と正確性を高めること。
• 古典的TNOの非歪み累積サイズ分布を推定し、形成モデルに与える含意を評価すること。

提案手法

• ハーシェル/PACS（70, 100, 160 μm）およびスパイitzer/MIPS（23.68, 71.42 μm）観測からの近赤外および遠赤外フラックス密度を統合する。
• 近地小惑星熱モデル（NEATM）を適用し、熱放射および光学視等級データからサイズとアルベドを導出する。
• 文献および地上観測計画から再評価された絶対視等級を用い、放射度モデリングを支援する。
• 累積サイズ分布に対して2段階の非歪み処理を実施し、観測選択効果を是正する。
• 成分の直径および質量推定値を用い、等しいアルベドおよび球形形状を仮定して、連星TNOの体積密度を導出する。
• データ品質が許容する範囲で、熱ビーミング要因および熱インertiaを分析し、表面熱的性質を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的冷たいおよび熱い古典的TNOの中央値幾何アルベドはそれぞれどれほどで、それらの差異は何か？
• RQ2 冷たいおよび熱い古典的TNOの非歪み累積サイズ分布の勾配パラメータは何か？そして、それらは形成プロセスに何を示唆するか？
• RQ3 特定の連星TNO系の体積密度はどのように比較されるか？内部構造および組成に関する示唆は何か？
• RQ4 以前に示唆されたように、古典的TNO全体で直径とアルベドに顕著な逆相関があるか？
• RQ5 更新されたフラックス密度還元処理は、以前に発表済みのTNO標本のサイズおよびアルベド推定値にどのように影響するか？

主な発見

• 冷たい古典的TNOの中央値幾何アルベドは0.14⁻⁰.⁰⁷⁺⁰.⁰⁹であり、動的熱い古典的TNO（ハウエアマ族および dwarf 星を除く）の0.085⁻⁰.⁰⁴⁵⁺⁰.⁰⁸⁴よりも顕著に高い。
• 100–500 kmの直径範囲における熱い古典的TNOの累積サイズ分布の勾配はq = 2.3 ± 0.1であり、以前に予想されたよりも急であることを示している。
• 160–280 kmの範囲における冷たい古典的TNOの推定勾配はq = 5.1 ± 1.1であり、最大サイズが小さいこと、およびより大きな太陽系距離で形成された可能性を示唆している。
• ボラサシ＝パブの体積密度は2.1⁻¹.²⁺².⁶ g cm⁻³であり、同サイズの他のTNOよりも高いが、誤差範囲内にある。
• ヴァルダ＝イルマレおよび2001 QC₂₉₈の体積密度は、それぞれ1.25⁻⁰.⁴³⁺⁰.⁴⁰ g cm⁻³および1.14⁻⁰.³⁰⁺⁰.³⁴ g cm⁻³であり、低～中程度の体積密度を示している。
• 4つのより小さなTNO（D < 400 km）の再分析により、推定体積密度は0.5～1.0 g cm⁻³に低下し、高いマクロポーラリティを示唆している。