[论文解读] An ALMA search for high albedo objects among the mid-sized Jupiter Trojan population

Anna M. Simpson, Michael E. Brown+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2022

Astro and Planetary Science参考文献 25被引用 5

一句话总结

本研究利用ALMA 870 µm热辐射发射与同时期的光学测光数据，测量了15–40 km大小的木星特洛伊小行星的直径与反照率，发现多个中等大小天体具有高反照率，且该结果被ALMA与WISE独立证实。结果表明，这些高反照率天体很可能是近期碰撞事件产生的碎片，暴露出其冰质内部，与碰撞模型预测在该尺寸范围存在此类碎片的结论一致。

ABSTRACT

We use ALMA measurements of 870 $\mu$m thermal emission from a sample of mid-sized (15-40 km diameter) Jupiter Trojan asteroids to search for high albedo objects in this population. We calculate the diameters and albedos of each object using a thermal model which also incorporates {contemporaneous} Zwicky Transient Facility photometry to accurately measure the absolute magnitude at the time of the ALMA observation. We find that while many albedos are lower than reported from WISE, several small Trojans have high albedos independently measured both from ALMA and from WISE. The number of these high albedo objects is approximately consistent with expectations of the number of objects that recently have undergone large-scale impacts, suggesting that the interiors of freshly-crated Jupiter Trojans could contain high albedo materials such as ices.

研究动机与目标

• 利用ALMA热辐射测量识别15–40 km大小的木星特洛伊小行星中高反照率天体。
• 通过结合ALMA数据与同时期的兹威克瞬变设施（Zwicky Transient Facility, ZTF）光学测光数据，提高反照率与直径估计的准确性，以实现观测时刻绝对星等的精确测定。
• 检验小特洛伊小行星中高反照率是否真实存在，而非WISE测量不确定性导致的伪影。
• 评估观测到的高反照率天体是否与近期灾难性撞击后暴露出冰质内部的模型一致。
• 评估这些天体作为未来光谱学研究目标的潜力，以探究特洛伊小行星内部成分。

提出的方法

• 利用阿塔卡马大型亚毫米波阵列（Atacama Large Millimeter Array, ALMA）测量15–40 km大小的木星特洛伊小行星在870 µm波段的热辐射发射。
• 应用热物理模型推导直径与反照率，结合同时期ZTF光学光曲线以确定ALMA观测时刻的绝对星等。
• 基于黑体辐射发射的辐射度建模方法，从热通量估算物理参数，最大限度减少对假设反照率或发射率的依赖。
• 将ALMA推导的反照率与WISE推导的反照率进行比较，评估一致性并识别由测量不确定性或模型假设引起的差异。
• 通过误差棒与模型敏感性测试评估反照率异常值的统计显著性，重点关注信噪比高的ALMA数据对象。
• 利用观测到的反照率分布及其尺寸依赖性，检验碰撞模型对近期撞击碎片的预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 中等大小的木星特洛伊小行星（15–40 km）是否表现出与典型群体不一致的高反照率？
• RQ2 ALMA测量的高反照率是否与WISE测量结果一致？若存在差异，是否表明WISE测量存在误差？
• RQ3 观测到的高反照率天体在统计上是否与该尺寸范围内预期的近期碰撞碎片数量一致？
• RQ4 这些天体的高反照率是否可归因于近期撞击后暴露出的冰质内部物质？
• RQ5 观测到的反照率-尺寸趋势是否支持这些天体为近期灾难性撞击碎片的假设？

主要发现

• 五组ALMA观测目标中有四组的反照率与WISE测量结果一致，证实了WISE反照率对大多数天体的可靠性。
• 一颗天体13331的反照率接近典型特洛伊小行星群体中值的两倍，且ALMA与WISE均独立测得其高反照率。
• 样本中最小的两颗天体13331与42168，其反照率约为典型特洛伊小行星反照率中值0.069的1.8倍。
• 在更小尺寸下观测到的反照率增加趋势，与碰撞模型预测一致：在20–30 km尺寸范围内，近期撞击会产生高反照率碎片尾部。
• 所发现的高反照率天体数量与碰撞模型的预期大致一致，表明存在近期暴露的冰质内部物质群体。
• 结果支持部分中等大小特洛伊小行星为近期碰撞碎片的假设，使其成为未来光谱学研究以探测特洛伊小行星内部成分的理想目标。