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

M. Mommert, A. W. Harris+19 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Feb 16, 2012

Astro and Planetary Science参考文献 97被引用 41

一句话总结

本研究利用赫歇尔空间望远镜PACS的远红外测光数据，对18颗古柏带天体（Plutinos）进行了物理特性表征，推导出其直径、反照率及热物理性质。研究发现其加权平均反照率为0.08±0.03，确认120–400 km天体的累积大小分布幂律指数q=2，更大天体的q=3，并识别出冥王星因反照率高且热行为复杂，成为显著异常值。

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.

研究动机与目标

• 利用赫歇尔空间望远镜的远红外测光数据，测定18颗古柏带天体的物理特性。
• 基于实测反照率与直径，校准古柏带天体的尺寸尺度，以提升群体统计精度。
• 探究反照率、直径、日心距离、轨道元素及表面组成之间的相关性。
• 评估观测偏差对所探测古柏带天体群体的影响，并解释大小分布特征。
• 改进双小行星系统1999 TC36的尺寸估计，并推导其体密度。

提出的方法

• 利用赫歇尔PACS仪器在70、100和160 μm波段进行远红外测光，测量古柏带天体的热辐射。
• 应用浮动-η热模型推导直径与反照率，考虑热惯量与表面特性。
• 利用热模型校正非均匀热辐射，估算有效温度。
• 计算累积大小分布，并对大小分布数据拟合幂律指数（q）。
• 将反照率与直径分布与轨道参数及日心距离进行比较，以检测偏差。
• 分析光谱数据以评估表面组成，特别是水冰的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于赫歇尔PACS测光数据，18颗古柏带天体的直径与反照率分别是多少？
• RQ2 古柏带天体的大小分布如何与其它 trans-Neptunian 天体群体比较？这对其动力学演化有何启示？
• RQ3 是否存在反照率与物理特性（如直径、H星等）或轨道元素之间的相关性？
• RQ4 观测偏差（如探测灵敏度或几何效应）在多大程度上导致了所观测到的相关性？
• RQ5 多星系统1999 TC36的体密度是多少？其各组分尺寸如何比较？

主要发现

• 该古柏带天体样本的直径范围为150–730 km，反照率范围为0.04–0.28，加权平均反照率为0.08±0.03。
• 中等尺寸古柏带天体（120–400 km）的累积大小分布幂律指数q=2，而更大天体（D>400 km）的q=3。
• 大小分布拐点的上限估计为120 km，表明碰撞演化过程存在转变。
• 该样本的加权平均浮动-η值为1.11⁻⁰.¹⁹⁺⁰.¹⁸，与经典值1.20±0.35一致。
• 1999 TC36的组分估计直径为dA1=272⁻¹⁹⁺¹⁷ km，dA2=251⁻¹⁷⁺¹⁶ km，dB=132⁻⁹⁺⁸ km，体密度为0.64⁻⁰.¹¹⁺⁰.¹⁵ g cm⁻³。
• 由于反照率高且热行为复杂，冥王星被识别为显著异常值，其特性使标准热模型假设失效。