OISTER

太陽系小天体の偏光観測
黒田大介(岡山/NAOJ), 石黒正晃(ソウル大),秋田谷洋(広島大), 渡辺誠, 合田周平, 今井正尭(北大),長谷川直(ISAS/JAXA), 関口朋彦(北教大),臼井文彦(東大), 花山秀和(石垣島/NAOJ),OISTER collaboration
2015/11/12
第6回光赤外線天文学大学間連携WS@三鷹OISTER

本講演の概要p OISTERキャンペーン観測として実施した209P/LINEARの偏光観測(Kuroda et al., 2015, ApJ, accepted.)の報告.

p その後共同研究として行った小惑星1998KU2の偏光観測の解析結果

p 太陽系天体観測に関して、望遠鏡の機能追加のお願い

OISTEROISTERによる観測
p 石黒正晃(ソウル大学)をPIとして、209Pの測光・偏光をキャンペーン観測として提案した.
p 測光観測は石垣島、西はりま、岡山50cmを主体に実施。

測光観測結果はIshiguro et al., 2015, ApJL, 798, L34として出版済み.
p 4-5月の偏光観測は広島大(HONIR)、北大(MSI)にて実施。

偏光観測結果はKuroda et al., 2015, ApJ, accepted

本講演ではこの偏光観測について報告する.

OISTER

209P/LINEAR
p 2004/2/3に小惑星としてLincoln Near-Earth Asteroid Research(LINEAR)で発見。5/30に尾が観測され彗星として登録.
p 不活性な彗星 → 小惑星に近い.
p 2014/5/6に近日点を通過し、5/29に地球から0.055AUまで接近した.

Ishiguro et al., 2015

OISTER

209P/LINERAの偏光観測(目的)p 目的

彗星核の最大偏光度を算出する.
p その背景・最大偏光度は位相角90度付近.
・位相角が小さいほど明るい.
・コマに覆われ核との分離は難しい.

彗星のポンチ絵が欲しい

99.2度まで~11.0 Vmag
ごく低活性OISTER

散乱面と太陽位相角αp 太陽系小天体の観測は、小天体表面に照射された太陽光の反射光を測定している。
p 太陽、小天体、観測者のなす角度を太陽位相角といい、phase angle あるいは α で表す。この値は、3者の位置関係によって常に変化する。

IPr =I⊥ − I!

小天体

反射光 (偏光)I∥I⊥ + I!

Pr: 偏光度θr: 偏光方位角θr
散乱面太陽観測者

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太陽系小天体の直線偏光度と偏光方位角p 太陽系小天体の場合は、散乱面の方位角φを用いて散乱面からみた偏光度Prと偏光方位角θrに変換して比較する(Zellner & Gradie, 1976 )Pr =P⊥ − P!
P⊥ + P!

= P cos(2θr ),θr = θ − (φ ± 90" ), 0" ≤ φ ≤ 180"
p 直線偏光度Pと直線偏光方位角θは、観測データからストークスパラメータQ,U,Iを用いて以下の式で求める。

⎛ Q ⎞2 ⎛ U ⎞2
1 −1 ⎛ U ⎞P = ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ , θ = tan ⎜ ⎟⎝I⎠ ⎝I⎠
2⎝Q⎠

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209P/LINERAの偏光観測(観測と結果)
p 209Pの偏光観測とその解析結果

アパーチャサイズ1-5xFWHMで、それぞれ偏光度と偏光方位角を算出
Date

Filter Inst.

α[°] Pr[%] σPr[%] θr[°]σθr[°]

2014/04/23 Rc

HONIR 83.5

27.8 4.8

0.9 4.9

2014/04/23 JHONIR 83.5

30.1 5.5

175.1 5.1

2014/05/01 Rc

HONIR 89.9

28.5 5.8

1.1 5.8

2014/05/01 JHONIR 89.9

23.7 6.5

2.2 7.9

2014/05/04 Rc

MSI92.2

29.56 0.24

−1.76 0.27

2014/05/17 Rc

HONIR 99.4

30.0 1.9-4.1 1.8

2014/05/19 Rc

MSI

30.30 0.13

-1.12 0.18

99.5

アパーチャを5種類変えて測定しているが、3xFWHMの値のみ表示.

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209P核の偏光度の導出
p コマと核の偏光度はフラックス比に比例していると仮定.

・彗星のradial profile(図中赤丸)を測定する.
・核は点源として観測されるので、PSFは恒星と同様である.
2014/5/4

2014/5/19

OISTER

209P核の偏光度の導出(核フラックス推定)
p 彗星核のフラックス推定.
・核のみの等級は測光モニター(Ishiguro+2015)から算出する.

・換算等級と恒星PSFから、アパーチャごとに核のフラックスを導出

R = 16.24 ± 0.04α [mag]σ R : ±0.26 [mag]Ishiguro et al., 2015

P = (Pn − Pc )fn c + PcPn: 核偏光度, Pc: コマ偏光度

OISTER

209P核の偏光度と偏光方位角p 移動天体追尾ができた北大MSIのデータのみ使用

位相角核偏光度

α =92°.2+1.3
Pn = 30.3−0.9%

α =99°.5+1.0
Pn = 31.0−0.7%

コマ偏光度+0.4
Pc = 28.8−0.4%+0.3
Pc = 29.6−0.3%

エラーバーには、核の等級換算エラー(0.3mag)を含み、フラックス比が1以上にならない範囲で算出した.
位相角90度付近で、彗星核の偏光度を導出した例は、2P/Encke (34.9%: Jockers et al., 2005, 11%: Jewitt 2004)のみ.
どちらも狭帯域フィルタを使用している.

OISTER

彗星の偏光度-位相角プロットp 彗星の位相角-偏光度プロット

・大きく2つのグループに分けられる.
・位相角80度以上のデータ点を特にプロットした

Dust-richGas-rich~Gas contami.

過去の研究と比べ、偏光度はやや高め？

OISTER

209Pの分光観測
p 偏光度に影響を与えるガスのコンタミの有無を確認。

・西はりま天文台MALLSによる低分散分光観測を実施した。

・主要な輝線はまったく検出されなかった。
検出できるレベルのガスコンタミはない

エアマスマッチングが不完全でありコンティニュームを引き算してある。

OISTER

Lumme and Muinoen function
p 位相角-偏光度の変化を表す経験式

Lumme and Muinoen function:
α c2c1
P(α) = b(sin α) (cos ) sin(α − α 0 )2Goidet-Devel et al. 1995; Penttilä et al. 2005

b,c1,c2,a0: constant parameters
p 我々の観測データは少ないので、過去の同種の天体と合わせて、この関数から偏光度の最大値Pmaxとその時の位相角αmaxを得た。

OISTER

209P 核のPmaxとαmax
p 位相角と偏光度のプロット

・核~小惑星と考え、過去の研究データ(α > 60度)をプロット
・低位相角部分は、低アルベド(< 0.1)の小惑星データを利用

Pmax = 30.8%
α max = 96!
albedo = 0.05+0.03−0.02

OISTER

Pmaxとalbedo
p Pmaxが得られた小惑星は4天体しかなく、アルベドは0.3以上であった。今回初めて低アルベドのPmaxが得られた。

160µm grain

1-4µm grain

実線: Dollfus 1998
破線: Shevchenko & Skobeleva 1995

OISTER

209P/LINERAの偏光観測まとめ
1.

RcとJの偏光度に顕著な差はなかった

2.

彗星核およびダストコマは、共に高い偏光度を示した.

3.

核Pmax= 30.8% , コマPmax= 29.6%が得られた.

4.

コマのPmaxの値は、既知のdust-richな彗星に近い

5.

核Pmaxとアルベドの関係は、1-100mmのレゴリス粒子があるとすれば良い一致を示す

OISTER

太陽系小天体の最大偏光度p 偏光度40%以上の天体はないといいましたが..嘘でした.
p 石黒(ソウル大)を中心とする我々のグループでは、共同研究ベースで北海道大学MSIを使った太陽系小天体の偏光観測を継続している.
p 今夏に観測した1998KU2という小惑星は、これまでにない極めて高い偏光度を持つことが分かった.

OISTER

小惑星 (152679) 1998KU2
特徴
p 小惑星の中でF型(C型のサブグループCb)に分類される。
p WISEによるアルベド0.018(Mainzer et al., 2012)と暗い小惑星のひとつ。
p 2008TC3(Almahata Sitta隕石)の母天体の可能性.
p 位相角が81度まで達するので観測を行った。
p その結果、Pr = 44.4±0.8%、外挿から求めたPmax=60%.

OISTER

1998KU2 位相角-偏光度プロットpreliminary

2P核

2100
その他のF型小惑星OISTER

Pmaxとalbedo

preliminary

160µm grain

1-4µm grain

OISTER

今後の計画

p 我々のグループでは、引き続き太陽系小天体の偏光観測を行って行きたいと考えている.
p ぜひ、移動天体追尾の導入を検討していただきたい.

N社製望遠鏡であれば、比較的簡単に実現できる.