[論文レビュー] A family portrait of disk inner rims around Herbig Ae/Be stars: Hunting for warps, rings, self shadowing, and misalignments in the inner astronomical units

J. Kluska, Jean-Philippe Berger+26 more|Lirias (KU Leuven)|Apr 3, 2020

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 89被引用数 9

ひとこと要約

PIONIERを用いた近赤外干渉計法によりVLTIで実施したこの研究では、15個のヘルビッヒAe/Be星の惑星形成円盤の内側縁をミリアーキセコンド解像度でモデルに依存しない画像に再構成した。その結果、40%が中心対称的発光を示し、30%が傾いた円盤による非対称的発光を示し、27%が非軸対称的かつおそらく時間的に変化する構造を示した—これは歪み、不安定性、または同伴星の存在を示唆するものである。一方、内側縁を越えて広がる発光は検出されなかった。

ABSTRACT

The innermost astronomical unit in protoplanetary disks is a key region for stellar and planet formation, as exoplanet searches have shown a large occurrence of close-in planets that are located within the first au around their host star. We aim to reveal the morphology of the disk inner rim using near-infrared interferometric observations with milli-arcsecond resolution provided by infrared interferometry. We provide reconstructed images of 15 objects selected from the Herbig AeBe survey carried out with PIONIER at the VLTI, using SPARCO. We find that 40% of the systems are centrosymmetric at the angular resolution of the observations. For the rest of the objects, we find evidence for asymmetric emission due to moderate-to-strong inclination of a disk-like structure for 30% of the objects and noncentrosymmetric morphology due to a nonaxisymmetric and possibly variable environment (30%). Among the systems with a disk-like structure, 20% show a resolved dust-free cavity. The image reconstruction process is a powerful tool to reveal complex disk inner rim morphologies. At the angular resolution reached by near-infrared interferometric observations, most of the images are compatible with a centrally peaked emission (no cavity). For the most resolved targets, image reconstruction reveals morphologies that cannot be reproduced by generic parametric models. Moreover, the nonaxisymmetric disks show that the spatial resolution probed by optical interferometers makes the observations of the near-infrared emission sensitive to temporal evolution with a time-scale down to a few weeks. The evidence of nonaxisymmetric emission that cannot be explained by simple inclination and radiative transfer effects requires alternative explanations, such as a warping of the inner disks. Interferometric observations can, therefore, be used to follow the evolution of the asymmetry of those disks at a sub-au scale.

研究の動機と目的

• ヘリビッヒAe/Be星の周囲で最初の天体力学的単位（1 au）以内の原始惑星円盤内側縁の形態を調査すること。
• パラメトリックモデル化の限界を克服するため、モデルに依存しない画像再構成技術を用いること。
• 非軸対称的構造、歪み、空洞、およびずれを、内側円盤領域で検出し、特徴づけること。
• 時間的変動と動的進化が干渉計画像再構成に与える影響を評価すること。
• 観測された非対称性と、円盤の歪み、渦、または同伴星といった物理的メカニズムとの関連を調査すること。

提案手法

• ミリアーキセコンド解像度を達成するため、非常に大型望遠鏡干渉計（VLTI）でPIONIERを用いた近赤外マルチ望遠鏡干渉計法を採用した。
• 色度を持つ対象物のための半パラメトリック画像再構成法（SPARCO）を適用し、モデルに依存しない円盤内側縁の画像を生成した。
• Hバンド、Kバンド、Lバンド、Mバンド、Nバンドの全波長域で一貫した、多波長分析フレームワークを用いて画像を再構成・解釈した。
• 1.5〜13ミクロンの範囲における可視度およびスペクトルエネルギー分布（SED）のフィッティングを組み合わせ、チリの組成、粒子サイズ、鉱物学的性質を制約した。
• GRAVITYの偏光能力を統合し、散乱光をプローブし、内側円盤環境におけるコントラストを向上させた。
• 時間分解観測を実施し、特に非対称系において、数週間のスケールでの動的進化を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モデルに依存しない画像化によって明らかにされた、ヘリビッヒAe/Be星の円盤内側縁の真の形態は何か？
• RQ2 観測された内側円盤の非対称性は、どれほど傾きの効果に起因し、どれほど非軸対称的構造（歪みや渦など）に起因するのか？
• RQ3 これらの円盤の最も内側領域（1 au以内）に、検出可能なチリのない空洞やギャップが存在するか？
• RQ4 内側と外側の円盤成分の間のずれが干渉計データにどのように現れ、独立的に確認可能か？
• RQ5 干渉計観測により、数週間のスケールで内側円盤構造の時間的変動を解像できるか？

主な発見

• 観測された15系統のうち40%（6/15）が、中心対称的発光を示し、中心にピークを持つ、空洞のない内側円盤形態と整合的である。
• 30%（5/15）が、中程度から強い傾きを示す円盤的構造に起因する非対称的発光を示し、幾何的投影効果を示している。
• 27%（4/15）が、非軸対称的かつおそらく時間的に変化する形態を示し、不安定性、歪み、または同伴星の存在を示唆している。
• 3系統（20%）が、解像されたチリのない空洞を示し、最も内側領域での惑星形成またはクリアランスプロセスの兆候を示している。
• 内側縁を越えて広がる発光は検出されず、内側円盤構造が数天文単位以内に限定されていることを示唆している。
• HD100453およびHD142527で円盤のずれの証拠が確認され、HD100546で潜在的な歪みが同定され、HD150193で可能性のあるずれが示唆された。