[論文レビュー] A near-infrared interferometric survey of debris-disc stars. V. PIONIER search for variability

Steve Ertel, Denis Defrère+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2016

Astro and Planetary Science参考文献 18被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、VLTI/PIONIERを用いた複数エポックにわたる近赤外干渉測定観測を通じて、近傍の主系列星の周囲に存在する原始惑星環状ダスト過剰の持続性と変動性を検証する。多数の系で過剰が数年にわたって持続することが確認された一方、HD 7788で顕著な変動を示す最初の強力な候補と、HD 210302で一時的な候補が検出され、単一エポックの観測では固有の変動性によって過剰が見逃される可能性があることが示された。

ABSTRACT

Context: Extended circumstellar emission has been detected within a few 100 milli-arcsec around > 10% of nearby main sequence stars using near-infrared interferometry. Follow-up observations using other techniques, should they yield similar results or non-detections, can provide strong constraints on the origin of the emission. They can also reveal the variability of the phenomenon. Aims: We aim to demonstrate the persistence of the phenomenon over time scales of a few years and to search for variability of our previously detected excesses. Methods: Using VLTI/PIONIER in H band we have carried out multi-epoch observations of the stars for which a near-infrared excess was previously detected with the same observing technique and instrument. The detection rates and distribution of the excesses from our original survey and the follow-up observations are compared statistically. A search for variability of the excesses in our time series is carried out based on the level of the broadband excesses. Results: In 12 of 16 follow-up observations, an excess is re-detected with a significance of > 2 sigma, and in 7 of 16 follow-up observations significant excess (> 3 sigma) has been re-detected. We statistically demonstrate with very high confidence that the phenomenon persists for the majority of the systems. We also present the first detection of potential variability in two sources. Conclusions: We conclude that the phenomenon responsible for the excesses persists over time scales of a few years for the majority of the systems. However, we also find that variability intrinsic to a target can cause it to have no significant excess at the time of a specific observation.

研究の動機と目的

• 以前に検出された主系列星周囲の近赤外過剰が数年の時間スケールで持続するかどうかを検証すること。
• 繰り返し干渉測定観測を用いて、個々の星のブロードバンド過剰の変動性を探索すること。
• 単一エポックの観測がダスト過剰を信頼性高く検出できるかどうか、または変動性が偽の非検出を引き起こす可能性があるかどうかを評価すること。
• 以前に過剰が検出された16個の星のサンプルにおいて、過剰再検出の統計的有意性と潜在的変動性を評価すること。
• 機器的またはキャリブレーション効果が過剰信号の見かけの変動を模倣する可能性があるかどうかを検討すること。

提案手法

• 16個の星に対して、以前に近赤外過剰が検出された星を対象に、VLTI/PIONIERを用いたHバンドでの複数エポック観測が実施された。
• 各科学的対象星は1晩に3回観測され、可視度およびクロージャー位相データが、拡張された放射の存在と構造を評価するために用いられた。
• 過剰の有意性は、測定された可視度を星のみのモデルに予測される値と比較することで算出され、有意性の評価にカイ二乗検定が用いられた。
• 元の調査とフォローアップ観測の間での検出率の統計的比較が行われ、過剰現象の持続性を検証した。
• 個々の星に対する時間系列解析が適用され、過剰の有意性の変化に注目して潜在的変動性を同定した。
• 機器のドリフト、大気条件、キャリブレーション誤差などの系統的効果は、科学的対象星と類似した明るさと天頂角差が10°以内の複数のキャリブレータを用いることで軽減された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 以前の調査で検出された近赤外過剰は、数年にわたって持続するか？
• RQ2 測定誤差とは独立して、個々の星の過剰放射に内在的な変動性の証拠があるか？
• RQ3 単一エポックの観測は、原始惑星環ダスト過剰を信頼性高く検出できるか、それとも変動性が偽の非検出を引き起こす可能性があるか？
• RQ4 過剰の有意性の観察された変動は、機器的またはキャリブレーション効果によるものか、それとも真の天体物理学的変動性を反映しているか？
• RQ5 フォローアップ観測における過剰の検出率は、元の調査と比べてどう異なるか？これは現象の安定性について何を示唆するか？

主な発見

• 16回のフォローアップ観測のうち12回で、2σ以上の有意性を示す近赤外過剰が再検出され、数年間にわたって過剰現象が強く持続していることが示された。
• 16回のフォローアップ観測のうち7回で、3σ以上の有意性を示す過剰が再検出され、多数の系で高い信頼性で過剰が持続していることが確認された。
• 統計的比較により、フォローアップ観測での検出率が元の調査よりも顕著に高いことが判明し、過剰が実在かつ持続的であるという結論を支持した。
• HD 7788では、内在的変動性の強い候補が示された：過剰は1年以内に消失したが、その後1年後に再出現した。これは一時的なダスト放射を示唆する。
• HD 210302では、過剰の減退を示す一時的な信号が観測され、潜在的な変動性の兆候であるが、確認のためにはさらなる観測が必要である。
• 過剰の有意性の観察された変動が、機器的またはキャリブレーション誤差によるものではないことを、本研究は除外した。これは、厳密な誤差推定とキャリブレーション戦略が用いられたためである。