[論文レビュー] An M-dwarf star in the transition disk of Herbig HD 142527; Physical parameters and orbital elements

S. Lacour, Beth Biller+30 more|Discovery Research Portal (University of Dundee)|Nov 30, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、NACOおよびGPIを用いた高対比画像撮影により、Herbig HD 142527の遷移円盤内にM型矮星の伴星（HD 142527B）を同定し、その特徴を明らかにした。伴星の質量は0.13±0.03 M☉、半径は0.90±0.15 R☉、年齢は1.0⁺¹.⁰₋₀.⁷⁵ Myrであり、主星よりも著しく若い。軌道解析により、高い離心率（e = 0.5±0.2）で、125±15°の傾きを持つ軌道であることが判明。これは内側の円盤と整合しているが、外側の円盤とはずれているため、外側円盤の内縁を遮断している可能性は低いことが示唆された。

ABSTRACT

HD 142527A is one of the most studied Herbig Ae/Be stars with a transitional disk, as it has the largest imaged gap in any protoplanetary disk: the gas is cleared from 30 to 90 AU. The HD142527 system is also unique in that it has a stellar companion with a small mass compared to the mass of the primary star. This factor of ~20 in mass ratio between the two objects makes this binary system different from any other YSO. The HD142527 system could therefore provide a valuable test bed. This low-mass stellar object may be responsible for both the gap and dust trapping observed by ALMA at longer distances. We observed this system with the NACO and GPI instruments using the aperture masking technique. Aperture masking is ideal for providing high dynamic range even at very small angular separations. We present the spectral energy distribution for HD142527A and B. Brightness of the companion is now known from the R band up to the M' band. We also followed the orbital motion of HD 142527B over a period of more than two years. The SED of the companion is compatible with a T=3000+/-100K object in addition to a 1700K blackbody environment (likely a circus-secondary disk). From evolution models, we find that it is compatible with an object of mass 0.13+/-0.03Msun, radius 0.90+/-0.15Rsun, and age $1.0^{+1.0}_{-0.75}$Myr. This age is significantly younger than the age previously estimated for HD142527A. Computations to constrain the orbital parameters found a semi major axis of $140^{+120}_{-70}$mas, an eccentricity of 0.5+/-0.2, an inclination of 125+/-15 degrees, and a position angle of the right ascending node of -5+/-40 degrees. Inclination and position angle of the ascending node are in agreement with an orbit coplanar with the inner disk, not coplanar with the outer disk. Despite its high eccentricity, it is unlikely that HD142527B is responsible for truncating the inner edge of the outer disk.

研究の動機と目的

• Herbig HD 142527Aの遷移円盤内に存在する低質量星の伴星（HD 142527B）の物理的パラメータおよび軌道要素を特定すること。
• 観測された30–90 AUの大きなギャップが、伴星によって形成されているかどうかを評価すること。
• 伴星の軌道と内側・外側の円盤構造との運動的整合性を調査すること。
• 中質量星と低質量星の進化モデルにおける年齢推定値の不一致を解明すること。
• 特に大きなギャップを示す系において、低質量伴星が遷移円盤の形状をどのように形成しているかを評価すること。

提案手法

• NACOおよびGPIのアパーチャーマスインターフェロメトリーを用いて、小角距離での高ダイナミックレンジ画像撮影を実施した。
• RバンドからM′バンドまでのスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、有効温度と光度を導出するためのものである。
• 進化モデルを用いて、SEDおよび光度測定に基づき、伴星の質量、半径、年齢を推定した。
• 2.5年間にわたるHD 142527Bの軌道運動を追跡し、アストロメトリック測定により軌道要素を制約した。
• 内側円盤（Marinoら 2015年）および外側円盤（Casassusら 2015a年）の姿勢と、軌道の傾きと位置角を比較し、共面性を評価した。
• 外側円盤の内縁（90 AU）に対する伴星の遠星点距離をモデル化し、円盤を遮断できるかどうかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M型矮星の伴星HD 142527Bの物理的パラメータ（質量、半径、温度、年齢）は何か？
• RQ2 HD 142527Bの軌道運動は、内側円盤構造と共面的であると整合的か？
• RQ3 伴星の軌道は、90 AUで観測された外側円盤の遮断を説明できるか？
• RQ4 なぜ伴星の推定年齢が主星よりも著しく若いのか？
• RQ5 伴星の軌道と外側円盤の間のずれは、力学的分離または異なる形成歴を示唆するか？

主な発見

• 伴星HD 142527Bの質量は0.13±0.03 M☉、半径は0.90±0.15 R☉、有効温度は3000±100 Kであり、若いM型矮星と整合的である。
• 伴星の年齢は1.0⁺¹.⁰₋₀.⁷⁵ Myrと推定され、主星の年齢（5±1.5 Myr）よりも著しく若い。
• 軌道解法により、長半径140⁺¹²⁰₋₇₀ mas、離心率0.5±0.2、傾き125±15°、昇交点の位置角-5±40°が得られた。
• 伴星の軌道は内側円盤（天球上での傾き約140°、位置角約-3°）と整合しているが、外側円盤平面に対して約70°ずれている。
• 伴星の遠星点距離（約15 AU）は、外側円盤の内縁（90 AU）に達しないため、外側円盤の遮断は直接的には伴星によるものではないと結論づけた。
• 系の年齢の不一致は、中質量星と低質量星の進化モデルに一貫性がない可能性を示唆しており、若い星系におけるモデルの不確実性を浮き彫りにした。