[論文レビュー] Deep imaging survey of the environment of Alpha Centauri - I. Adaptive optics imaging of Alpha Cen B with VLT-NACO

P. Kervella, F. Thévenin+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、VLT-NACO機器を用いてαセントauriBに対してJ、H、Ksバンドで深紫外・赤外線適応光学撮影を実施し、7"の角度距離で限界等級mKs ≈18を達成した。調査では、αセントauriBの共動的伴星は検出されず、7–20 AUの距離において19–20の絶対等級までに相当する質量上限が20–30木星質量に制限された。一方、背景源は252個特定され、今後の観測に向けた星の拡散光のモデル化も行われた。

ABSTRACT

Context: Alpha Centauri is our closest stellar neighbor, at a distance of only 1.3 pc, and its two main components have spectral types comparable to the Sun. This is therefore a favorable target for an imaging search for extrasolar planets. Moreover, indications exist that the gravitational mass of Alpha Cen B is higher than its modeled mass, the difference being consistent with a substellar companion of a few tens of Jupiter masses. Aims: We searched for faint comoving companions to Alpha Cen B. As a secondary objective, we built a catalogue of the detected background sources. Methods: We used the NACO adaptive optics system of the VLT in the J, H, and Ks bands to search for companions to Alpha Cen B. This instrument allowed us to achieve a very high sensitivity to point-like sources, with a limiting magnitude of m\_Ks ~ 18 at 7" from the star. We complemented this data set with archival coronagraphic images from the HST-ACS instrument to obtain an accurate astrometric calibration. Results: Over the observed area, we did not detect any comoving companion to Alpha Cen B down to an absolute magnitude of 19-20 in the H and Ks bands. However, we present a catalogue of 252 background objects within about 15" of the star. This catalogue fills part of the large void area that surrounds Alpha Cen in sky surveys due to the strong diffused light. We also present a model of the diffused light as a function of angular distance for the NACO instrument, that can be used to predict the background level for bright star observations. Conclusions: According to recent numerical models, the limiting magnitude of our search sets the maximum mass of possible companions to 20-30 times Jupiter, between 7 and 20 AU from Alpha Cen B.

研究の動機と目的

• 高解像度の適応光学撮影を用いて、αセントauriBの明るい点光源に近接する微弱で共動的な伴星の探索を目的とする。
• αセントauriBの動力学的質量と進化モデルの間にある3σの質量差（28 ± 9 MJ）を、低質量の伴星の存在によって説明する。
• αセントauri周辺の混雑した領域における背景源の高精度なカタログ作成を目的とし、既存の天球スカイサーベイの空白を埋める。
• 明るい星からの拡散光をモデル化し、今後の高対比撮影観測における背景レベルの予測を改善することを目的とする。
• NACOが明るい星の近傍で巨大系外惑星や褐色矮星を検出可能な感度限界を評価することを目的とする。

提案手法

• VLTのNACO適応光学システムを用いて、αセントauriBのJ、H、Ksバンド撮影を、1秒未塔の解像度で実施した。
• 星からの7"の角度距離で限界等級mKs ≈18を達成し、絶対等級H ≈19–20に相当する天体の検出が可能となった。
• 検出された天体の正確な位置決めのため、アーカイブのHST-ACSコロナグラフ画像をNACOデータと併用した。
• NACO機器の設定に特化した、星からの角度距離関数としての拡散光のモデルを開発した。
• 光度および位置測定解析を適用し、共動的伴星を背景天体から区別した。
• 進化モデル（Baraffe et al. 2003）を用いて、観測された等級から潜在的伴星の質量上限に変換した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 αセントauriBの周囲に、本NACO撮影で検出されなかったとしても、存在しうる最大の低質量伴星の質量はどの程度か？
• RQ2 αセントauriBの20 AU以内に、NACO機器の検出限界まで達する共動的伴星は存在するか？
• RQ3 αセントauriBの動力学的モデルと進化モデルの間にある観測された質量差は、隠れた伴星の存在によってどのように説明できるか？
• RQ4 αセントauriBの直近の周囲における背景源の密度はどの程度か？標準的な天球サーベイと比較するとどうか？
• RQ5 αセントauriBからの拡散光は、その近傍における微弱な点光源の検出可能性にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• HバンドおよびKsバンドで絶対等級19–20に相当する範囲まで、αセントauriBの共動的伴星は観測領域内で検出されなかった。
• 撮影調査により、αセントauriBの7–20 AUの距離に存在する低質量伴星の質量上限が20–30木星質量に制限された。
• αセントauriBから15"以内に252個の背景源がカタログ化され、星の明るいハローのため、既存の天球サーベイにおいて大きなデータの空白を埋めた。
• 星からの角度距離関数としてのαセントauriBの拡散光の補正済みモデルが提供され、今後の観測における背景レベルの予測に有用である。
• NACOの感度により、5 Gyrの年齢で30 MJの褐色矮星が、αセントauriBから7–20 AUの距離に存在する場合に検出可能であり、観測された質量差と整合的である。
• 結果は、4 AU以内に巨大な惑星が存在しないと示唆する径画像速度サーベイと整合しており、αセントauriBのいかなる伴星も数ジュピター質量未満であり、5 AU以内に位置する可能性が高いと示唆している。