[論文レビュー] High resolution mid-Infrared imaging of dust disks structures around Herbig Ae stars with VISIR

C. Doucet, P. O. Lagage+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、VLTのVISIR機器におけるBURSTモードを紹介し、0.3角秒の分解能で回折限界のミッドインフラレッド画像を実現する。このモードを用いて、ヘルビッジAe星HD97048の周囲で11.3 µm（PAHバンド）のフラレダストディスクを解像し、東側に延長する発光を示す350 AUスケールの非対称構造を特定した。これは、幾何学的に厚く、光学的に厚いディスク表面を示している。

ABSTRACT

We present a new mode of observations with VISIR, the mid-InfraRed (mid-IR) imager and spectrometer on the VLT (ESO, Chile): the so-called BURST mode. This mode allows to reach the diffraction limit of the telescope. To illustrate results obtained with this mode, we discuss observations of disks around Herbig Ae stars. These stars are the more massive analogues of T Tauri stars and are believed to harbour circumstellar disks. The 10-20 microns atmospheric windows are well-suited to study the extended emission of these objects. With a 8 m class telescope, in fair seeing conditions, the observations are diffraction-limited at 10 microns and the spatial resolution could reach the diffraction limit of 0.3 arcsec. As a result, it is possible to resolve disks with a typical size of 100 AU around objects at a distance of 100 pc. We present here a significant example, HD97048, for which a flared disk of 350 AU is resolved at 11.3 microns (PAH band).

研究の動機と目的

• 地上の8メートル望遠鏡であるVLTを用いて、通常の視界の悪化状態でも回折限界のミッドインフラレッド画像化を達成すること。
• ヘリビッジAe星の周囲の原始星系ディスクの空間的構造を調査し、惑星形成プロセスの理解に寄与すること。
• 通常の大気乱流の下でも高解像度画像化を可能にする新しい観測モード（BURST）のテストと検証を行うこと。
• 11.3 µmでのPAH発光を、大半の半径におけるディスク幾何学的形状と表面構造のトレーサーとして用いること。
• 短時間露光のミッドインフラレッドフレームに対してシフトアンドアド処理を適用することで、回折限界の分解能を回復できるかを実証すること。

提案手法

• 大気乱流を凍結し、一貫したスプツルパターンを捉えるために、短時間露光（≤50 ms）を用いたBURSTモードの実装。
• 源の安定化とスカイ背景の分離のため、チョッピングおよびノーディング戦略（0.25 Hz、8"の振幅）を採用。
• 各ノード位置ごとに1000フレームを記録し、観測後の画像再構成をシフトアンドアド処理で実現。
• 4ビーム画像の登録と合成に、重心推定、最大値探索、自己相関の3つのアライメント手法を適用。
• 画像品質の向上を定量化し、理論的回折限界と比較するため、ストレール比とFWHMを計算。
• 変動する視界状態下での性能を評価するため、最終画像の品質をFWHM、楕円率、ストレール比の指標で分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 通常の視界の悪化状態下でも、BURSTモードは地上の8メートル望遠鏡で回折限界のミッドインフラレッド画像化を達成できるか？
• RQ2 HD97048の周囲の原始星系ディスクの11.3 µmにおける空間的構造は何か？これはディスクの幾何学的形状に何を示唆するか？
• RQ3 HD97048のディスクの延長発光における非対称性は、その光学的厚さとフラーリング特性について何を示唆するか？
• RQ4 11.3 µmでのPAH発光は、大半の半径におけるフラレディスクの表面構造をどの程度正確にトレースできるか？
• RQ5 源の明るさとデータ量の制限を考慮した場合、BURSTモードの実用的限界は何か？

主な発見

• 0.75角秒の可視視界下で、11.3 µmでのストレール比が0.760 ± 0.001に達し、理論的回折限界に近づいた。
• 最終画像のFWHMは、赤経方向で386 ± 20 mas、赤緯方向で523 ± 20 masであり、楕円率は1.36であった。これは、生データに比べて分解能が向上していることを示している。
• HD97048のディスクは11.3 µmで解像され、全長が350 AUに達するが、参照星の点像関数よりも顕著に広がっている。
• ディスク発光には顕著な非対称性が見られ、東側の延長は1.65角秒に達するが、西側は1.0角秒にとどまるため、表面輝度が一様でないことが示された。
• 非対称な形状と延長発光は、幾何学的に厚く、光学的に厚いディスク表面を示しており、フラレディスク構造と整合的である。
• シフトアンドアド処理後、感度は7 mJy/10σ/時間に達し、生データのコアドに比べて信号対雑音比が2倍向上した。