[論文レビュー] NACO Polarimetric Differential Imaging of TW Hya: A Sharp Look at the Closest T Tauri Disk

Dániel Apai, Ilaria Pascucci+6 more|ArXiv.org|Nov 8, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 17被引用数 35

ひとこと要約

本研究は、VLTのNACO適応望遠鏡を用いて、TW Hya原始惑星系円盤の最初の高対比偏光微分撮影（PDI）観測を報告する。これにより、0.1″から1.4″（6–100 AU）の範囲で偏光された円盤放射を明らかにした。半径方向のKsバンド偏光強度プロファイルは約0.8″で著しい勾配の変化を示しており、これは平坦または弱く立ち上がった円盤の幾何構造と整合的であり、太陽系内側と同等のスケールでの円盤構造の存在を支持する。

ABSTRACT

We present high-contrast imaging data on the disk of the classical T Tauri star TW Hya. The images were obtained through the polarimetric differential imaging technique with the adaptive optics system NACO. Our commissioning data show the presence of polarized disk emission between 0.1" and 1.4" from the star. We derive the first Ks-band radial polarized intensity distribution. We show that the polarized intensity compares well to shorter wavelengths surface brightness observations and confirm the previously reported gradual slope change around 0.8". These results show the potential of the new polarimetric differential imaging technique at 8m-class telescopes to map the inner regions of protoplanetary disks.

研究の動機と目的

• 高対比・高空間分解能技術を用いて、TW Hya原始惑星系円盤の最も内側の領域を撮影すること。
• VLTに新設されたNACO偏光微分撮影（PDI）システムが、原始惑星系円盤構造を検出する性能をテストすること。
• TW Hyaの円盤の最初のKsバンド半径方向偏光強度プロファイルを導出することにより、その幾何構造とチリ分布を調査すること。
• 8mクラスの望遠鏡におけるPDI技術が、中心星付近の内側円盤領域における惑星形成を研究する上でどの程度の可能性を秘めているかを評価すること。

提案手法

• NACO機器を用いて偏光微分撮影（PDI）を実施し、入射光をWollastonプリズムによって直交する偏光状態に分離した。
• 4つのWollaston角度（0°、45°、90°、135°）での同時観測を用いて、非偏光光（星の放射およびスプライクノイズを含む）を抑制した。
• データの低減には、空の差し引き、フラットフィールド補正、ホットピクセルの除去、および個々のフレームのアライメントを実施し、機器に起因する影響を最小限に抑えた。
• 偏光強度は、直交する偏光画像同士の差分をとることで算出し、コントラストを向上させ、円盤からの散乱光を分離した。
• 星からの距離0.1″から1.4″の範囲で偏光強度の半径方向プロファイルを抽出した。動的範囲およびフラットフィールド補正に特に注意を払った。
• Ksバンドの偏光強度プロファイルを、以前のHSTおよび近赤外線観測と比較することで一貫性を評価し、構造的特徴を検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NACO/VLTによる偏光微分撮影は、TW Hyaの内側円盤構造を0.1″未塔のスケールで解像できるか？
• RQ2 Ksバンドにおける偏光強度の半径分布はどのようなものか？また、より短い波長帯の表面輝度プロファイルと比較するとどうなるか？
• RQ3 観測された輝度プロファイルに勾配の変化などの構造的特徴が見られ、それらが円盤の幾何構造やチリの性質に何を示唆するか？
• RQ4 8mクラスの望遠鏡におけるPDI技術は、中心星付近の原始惑星系円盤を高対比で撮影する上で、どの程度の能力を有しているか？

主な発見

• TW Hyaの円盤の最初のKsバンド半径方向偏光強度プロファイルが、星からの距離0.1″から1.4″（6–100 AU）の範囲で導出された。
• 星からの距離0.1″（6 AU）まで偏光放射が検出され、円盤が最も内側領域にまで延びていることを確認した。
• 約0.8″で著しくなだらかな勾配の変化が観測された。これは、以前のHSTおよびコロナグラフ観測と整合的である。
• 0.9″から1.4″の領域における表面輝度勾配は、平坦または弱く立ち上がった円盤幾何構造と一致し、べき乗則指数は約-2であった。
• 内側領域（0.5″–0.7″）の勾配は非常に浅く、べき乗則指数は-0.9 ± 0.2であった。これは、立ち上がった円盤の予想よりも平坦である。
• 本結果は、NACO/VLTによるPDIが、従来観測できなかった円盤領域を高角分解能でアクセス可能であることを示しており、今後の内側円盤スケールにおける惑星形成研究に貢献する。