[論文レビュー] Phase closure nulling of HD 59717 with AMBER/VLTI . Detection of the close faint companion

G. Duvert, A. Chelli+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、主星の回折限界近辺のビジビリティノードを活用することで、明るい星の近くにいる微弱で近接する伴星を検出する新しいインターフェロメトリック手法、位相クロージャー・ノーリング（PCN）を提示する。スペクトロスコピック二重星HD 59717のAMBER/VLTI Kバンドデータを用いて、4つの星半径の距離に位置する5mag明るい伴星を成功裏に解像し、主星の直径、伴星の輝度比、スペクトル型、および二重星系の質量とサイズを正確に測定した。

ABSTRACT

Aims: The detection of close and faint companions is an essential step in many astrophysical fields, including the search for planetary companions. A new method called "phase closure nulling" has been proposed for the detection of such faint and close companions based on interferometric observations when the system visibility amplitude is close to zero due to the large diameter of the primary star. We aim at demonstrating this method by analyzing observations obtained on the spectroscopic binary HD 59717. Methods: Using the AMBER/VLTI instrument in the K-band with ~1500 spectral resolution, we record the spectrally dispersed closures phases of the SB1 binary HD 59717 with a three-baseline combination adequate for applying phase closure methods. After a careful data reduction, we fit the primary diameter, the binary flux ratio, and the separation using the phase closure data. Results: We detect the 5-mag fainter companion of HD 59717 at a distance of 4 stellar radii from the primary. We determine the diameter of the primary, infer the secondary's spectral type and determine the masses and sizes of the stars in the binary system. This is one of the highest contrasts detected by interferometry between a companion and its parent star. Based on observations collected at the European Southern Observatory, Paranal, Chile, within the commissioning programme 60.A-9054(A).

研究の動機と目的

• 位相クロージャー・ノーリング（PCN）を、星の系内で近接する微弱な伴星を検出するための新手法として検証すること。
• 明るい星の数スターレイディウス圏内に位置する伴星を解像する際、従来の画像法およびインターフェロメトリの限界を克服すること。
• 既存の不完全なインターフェロメトリックデータを用いて、既知の二重星系におけるPCNの実用可能性を実証すること。
• 星の直径、輝度比、分離角、質量といった二重星系の物理的パラメータを測定すること。
• PCNが、独立したアストロメトリックおよびスペクトロスコピック制約を用いて、系外惑星および褐色矮星を特徴付ける可能性を検討すること。

提案手法

• Kバンドで約1500のスペクトル分解能を持つAMBER/VLTI機器からの波長分散された位相クロージャー測定値を用いた。
• 3基の基線を用いたインターフェロメトリック構成を適用し、機器誤差に対して頑健な位相クロージャー解析を可能にした。
• 主星を一様な円盤と仮定し、伴星を点源として扱うことで、ビジビリティおよび位相クロージャーのデータをモデル化した。
• データにフィットさせることで、主星の直径、二重星の輝度比、および伴星の角距離を導出した。
• 主星のビジビリティ関数の最初のゼロ付近のビジビリティノードを活用し、微弱な伴星の位相クロージャー信号に対する感度を向上させた。
• アストロメトリックおよび径速度データの公表済み情報と組み合わせ、質量およびスペクトル型を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大型望遠鏡の回折限界に近い角度距離に位置する微弱な伴星を、位相クロージャー・ノーリングが検出可能か？
• RQ2 主星が解像可能である場合、PCNは輝度比、分離角、および二重星系の物理的パラメータをどれほど正確に特定できるか？
• RQ3 特に星の活動が惑星信号に類似する可能性がある場合に、PCNは径速度で検出された伴星を独立して確認できるか？
• RQ4 数スターレイディウスの距離に位置する約5magの明るさ差を持つ伴星を解像する際、PCNの動的範囲および感度はどの程度か？
• RQ5 本観測キャンペーンのように、空間周波数および位置角カバレッジが不完全な状況下でも、この手法は依然として頑健性を保っているか？

主な発見

• HD 59717の5mag明るい伴星が、主星から4スターレイディウスの距離に位置し、成功裏に検出された。これは、インターフェロメトリによる高コントラスト検出の一つである。
• 主星の直径は1.86 masと測定され、K5IIIスペクトル型と一致し、約25太陽半径の半径に相当する。
• 二次的伴星のスペクトル型はG5Vと推定され、質量は2.2 M☉、半径は1.2 R☉であった。これは進化モデルに基づくものである。
• 系の軌道パラメータは制約された：主星質量は5 M☉、二次的伴星は2.2 M☉、軌道離心率は0.17であった。
• HD 59717の光度変動（30ミリマグ）は、楕円形歪みだけでは説明できず、表面輝度の不均一性に起因する可能性がある。今後の研究が求められる。
• PCN手法は、類似した距離での以前の限界よりも2mag明るい検出感度を達成し、系外惑星および褐色矮星の検出におけるその可能性を示した。