[論文レビュー] Search for H3+ in HD141569A

Miwa Goto, T. R. Geballe+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、UKIRTおよびSubaru望遠鏡を用いた高分解能赤外分光法を用いて、若い星HD 141569Aの原始惑星系円盤におけるH₃⁺放射の探索を行った。3.42〜3.99 μmの間で11本のH₃⁺遷移を標的としたが、放射は検出されなかった。上記限界値は、以前に報告された検出値よりも顕著に低く、この系にH₃⁺が存在する可能性に疑問を呈する。

ABSTRACT

A search for H3+ line emission, reported to have been detected toward the young star HD 141569A and possibly originating in a clump of planet-forming gas orbiting the star, has yielded negative results. Observations made at the United Kingdom Infrared Telescope and at the Subaru Telescope during 2001-2005 covered 11 major transitions of H3+ from 3.42 to 3.99 um. No H3+ emission lines were detected; one marginal detection at 3.9855 um in June 2002 was not confirmed in later spectra. The upper limits to the line strengths are significantly lower than the previously reported detections. Supplemental slit-scanning spectroscopy using adaptive optics was performed within 0.38 of HD 141569A to search for extended emission from H3+, but no emission was detected. We compare our upper limit to the luminosity in H3+ from HD 141569A with that possible from a gas giant protoplanet and also from a jovian mass exoplanet in close orbit about its central star.

研究の動機と目的

• HD 141569AにおけるH₃⁺放射の以前の報告、特に4.0 μm付近のQ(1,0)およびQ(3,0)線の検証を目的とする。
• HD 141569Aの周囲を公転する惑星形成ガスクラスターや原始惑星からのH₃⁺放射が、可能性として成立するかを検証すること。
• 若い星の近傍軌道を回るガス惑星系外惑星や原始惑星からのH₃⁺の検出可能性を評価すること。
• 高分解能分光法および適応光学を用いて、HD 141569AにおけるH₃⁺線強度のきめの細かい上界限界を確立すること。
• 既知の反応速度および励起メカニズムを踏まえて、報告されたH₃⁺全放射光度の妥当性を評価すること。

提案手法

• Subaru望遠鏡のIRCSおよびUKIRTのCGS4を用いて、HD 141569Aの高分解能赤外分光法（R ≈ 20,000–33,000）を取得した。
• Subaruで適応光学を用いたスリット走査観測を実施し、星から0.38秒角以内の領域で拡張H₃⁺放射を探索した。
• 2001年から2005年の間、3.42〜3.99 μmの11本の主要なH₃⁺振動・回転遷移を観測した。
• 大気吸収補正およびフレックスキャリブレーションのための標準星を用い、光度測定の正確性を確保した。
• 弱い放射線線を高感度で検出可能な厳密なデータ還元およびラインプロファイル解析を実施した。
• 得られた上界限界を、近傍軌道を回る木星質量の系外惑星または原始惑星から予想される理論的H₃⁺全放射光度と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 以前に報告されたHD 141569AにおけるH₃⁺放射は、実際のものであるのか、それとも機器的要因やデータ還元の影響によるアーチファクトであるのか？
• RQ2 現在の観測装置を用いて、HD 141569A系内の惑星形成ガスクラスターや原始惑星からのH₃⁺放射を検出できるか？
• RQ3 0.05 AUの軌道を回るガス惑星系外惑星が、最大でどの程度のH₃⁺全放射光度を発することができるか？
• RQ4 HD 141569Aにおける報告されたH₃⁺線強度は、既知の宇宙空間反応速度および衝突励起メカニズムと整合しているか？
• RQ5 この系にH₃⁺放射が検出されないことは、内側円盤に質量が大きく、高温で分子ガスが豊富に存在する状態が存在しないことを示唆するのか？

主な発見

• 3.42〜3.99 μmの11本の遷移すべてにおいて、H₃⁺放射線線は検出されなかったが、高分解能および高感度を有していた。
• 2002年6月に3.9855 μmでわずかな検出が得られたが、その後の観測で再現されず、誤検出信号であった可能性が高い。
• H₃⁺線強度の上界限界は、Brittain & Rettig (2002) が報告した値よりも少なくとも50倍も低く、その検出結果の信ぴょう性に深刻な疑問を呈する。
• HD 141569Aから0.38秒角以内に拡張H₃⁺放射は検出されず、空間的に分解されたガスクラスターよりの放射は否定された。
• 得られたH₃⁺全放射光度の上界限界は、楽観的な仮定を用いても、以前に報告された信号を説明するのに必要な光度よりも数個のオーダーも低い。
• 理論的モデリングにより、0.05 AUの軌道を回る木星質量の系外惑星でも、H₃⁺放射は最大で10⁻²¹ W m⁻²の数倍にとどまり、本研究の検出限界以下であることが示された。これは、H₃⁺検出が依然として技術的課題として極めて困難であることを示唆している。