[論文レビュー] Search for substellar-mass companions and asymmetries in their parent discs

Matthew Willson, Stefan Kraus+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 63被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、Keck/NIRC2を用いたスパarsなアパーチャーマスインターフェロメトリーを用いて、8つの遷移的円盤における亜星質量の連星および円盤非対称性を探索した。4つの系で顕著な非対称性を検出しており、そのうち3つは点状の連星と整合的である。FP Tauでは、約10 auで以前に観測されていなかった内側の円盤壁を解像した。また、$10^{-5}-10^{-3}M_J^2\,\text{yr}^{-1}$ の範囲で連星質量と降着率の積を制約し、これらの系で進行中の惑星形成の証拠を提供した。

ABSTRACT

Transitional discs are a class of circumstellar discs around young stars with extensive clearing of dusty material within their inner regions on 10s of au scales. One of the primary candidates for this kind of clearing is the formation of planet(s) within the disc that then accrete or clear their immediate area as they migrate through the disc. Our sample included eight transitional discs. Using the Keck/NIRC2 instrument we utilised the Sparse Aperture Masking (SAM) interferometry technique to search for asymmetries indicative of ongoing planet formation. We searched for close-in companions using both model fitting and interferometric image reconstruction techniques. Using simulated data, we derived diagnostics that helped us to distinguish between point sources and extended asymmetric disc emission. In addition, we investigated the degeneracy between the contrast and separation that appear for marginally resolved companions. We found FP Tau to contain a previously unseen disc wall, and DM Tau, LkHa 330, and TW Hya to contain an asymmetric signal indicative of point source-like emission. We placed upper limits on the contrast of a companion in RXJ1842.9-3532 and V2246 Oph. We ruled the asymmetry signal in RXJ1615.3-3255 and V2062 Oph to be false positives. In the cases where our data indicated a potential companion we computed estimates for the value of $M_c \dot M_c$ and found values in the range of $10^{-5} - 10^{-3} M^2_J yr^{-1}$. We found significant asymmetries in four targets. Of these, three were consistent with companions. We resolved a previously unseen gap in the disc of FP Tau extending inwards from approximately 10 au.

研究の動機と目的

• 遷移的円盤の非対称性が動的駆動構造によるものか、埋め込まれた亜星質量の連星によるものかを調査すること。
• 高分解能インターフェロメトリック技術を用いて、遷移的円盤内の近接連星を検出および特徴付けること。
• 模擬データと診断ツールを用いて、点状連星と拡張した非対称な円盤放射の違いを区別すること。
• インターフェロメトリック観測における連星のコントラストと分離度のデゲネラシーを定量化すること。
• 潜在的連星の $M_c\dot{M}_c$ を推定し、惑星形成プロセスへの制約を与えること。

提案手法

• 8つの遷移的円盤標的において、子ウルトラアングストスケールの連星および円盤非対称性を検出するために、Keck/NIRC2を用いたスパースアパーチャーマス（SAM）インターフェロメトリーを適用した。
• モデルフィッティングとインターフェロメトリック画像再構築を用いて、点状放射および非対称な明るさ分布を同定した。
• 特に信号対雑音比が低い場合に有効な、点状光源と拡張した円盤放射を区別するための模擬データを用いた診断を開発した。
• 閉ループ位相と基準線プロジェクションを用いて、コントラストと分離度のデゲネラシー図を構築し、小角度位相に対する解析的近似を適用した。
• 短い投影基準線を用いて、小さな分離度におけるデゲネラシーのプロファイルを追跡し、回折限界に近い領域での感度を向上させた。
• 連星の検出または非検出を判断するための有意水準としてσ > 4.0を用い、誤検出は一貫性チェックにより除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された遷移的円盤の非対称性は、埋め込まれた亜星質量の連星に起因するのか、それとも動的駆動の円盤構造に起因するのか？
• RQ2 スパースアパーチャーマスインターフェロメトリーは、以前に検出されていなかった円盤特徴、例えば内側の壁やギャップを、遷移的円盤で解像できるか？
• RQ3 限界的に解像可能な連星におけるコントラストと分離度のデゲネラシーは何か？ そして、それはどのようにモデル化できるか？
• RQ4 DM Tau、LkHα 330、TW Hya、およびFP Tauにおける検出された非対称性は、円盤の形態よりも低質量連星の存在に起因するものと整合的か？
• RQ5 潜在的連星の $M_c\dot{M}_c$ 値は何か？ そして、それらは進行中の降着と惑星形成に何を示唆するか？

主な発見

• FP Tauでは、約10 auから内側に延びる、以前に観測されていなかった内側の円盤壁が解像され、円盤内に顕著な構造的特徴があることを示した。
• DM Tau、LkHα 330、およびTW Hyaでは、点状連星と整合的な非対称性が検出され、それぞれ6.8±0.3 mag、5.6±0.2 mag、5.6±0.2 magのコントラスト測定値が得られた。
• RXJ1615.3-3255およびV2062 Ophの非対称性は、低有意水準と一貫しない位相行動のため、誤検出として除外された。
• RXJ1842.9-3532およびV2246 Ophでは、連星コントラストの上限がそれぞれ5.5±0.2 magおよび4.3±0.5 magと設定され、顕著な検出はなかった。
• 潜在的連星の推定された $M_c\dot{M}_c$ 値は $10^{-5}$ から $10^{-3}M_J^2\,\text{yr}^{-1}$ の範囲にあり、形成中の惑星の進行中の降着と整合的であった。
• 本研究では、デゲネラシーモデリングにおいて最短基準線を用いることで、回折限界に近い近接連星への感度が向上することを示した。これにより、検出能力が向上した。