[論文レビュー] Searching for faint companions with VLTI/PIONIER. II. 92 main sequence stars from the Exozodi survey

Lindsay Marion, Olivier Absil+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 35被引用数 23

ひとこと要約

本研究では、Exozodi調査に含まれる92個の主系列星に対してVLTI/PIONIER干渉計測定データを用い、明るさが低い恒星の伴星を探索した。その結果、5つの以前に検出されていなかった伴星を発見した。そのうち4つはA型星の周囲にあり、これによりExozodi調査のExozodi統計がバイアスを受けるのを是正し、A型星の視覚連星の割合が以前に知られていたよりも約13%多い可能性を示唆した。本研究では、クロージャー位相と二乗可視度を併用することで、特にクロージャー位相のみで感度が低い領域においても検出の完全性を最大限に高められることを示した。

ABSTRACT

The Exozodi survey aims to determine the occurrence rate of bright exozodiacal discs around nearby main sequence stars using infrared interferometry. Although the Exozodi survey targets have been carefully selected to avoid the presence of binary stars, the results of this survey can still be biased by the presence of unidentified stellar companions. Using the PIONIER data set collected within the Exozodi survey, we aim to search for the signature of point-like companions around the Exozodi target stars. We use both the closure phases and squared visibilities collected by PIONIER to search for companions within the ~100 mas interferometric field of view. The presence of a companion is assessed by computing the goodness of fit to the data for a series of binary models with various separations and contrasts. Five stellar companions are resolved for the first time around five A-type stars: HD 4150, HD 16555, HD 29388, HD 202730, and HD 224392 (although the companion to HD 16555 was independently resolved by speckle interferometry while we were carrying out the survey). In the most likely case of main sequence companions, their spectral types range from A5V to K4V. Three of these stars were already suspected to be binaries from Hipparcos astrometric measurements, although no information was available on the companions themselves so far. In addition to debiasing the statistics of the Exozodi survey, these results can also be used to revise the fraction of visual binaries among A-type stars, suggesting that an extra ~13% A-type stars are visual binaries in addition to the ones detected in previous direct imaging surveys. We estimate that about half the population of nearby A-type stars could be resolved as visual binaries using a combination of state-of-the-art interferometry and single-aperture imaging, and we suggest that a significant fraction of these binaries remains undetected to date.

研究の動機と目的

• Exozodi調査に含まれる92個の主系列星（Exozodiacal惑星環の検出に汚染されないよう単星とされたもの）の周囲に、以前に検出されていなかった恒星伴星を同定すること。
• 検出されなかった近接または明るさの低い伴星が原因で生じる可能性のある、Exozodi調査の出現率統計に及ぼすバイアスを是正すること。
• クロージャー位相と二乗可視度の両方を用いることで、PIONIERが明るさの低い伴星を検出する感度と完全性を評価すること。
• 従来のアストロメトリックおよび画像測定調査で見逃された伴星を高分解能干渉計測で特定することで、A型星における視覚連星の頻度を再評価すること。
• 干渉計測の視野全体にわたる、オフアックスの伴星を検出する能力について、クロージャー位相と二乗可視度の相対的な性能を評価すること。

提案手法

• ESOプログラム089.C-0365および090.C-0526で観測された92個の星のPIONIERデータを用い、近赤外波長域におけるクロージャー位相と二乗可視度を収集した。
• 点源伴星の検出のため、分離と輝度比を変化させたバイナリーモデルのグリッドに対して適合度を計算することで、モデルフィッティング解析を実施した。
• 視野全体にわたる幾何的感度の変動を定量化するため、クロージャー位相の拡大係数を $ m_{\text{CP}} = \sin(\alpha_{12}) + \sin(\alpha_{23}) - \sin(\alpha_{12}+\alpha_{23}) $ と定義した。
• 二乗可視度の感度と検出可能性を評価するための補完的拡大係数を $ m_{V^2} = \sum_{ij}(1 - V^2_{ij}) $ と定義した。
• VLTIの3望遠鏡構成を用いて、干渉計測視野全体の感度をマップし、伴星が検出不能となる「盲点」を同定した。
• クロージャー位相と二乗可視度の情報を統合することで、クロージャー位相のみで感度が低い領域においても、検出完全性を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多くのA型星が検出限界のため、確認されていないが疑わしい視覚連星であるにもかかわらず、実際にA型星における視覚連星の真の頻度はどの程度か？
• RQ2 Exozodi調査における未解決の伴星が、Exozodiacal惑星環の出現率の測定値にどの程度バイアスを及えるか？
• RQ3 干渉計測データにおいて、明るさの低いオフアックスの伴星を検出するにあたり、クロージャー位相と二乗可視度の感度と完全性はどのように比較されるか？
• RQ4 高分解能干渉計測により検出された結果、従来は単星と分類されていたA型星のうち、実際に視覚連星である割合はどの程度か？
• RQ5 クロージャー位相と二乗可視度を併用することで、単独で用いる場合と比較して、明るさの低い伴星の検出完全性を顕著に向上させることができるか？

主な発見

• A型星の周囲に5つの新しい恒星伴星が初めて解像された：HD 4150、HD 16555、HD 29388、HD 202730、HD 224392。スペクトル型はA5VからK4Vの範囲にわたる。
• 発見された5つの伴星のうち3つは、スピークル干渉計測（HD 16555）によって独立に確認されたか、あるいは以前にHipparcosアストロメトリで推測されていた（HD 4150、HD 224392）ため、検出手法の妥当性が裏付けられた。
• A型星の周囲に伴星が検出されたことで、視覚連星の推定頻度が約34％から約47％に上昇し、以前に認識されていたよりも約13％多くのA型星が視覚連星であると示唆された。
• PIONIER調査モードの中央感度（1星あたり3観測ブロック）は約1％の輝度比に達し、クロージャー位相では90％の完全性が約2.7％の輝度比で、二乗可視度では約1.6％の輝度比で達成された。
• クロージャー位相は、その振動的性質（負またはゼロになり得る）により、二乗可視度と比較して顕著に多くの「盲点」（感度が低い領域）を示した。一方、二乗可視度の拡大係数は常に正であった。
• クロージャー位相と二乗可視度を併用することは、それぞれが補い合う盲点と感度プロファイルを持つことから、検出完全性を最大限に高めるために不可欠である。