[論文レビュー] Sparse aperture masking at the VLT I. Faint companion detection limits for the two debris disk stars HD 92945 and HD 141569

S. Lacour, Peter Tuthill+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 29被引用数 57

ひとこと要約

本研究では、VLTのNaCo機器を用いて、2つの若いデブリディスク星、HD 92945およびHD 141569の周囲で、スパarsな開口マスク（SAM）を用いて、明るさの低い伴星の高対比検出限界を設定した。それぞれΔL′ = 6.5および5.8 magの5σ検出限界を達成し、1.5および7 auの距離で、18および22ジュピター質量未満の見えない伴星を制限した。これは、回折限界に近い領域で、惑星質量天体を探索するうえでSAMが競争力を持つことを示している。

ABSTRACT

Observational data on companion statistics around young stellar systems is needed to flesh out the formation pathways for extrasolar planets and brown dwarfs. Aperture masking is a new technique that is able to address an important part of this discovery space. We observed the two debris disk systems HD 92945 and HD 141569 with sparse aperture masking (SAM), a new mode offered on the NaCo instrument at the VLT. A search for faint companions was performed using a detection strategy based on the analysis of closure phases recovered from interferograms recorded on the Conica camera. Our results demonstrate that SAM is a very competitive mode in the field of companion detection. We obtained 5 sigma high-contrast detection limits at lambda/D of 2.5x10^{-3} (ΔL' = 6.5) for HD 92945 and 4.6x10^{-3} (ΔL' = 5.8) for HD 141569. According to brown dwarf evolutionary models, our data impose an upper mass boundary for any companion for the two stars to, respectively, 18 and 22 Jupiter masses at minimum separations of 1.5 and 7 AU. The detection limits is mostly independent of angular separation, until reaching the diffraction limit of the telescope. We have placed upper limits on the existence of companions to our target systems that fall close to the planetary mass regime. This demonstrates the potential for SAM mode to contribute to studies of faint companions. We furthermore show that the final dynamic range obtained is directly proportional to the error on the closure phase measurement. At the present performance levels of 0.28 degree closure phase error, SAM is among the most competitive techniques for recovering companions at scales of one to several times the diffraction limit of the telescope. Further improvements to the detection threshold can be expected with more accurate phase calibration.

研究の動機と目的

• 高対比イメージング技術を用いて、デブリディスクの最も内側の領域に準惑星質量の伴星が存在するかを調査すること。
• VLTの回折限界に近い領域で、スパース開口マスク（SAM）が明るさの低い伴星を検出可能かどうかを評価すること。
• VLTのSAMを用いて、既知のデブリディスクを有する2つの若い星、HD 92945およびHD 141569のL′バンドにおける5σ検出限界を確立すること。
• 進化モデルを用いて、これらの対比限界を、任意の潜在的伴星の質量の上界に変換すること。
• SAMの動的レンジ性能とクロージャー位相測定誤差との依存関係を評価すること。

提案手法

• NaCo機器を用いてVLTでスパース開口マスク（SAM）を実施し、7ホールのピルマスクを用いて干渉計の基線をサンプリングした。
• Conicaカメラを用いて干渉縞を記録し、非光子雑音に起因しない位相の非対称性を検出するためのクロージャー位相を分析した。
• 検出限界は、クロージャー位相のずれの統計的有意性から導出され、5σのしきい値を仮定した。
• 動的レンジは、角度分解能の関数として定量化され、回折限界（λ/D）と比較して性能を評価した。
• 相対的fluxおよび赤色付加補正を加えたKバンドキャリブレータ（HD 92933およびBD-03 3826）を用いて、対比限界を絶対等級に変換した。
• DUSTY進化モデルを用いて、仮定された距離とL′等級に基づき、NaCoフィルタ応答関数と畳み合わせた伴星質量限界を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スパース開口マスク（SAM）は、回折限界に近い角度分解能で、若いデブリディスク星の周囲に明るさの低い伴星をどの程度感度よく検出できるか？
• RQ2 VLTのSAMを用いて、HD 92945およびHD 141569のL′バンドにおける5σ検出限界は何か？
• RQ3 1.5および7 auの距離で、これらの検出限界は、どのような質量限界にまで潜在的準惑星伴星を制限するか？
• RQ4 クロージャー位相測定の精度に依存して、SAMの動的レンジはどのように変化するか？
• RQ5 内側作業角度と動的レンジの観点から、他の高対比イメージング技術（例：微分イメージング）と比較して、SAMの性能はいかがなものか？

主な発見

• HD 92945の5σ検出限界は、1.5 auの距離（λ/D ≈ 2.5×10⁻³）でΔL′ = 6.5 magであり、最大伴星質量は18ジュピター質量に相当する。
• HD 141569の5σ検出限界は、7 auの距離（λ/D ≈ 4.6×10⁻³）でΔL′ = 5.8 magであり、最大伴星質量は22ジュピター質量に相当する。
• 検出限界は、回折限界に近づくまで、視野全体にわたりほぼ一様であるが、λ/Dから0.5λ/Dに近づくと2倍悪化する。
• 最終的な動的レンジは、クロージャー位相測定誤差の逆数に比例しており、現在の誤差0.28°の性能により、SAMは非常に競争力がある。
• 本研究は、SAMが、近くの若い系で数天文単位の距離に位置する惑星質量領域を探索可能であることを確認した。これは、惑星形成経路を理解する上で極めて重要な領域である。
• 0.2°および0.4°のクロージャー位相誤差を仮定したモンテカルロシミュレーションと一貫しており、使用した統計的手法の妥当性が裏付けられた。