[論文レビュー] VLT/NACO astrometry of the HR8799 planetary system. L'-band observations of the three outer planets

C. Bergfors, W. Brandner+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 27被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、VLT/NACOを用いたL'バンドの縁原測位をHR 8799 dに対して実施し、2年間のベースラインでその位置を分析することで、軌道配置を評価した。データは、純粋な円形で面からの軌道を否定しており、HR 8799 dはおそらく傾斜しているか、非円形または非同一面内な軌道をとっていると考えられ、同一面内で面からのモデルとは一致せず、初期のシステム構造に関する仮定に疑問を呈する。

ABSTRACT

HR8799 is so far the only directly imaged multiple exoplanet system. The orbital configuration would, if better known, provide valuable insight into the formation and dynamical evolution of wide-orbit planetary systems. We present L'-band observations of the HR8799 system obtained with NACO at VLT, adding to the astrometric monitoring of the planets HR8799b, c and d. We investigate how well the two simple cases of (i) a circular orbit and (ii) a face-on orbit fit the astrometric data for HR8799d over a total time baseline of ~2 years. The results indicate that the orbit of HR8799d is inclined with respect to our line of sight, and suggest that the orbit is slightly eccentric or non-coplanar with the outer planets and debris disk.

研究の動機と目的

• VLT/NACOからの新しい縁原測位データを用いて、HR 8799 dの軌道配置を精緻化すること。
• HR 8799 dの純粋な円形軌道または面からの軌道が、観測された縁原測位と整合するかを検証すること。
• 異なる軌道仮定のもとでのHR 8799システムの動的安定性を評価すること。
• 星の回転およびデブリディスクの傾きからの制約と縁原測位データを一致させること。
• 惑星の軌道が同一面内か非同一面内か、また離心率が必要かどうかを特定すること。

提案手法

• 2009年10月5日および6日、VLTのNACOを用いてHR 8799のL'バンド画像データを取得し、スカイ補正を向上させるためにデイターチドキューブを用いた。
• IRAFおよびIDLを用いたデータ還元を行い、高輝度画素を除外して平均化することでスカイフレームを構築し、星の汚染を低減した。
• アーカイブの縁原測位二重星HD 211742を用いて、スケール因子と真北を校正し、27.1 mas/pxおよび-0.6° ± 0.2°のフィールド回転を得た。
• 画像ノイズおよびキャリブレーション誤差からの不確実性を伝搬させながら、HR 8799 dの位置を星に対して測定した。
• 固定された長半径を仮定し、傾きと離心率を変化させて軌道モデルをフィットさせ、適合度を評価するためにχ²を計算した。
• 2つのモデルの適合度を比較した：(i) 円形軌道（e=0）および(ii) 面からの軌道（i=90°）、それぞれχ²最小化および信頼区間を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しい縁原測位データを踏まえて、HR 8799 dの軌道が純粋な円形で面からの配置と整合するか？
• RQ2 2年間の縁原測位ベースラインを制約条件とした場合、HR 8799 dの最良適合傾きと離心率は何か？
• RQ3 HR 8799 dの導出された軌道パラメータは、星の回転およびデブリディスクの傾きからの制約とどのように一致するか？
• RQ4 観測された縁原測位は、惑星が同一面内にあるシステムと整合するか、それとも非同一面内軌道を示唆するか？
• RQ5 最良適合軌道配置のもとで、システムは動的安定性を保てるか？

主な発見

• HR 8799 dの軌道は、純粋な面からの配置と整合しない。傾きが90°に固定された場合、離心率は99.7%信頼水準でe ≥ 0.4に制限される。
• 円形軌道（e=0）の場合、最良適合傾きはi = 63°であり、99.73%信頼水準での下限はi > 43°である。これは顕著な傾きを示している。
• 円形軌道の場合に導かれたi > 43°の傾きは、星の回転に関するアステロセイズミック制約（i ≈ 65°）と整合するが、デブリディスクの3σ上限i < 40°とは整合しない。
• 円形軌道に必要な高い傾きは、軌道が非円形であるか、惑星が非同一面内にあることを示唆しており、同一面内で面からのシステムは除外される。
• 縁原測位データは、HR 8799 dが同一面内で円形かつ面からの配置であると支持しない。2008年の発見当初の仮定に疑問を呈する。
• システムはおそらく非同一面内軌道または非ゼロの離心率を有しており、残りのデゲネラシーを解消するためには継続的な縁原測位監視が必要である。