[논문 리뷰] A protoplanet candidate in the transition disk around the Herbig Ae star MWC 758

Maddalena Reggiani, Valentin Christiaens외 21명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 31.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

연구는 히르비그 Ae 항성 MWC 758의 전이 디스크에서 Keck/NIRC2의 벡터 비틀림 코로나그래프를 사용한 고대비 L-대역 영상으로부터 원형행성 후보를 제시한다. 항성으로부터 20 au 떨어진 곳에서 뚜렷한 점광원(ΔL = 7.0 ± 0.3 mag)이 관측되었으며, 이는 임베디드된, 물질을 수축시키는 원형행성일 가능성이 있다. 또한 세 개의 나선형 팔(새로 발견된 남서쪽 팔 포함)도 해상되었지만, 이들 간의 연관성은 아직 불확실하다.

ABSTRACT

Transition disks offer the extraordinary opportunity to look for newly born planets and investigate the early stages of planet formation. In this context we observed the Herbig A5 star MWC 758 with the L band vector vortex coronagraph installed in the near-infrared camera and spectrograph NIRC2 at the Keck II telescope, with the aim of unveiling the nature of the spiral structure by constraining the presence of planetary companions in the system. Our high-contrast imaging observations show a bright (delta L=7.0+/-0.3 mag) point-like emission, south of MWC 758 at a deprojected separation of about 20 au (r=0.111+/- 0. 004 arcsec) from the central star. We also recover the two spiral arms (south-east and north-west), already imaged by previous studies in polarized light, and discover a third one to the south-west of the star. No additional companions were detected in the system down to 5 Jupiter masses beyond 0.6 arcsec from the star. We propose that the bright L band emission could be caused by the presence of an embedded and accreting protoplanet, although the possibility of it being an asymmetric disk feature cannot be excluded. The spiral structure is probably not related to the protoplanet candidate, unless on an inclined and eccentric orbit, and it could be due to one (or more) yet undetected planetary companions at the edge of or outside the spiral pattern. Future observations and additional simulations will be needed to shed light on the true nature of the point-like source and its link with the spiral arms.

연구 동기 및 목표

• 히르비그 Ae 항성 MWC 758의 전이 디스크에서 관측된 나선형 구조의 성격을 조사하기 위해.
• 나선형 구조가 행성 동반체에 의해 유도되는지, 또는 다른 디스크 불안정성에 의해 유도되는지 판단하기 위해.
• 근적외선 파장에서 고대비 영상 기법을 사용하여 임베디드된 행성 동반체를 탐색하기 위해.
• 20 au 거리에서 관측된 밝은 점광원이 원형행성인지, 디스크의 비대칭성인지 평가하기 위해.
• 0.6 arcsec 이상 떨어진 곳에 있는 잠재적 동반체의 질량과 궤도 파ram을 제약하기 위해.

제안 방법

• Keck II 천체망원경의 NIRC2 기구에 장착된 L-대역 벡터 비틀림 코로나그래프를 사용하여 고대비 영상 촬영을 수행하였다.
• 높은 각해상도에서 원형행성 주변의 디스크에서 희미한 구조를 해상하기 위해 히르비그 Ae 항성 MWC 758을 대상으로 관측을 수행하였다.
• 밝은 항성 허브를 억제하고 희미한 점광원 및 연장된 구조의 탐지를 향상시키기 위해 데이터를 처리하였다.
• 측정된 각도적 간격과 시스템 거리를 바탕으로 점광원의 투영된 간격을 20 au로 계산하였다.
• 점광원의 밝기를 L-대역에서 측정하여 magnitude 차이 ΔL = 7.0 ± 0.3 mag를 도출하였다.
• 항성으로부터 0.6 arcsec 이상 떨어진 곳에서 동반체의 탐지 한계를 5 목성질량으로 설정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MWC 758 디스크에서 20 au 거리에 있는 밝은 점광원은 원형행성인지, 디스크의 비대칭성인지?
• RQ2 디스크에서 관측된 세 개의 나선형 팔, 특히 새로 발견된 남서쪽 팔의 기원은 무엇인가?
• RQ3 나선형 구조가 행성 동반체에 의해 유도될 수 있는가? 만약 그렇다면, 나선 패턴과 비교해가며 위치는 어디인가?
• RQ4 점광원은 나선형 팔과 물리적으로 연관되어 있는가, 아니면 서로 무관한 특징인가?
• RQ5 디스크 구조를 유도할 수 있는 잠재적 미관측 행성 동반체의 질량과 궤도 구성을 어떻게 특정할 수 있는가?

주요 결과

• MWC 758으로부터 투영 거리 20 au(0.111 ± 0.004 arcsec)에 뚜렷한 점광원이 검출되었으며, L-대역 magnitude 차이는 ΔL = 7.0 ± 0.3 mag였다.
• 광원은 항성의 남쪽에 위치해 있으며, 임베디드된, 물질을 수축시키는 원형행성일 가능성이 높지만, 디스크의 특징일 가능성도 배제할 수 없다.
• 세 개의 나선형 팔이 해상되었으며, 이는 이전에 알려진 두 개(남동쪽 및 북서쪽)와 더불어 새로 발견된 남서쪽 구역의 팔이다.
• 항성으로부터 0.6 arcsec 이상 떨어진 곳에서는 추가적인 동반체가 탐지되지 않았다.
• 나선형 구조는 원형행성 후보와 직접적인 관련이 없을 가능성이 높으며, 만약 그렇다면 행성 궤도가 기울어지고 타원형일 경우에만 관련이 있을 수 있다.
• 점광원의 진정한 성격과 그 나선형 팔과의 잠재적 연관성은 여전히 불확실하며, 향후 관측과 시뮬레이션을 통해 규명되어야 한다.