[논문 리뷰] An M-dwarf star in the transition disk of Herbig HD 142527; Physical parameters and orbital elements

S. Lacour, Beth Biller외 30명|Discovery Research Portal (University of Dundee)|2015. 11. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 1인용 수 46

한 줄 요약

이 연구는 NACO와 GPI를 사용한 고대비 영상 기법을 통해 허비그 HD 142527의 전이 원반에서 M형 주계열형 형성물(이하 HD 142527B)을 식별하고 특성화한다. 이 형성물은 질량 0.13±0.03 M☉, 반지름 0.90±0.15 R☉, 연령 1.0⁺¹.⁰₋₀.⁷⁵ Myr를 가지며, 주성보다 훨씬 어린 연령을 가진다. 궤도 분석 결과, 이 형성물은 타원도 0.5±0.2인 매우 타원형 궤도를 도는 것으로 나타났으며, 기울기가 125±15°로, 내부 원반과 정렬되어 있으나 외부 원반과는 정렬되어 있지 않아, 외부 원반의 내부 가장자리를 잘라내지는 않는 것으로 보인다.

ABSTRACT

HD 142527A is one of the most studied Herbig Ae/Be stars with a transitional disk, as it has the largest imaged gap in any protoplanetary disk: the gas is cleared from 30 to 90 AU. The HD142527 system is also unique in that it has a stellar companion with a small mass compared to the mass of the primary star. This factor of ~20 in mass ratio between the two objects makes this binary system different from any other YSO. The HD142527 system could therefore provide a valuable test bed. This low-mass stellar object may be responsible for both the gap and dust trapping observed by ALMA at longer distances. We observed this system with the NACO and GPI instruments using the aperture masking technique. Aperture masking is ideal for providing high dynamic range even at very small angular separations. We present the spectral energy distribution for HD142527A and B. Brightness of the companion is now known from the R band up to the M' band. We also followed the orbital motion of HD 142527B over a period of more than two years. The SED of the companion is compatible with a T=3000+/-100K object in addition to a 1700K blackbody environment (likely a circus-secondary disk). From evolution models, we find that it is compatible with an object of mass 0.13+/-0.03Msun, radius 0.90+/-0.15Rsun, and age $1.0^{+1.0}_{-0.75}$Myr. This age is significantly younger than the age previously estimated for HD142527A. Computations to constrain the orbital parameters found a semi major axis of $140^{+120}_{-70}$mas, an eccentricity of 0.5+/-0.2, an inclination of 125+/-15 degrees, and a position angle of the right ascending node of -5+/-40 degrees. Inclination and position angle of the ascending node are in agreement with an orbit coplanar with the inner disk, not coplanar with the outer disk. Despite its high eccentricity, it is unlikely that HD142527B is responsible for truncating the inner edge of the outer disk.

연구 동기 및 목표

• 헤비그 HD 142527A의 전이 원반 내 저질량 별 형성물(HD 142527B)의 물리적 매개변수와 궤도 요소를 규명하기 위해.
• 관측된 30–90 AU 범위의 큰 갭이 형성물에 의해 만들어졌는지 평가하기 위해.
• 형성물의 궤도와 내부/외부 원반 구조 간의 운동학적 정렬 여부를 조사하기 위해.
• 중간질량 항성과 저질량 항성에 대한 진화 모델 간 연령 추정의 괴리점을 해결하기 위해.
• 특히 큰 갭을 가진 시스템에서 저질량 형성물이 전이 원반 형태를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 소형 각도 분리에서 고역반응 영상 성능을 확보하기 위해 NACO 및 GPI 기구를 사용한 개구 masking 간섭측정 기법을 적용하였다.
• R 대역에서 M′ 대역까지의 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)를 구성하여 형성물의 유효 온도와 광도를 유도하였다.
• 진화 모델을 사용하여 SED 및 광도 측정치를 기반으로 형성물의 질량, 반지름, 연령을 추정하였다.
• 2.5년에 걸친 HD 142527B의 궤도 운동을 추적하여 천체측량 측정을 통해 궤도 요소를 제약 조건화하였다.
• 내부 원반(.Marino 등 2015년)과 외부 원반(.Casassus 등 2015a년)의 정렬 방향과 궤도 기울기 및 위치각을 비교하여 공면성 여부를 평가하였다.
• 형성물의 근일점 거리가 외부 원반의 내부 가장자리(90 AU)와 비교하여, 원반을 잘라내는 데 가능한지 모델링하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M형 주계열형 형성물 HD 142527B의 물리적 매개변수(질량, 반지름, 온도, 연령)는 무엇인가?
• RQ2 HD 142527B의 궤도 운동은 내부 원반 구조와 공면 구성과 일치하는가?
• RQ3 형성물의 궤도는 외부 원반의 90 AU에서의 잘림을 설명할 수 있는가?
• RQ4 왜 형성물의 추정 연령이 주성의 연령보다 훨씬 어린가?
• RQ5 형성물의 궤도와 외부 원반 간의 정렬 불일치는 역학적 분리 또는 다른 형성 역사적 배경을 시사하는가?

주요 결과

• 형성물 HD 142527B는 질량 0.13±0.03 M☉, 반지름 0.90±0.15 R☉, 유효 온도 3000±100 K를 가지며, 청소년기 M형 주계열성과 일치한다.
• 형성물의 연령은 1.0⁺¹.⁰₋₀.⁷⁵ Myr로 추정되며, 주성의 5±1.5 Myr보다 훨씬 어린 것으로 나타났다.
• 궤도 해법 결과, 반장축 140⁺¹²⁰₋₇₀ mas, 이심률 0.5±0.2, 기울기 125±15°, 오르막 점의 위치각 -5±40°를 도출하였다.
• 형성물의 궤도는 내부 원반과 정렬되어 있다(천구상 기울기 약 140°, 위치각 ≈ -3°), 그러나 외부 원반 평면과는 약 70° 정도 기울어져 있다.
• 형성물의 근일점 거리(~15 AU)는 외부 원반의 내부 가장자리(90 AU)에 도달하기에는 너무 작아, 외부 원반을 직접 잘라내는 것은 불가능하다는 점이 입증되었다.
• 이 시스템의 연령 괴리 현상은 중간질량 항성과 저질량 항성에 대한 진화 모델 간의 잠재적 불일치를 시사하며, 청소년기 항성계에서 모델의 불확실성을 부각시킨다.