[논문 리뷰] Disks Around T Tauri Stars with SPHERE (DARTTS-S) II: Twenty-one new polarimetric images of young stellar disks

A. Garufi, H. Avenhaus외 9명|Leiden Repository (Leiden University)|2019. 11. 25.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 80인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 VLT의 SPHERE 기구를 사용하여 젊은 T Tauri 항성 주위의 21개의 새로운 적외선 근적외선 투과도 영상과 함께, 갭, 밝은 중심핵, 확장된 필라멘트와 같은 하위구조를 드러내는 프로토행성 원반의 영상을 제시한다. 주요 기여는 저질량, 젊고 작은 원반의 목록을 크게 확장하여, 더 편향이 적고 초기 단계의 시스템에서 먼지 진화 및 행성 형성 과정을 직접 비교할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

Near-IR polarimetric images of protoplanetary disks enable us to characterize substructures that might be due to the interaction with (forming) planets. The available census is strongly biased toward massive disks around old stars, however. The DARTTS program aims at alleviating this bias by imaging a large number of T Tauri stars with diverse properties. In this work, we present new SPHERE images of 21 circumstellar disks, which is the largest sample released to date. The targets of this work are significantly younger than those published thus far with polarimetric near-IR (NIR) imaging. Scattered light is unambiguously resolved in 11 targets, and some polarized unresolved signal is detected in 3 additional sources. Some disk substructures are detected. However, the paucity of spirals and shadows from this sample reinforces the trend according to which these NIR features are associated with Herbig stars, either because they are older or more massive. Furthermore, disk rings that are apparent in ALMA observations of some targets do not appear to have corresponding detections with SPHERE. Inner cavities larger than 15 au are also absent from our images, even though they are expected from the spectral energy distribution. On the other hand, 3 objects show extended filaments at larger scale that are indicative of strong interaction with the surrounding medium. All but one of the undetected disks are best explained by their limited size (less than 20 au), and the high occurrence of stellar companions in these sources suggests an important role in limiting the disk size. One undetected disk is massive and very large at millimeter wavelengths, implying that it is self-shadowed in the NIR. This work paves the way toward a more complete and less biased sample of scattered-light observations, which is required to interpret how disk features evolve throughout the disk lifetime.

연구 동기 및 목표

• 더 오래된 별 주위의 질량이 크고 진화된 원반에 대한 강한 관측 편향을 해결한다.
• 고역동 범위 극화 영상으로 젊고 저질량 T Tauri 항성 주위의 원반 샘플을 확장한다.
• 점점 더 많은 원반에 대해 근적외선 산란빛(SPHERE)과 밀리미터 파장 연속기(CMB) 데이터를 직접 비교할 수 있도록 한다.
• 갭, 공극, 확장된 필라멘트와 같은 원반 하위구조를 특성화하여 지속적인 행성-원반 상호작용과 먼지 진화를 탐구한다.
• 이전에 조사에서 부족하게 다뤄진 어두운, 작고 젊은 시스템을 포함하여 행성 형성 원반의 통계적 목록을 향상시킨다.

제안 방법

• 근적외선(H 및 K 대역)에서 VLT/SPHERE 기구를 사용하여 21개의 T Tauri 항성에 대한 고대비, 고역동 범위 극화 영상을 확보하였다.
• 별의 빛을 억제하고 원반 구조의 산란빛을 강화하기 위해 고급 데이터 처리 파ip라인(예: IRDAP)을 적용하였다.
• DARTTS-A 프로그램의 암시적 ALMA 영상 자료와 SPHERE 극화 영상 자료를 융합하여 파장에 따른 먼지 형태 비교를 수행하였다.
• 극화 강도도 지도의 형태적 특징을 기반으로 원반 하위구조를 식별하고 분류하였다.
• 공간적으로 해상도가 높은 밝기 프로파일을 사용하여 반경 방향 불연속성, 공극 크기, 표면 밝기 감소를 정량화하였다.
• 원반 특징을 항성 성질(예: 질량, 연령, 이중성)과 ALMA로 유도된 먼지 분포와 연관지어 물리적 과정을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 젊고 저질량 T Tauri 원반의 극화 산란빛에서 관찰되는 하위구조의 유형은 무엇이며, 더 진화된 시스템의 것과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 먼지 분포의 갭과 공극이 큰 먼지 입자에 의한 밀리미터 연속기 방출과 어느 정도 관련되어 있는가?
• RQ3 특히 저항열과도 같은 낮은 적외선 초과가 있는 원반의 형태는 기존의 원반 진화 모델에 어떤 도전을 가하는가?
• RQ4 확장된 필라멘트나 비대칭적 특징은 어떤 물리적 과정(예: 광분해, 유입, 행성-원반 상호작용)을 시사하는가?
• RQ5 밝은 내부 핵과 흐린 외부 영역의 공존은 먼지 포획과 반경 방향 이동을 이해하는 데 어떤 정보를 제공하는가?

주요 결과

• 21개의 새로운 극화 영상이 확보되어 젊고 저질량 T Tauri 항성 주위의 이미징된 원반 샘플이 크게 확장되었다.
• HT Lup, SR4, V1094 Sco, DoAr 25의 네 개 원반은 갑작스럽게 외부의 더 흐린 영역에서 분리된 밝은 중심핵을 보이며, 먼지 포획 또는 광학적 깊이 효과를 시사한다.
• HT Lup과 SR4에서 ALMA 영상은 큰 먼지가 밝은 중심핵 내부에 국한되어 있음을 확인하여 효율적인 먼지 포획 메커니즘을 시사한다.
• V1094 Sco에서 밝은 중심핵 내부의 밀리미터 방출은 광학적으로 두꺼운 것으로 나타나, 산란빛에서 명확한 갭이 없음에도 불구하고 높은 먼지 표면 밀도를 나타낸다.
• WW Cha, J1615-1921, DoAr 21의 세 개 원반은 확장된 필라멘트를 보이며, 주로 원반 유입 또는 광분해 과정에 기인한 것으로 추정된다.
• 고해상도 NIR 극화 영상(SPHERE)과 밀리미터 영상(ALMA)를 동시에 확보한 원반 수는 이제 수십 개에 이르며, 먼지 진화 및 행성 형성에 대한 신뢰성 있는 비교 연구가 가능해졌다.