[논문 리뷰] Exploring the RCrA environment with SPHERE: Discovery of a new stellar companion

D. Mesa, M. Bonnefoy외 40명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 6인용 수 11

한 줄 요약

SPHERE를 통해 VLT에서 수행한 관측을 통해, 젊은 Herbig AeBe 항성 R Coronae Australis의 중력적으로 결합된 항성형 항성형제를 0.156–0.184 arcsecond의 분리각에서 발견하였다. 이 항성형제의 질량은 0.3–0.55 M⊙이며, 궤도 파rameter는 반장축 27–28 au, 이심률 ~0.4로 나타났다. 항성형제는 디스크 갭 근처에 위치하여 디스크 불안정성에 의한 형성 가능성을 시사하며, 뚜렷한 NE 방향 제트와 반대 방향의 제트 구조도 함께 해상도를 확보하여 활발한 유출 및 디스크 역학을 시사한다.

ABSTRACT

Aims. R Coronae Australis (R CrA) is the brightest star of the Coronet nebula of the Corona Australis (CrA) star forming region. It has very red colors, probably due to dust absorption and it is strongly variable. High contrast instruments allow for an unprecedented direct exploration of the immediate circumstellar environment of this star. Methods. We observed R CrA with the near-IR channels (IFS and IRDIS) of SPHERE at VLT. In this paper, we used four different epochs, three of them from open time observations while one is from the SPHERE guaranteed time. The data were reduced using the DRH pipeline and the SPHERE Data Center. On the reduced data we implemented custom IDL routines with the aim to subtract the speckle halo.We have also obtained pupil-tracking H-band (1.45-1.85 micron) observations with the VLT/SINFONI near-infrared medium-resolution (R~3000) spectrograph. Results. A companion was found at a separation of 0.156" from the star in the first epoch and increasing to 0.18400 in the final one. Furthermore, several extended structures were found around the star, the most noteworthy of which is a very bright jet-like structure North-East from the star. The astrometric measurements of the companion in the four epochs confirm that it is gravitationally bound to the star. The SPHERE photometry and the SINFONI spectrum, once corrected for extinction, point toward an early M spectral type object with a mass between 0.3 and 0.55 M?. The astrometric analyis provides constraints on the orbit paramenters: e~0.4, semi-major axis at 27-28 au, inclination of ~ 70° and a period larger than 30 years. We were also able to put constraints of few MJup on the mass of possible other companions down to separations of few tens of au.

연구 동기 및 목표

• 관측된 R Coronae Australis, Coronet 성운에 위치한 밝은 Herbig AeBe 항성의 즉각적인 원성계 환경을 고대비 영상 기법을 통해 조사하기 위해.
• 깊은 적외선 영상 관측을 통해 시스템 내 잠재적인 항성 또는 행성형 제지의 탐지 및 특성 분석을 위해.
• R CrA 주변의 제트 및 디스크 특성과 같은 확장된 구조를 연구하여, 태양계 형성 초기 단계의 원반 역학 및 유출 메커니즘에 대한 통찰을 얻기 위해.
• 아스트로메트리 및 스펙트로스코피를 활용하여 새로 발견된 제지의 궤도 파rameter 및 물리적 성질을 제약하기 위해.
• 잔여 영상 분석을 통해 수십 AU 이내의 추가적인 저질량 제지 존재 여부를 평가하기 위해.

제안 방법

• 관측은 VLT의 SPHERE의 IRDIS 및 IFS 장치를 사용하여 수행되었으며, 다양한 관측 프로그램(보장 시간 및 개방 시간 데이터 포함)을 통해 네 개의 에포크를 커버하였다.
• 데이터 처리는 DRH 파이프라인 및 SPHERE 데이터 센터 도구를 활용하였고, 이후 스펙클 홀로를 억제하고 약한 제지를 강조하기 위해 맞춤형 IDL 루틴을 적용하였다.
• Pupil-tracking H-band 스펙트로스코피(R ~ 3000)는 SINFONI를 사용하여 획득되었으며, 제지의 스펙트럼 유형과 본질적 광도를 도출하기 위해 활용되었다.
• 기울기 보정된 광도 및 스펙트럼 데이터를 BT-Settl 진화 모델과 비교하여 제지의 질량과 스펙트럼 유형을 추정하였다.
• 에포크 간 아스트로메트리 측정을 통해 궤도 파rameter(이심률, 반장축, 기울기 등)를 피팅하였다.
• 잔여 영상 분석을 통해 약 10–30 au 분리까지의 추가 제지에 대한 질량 상한선을 설정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R Coronae Australis에 대해 새로 발견된 항성형 제지의 성격과 궤도 구조는 무엇인가?
• RQ2 제지의 광도 및 스펙트럼 성질은 그 질량과 스펙트럼 유형을 어떻게 제약하는가?
• RQ3 R CrA의 NE 방향에서 관측된 확장된 제트 유사 구조의 기원과 형태는 무엇인가?
• RQ4 제지는 원성계 디스크의 갭 내에 위치해 있으며, 디스크 불안정성에 의한 형성 가능성을 시사하는가?
• RQ5 수십 AU 분리 거리에서 추가로 해상도가 불가능한 비활성 제지의 질량 상한선은 무엇인가?

주요 결과

• 첫 번째 에포크에서 0.156 arcsecond의 투영 분리 거리에서 항성형 제지를 발견하였으며, 마지막 에포크에서는 0.184 arcsecond로 증가하였고, 일관된 아스트로메트리적 추세는 궤도 운동을 시사한다.
• 기울기 보정된 광도 및 SINFONI 스펙트로스코피를 기반으로 제지의 질량은 0.3–0.55 M⊙이며, 이는 초기 M 스펙트럼 유형에 해당한다.
• 궤도 파rameter는 이심률 ~0.4, 반장축 27–28 au, 기울기 약 ~70°로 제약되었으며, 주기는 30년 이상이다.
• 제지는 원성계 디스크의 갭 근처에 위치하여, G11.92-0.61 MM1과 같은 다른 시스템에서 관측된 바와 같이 디스크 불안정성에 의한 형성 가능성이 높다.
• R CrA의 NE 방향에서 뚜렷한 해상도를 확보한 제트 유사 구조를 관측하였으며, 최소 두 개의 하위 구조를 포함하고 있으며, 반대 방향에는 더 흐린 반제트 유사 특징도 관측되었다.
• 내부 디스크의 직접 영상 확보는 이루어지지 않았지만, 아치형 특징은 외부 디스크 구성 요소 또는 유출 루프의 가능성을 시사한다.