[논문 리뷰] ISPY - the NaCo Imaging Survey for Planets around Young stars: A young companion candidate embedded in the R CrA cloud

Gabriele Cugno, Sascha P. Quanz외 14명|Warwick Research Archive Portal (University of Warwick)|2019. 02. 11.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 52인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 VLT/NACO를 이용해 젊은 Herbig Ae/Be 항성 R CrA 주위에서 저질량 연성 후보를 직접 영상으로 촬영한 최초의 사례를 제시한다. 18.7 AU 거리에서 약 6.7–7.3 mag의 대비로 검출된 연성의 운동 및 질량 추정치(0.10–1.03 M⊙)는 이가 젊고, 주로 주계열 이전 상태일 가능성이 높음을 시사하며, 변동성과 잠재적 물질 붕착으로 인해 질량 추정치에 복잡성이 가미된다.

ABSTRACT

Within the NaCo-ISPY exoplanet imaging program, we aim at detecting and characterizing the population of low-mass companions at wide separations ($\gtrsim$10AU), focusing in particular on young stars either hosting a known protoplanetary disk or a debris disk. R CrA is one of the youngest (1-3 Myr) and most promising objects in our sample because of two previous studies that suggested the presence of a close companion. Our aim is to directly image and characterize the companion for the first time. We observed R CrA twice with the NaCo instrument at VLT in the $L'$ filter with a one year time baseline in between. The high-contrast imaging data were reduced and analyzed, and in both datasets the companion candidate was detected. The companion is detected at a separation of $196.8\pm4.5$/$196.6\pm5.9$ mas ($18.7\pm1.3$/$18.7\pm1.4$ AU) and position angle of $134.7\pm0.5^\circ/133.7\pm0.7^\circ$ in the first/second epoch observation. We measure a contrast of $7.29\pm0.18$/$6.70\pm0.15$ mag with respect to the primary. Stellar proper motion study rejects the hypothesis of the signal being a background object. The companion candidate orbits in the clockwise direction and, if on a face-on circular orbit, its period is $\sim43-47$ yr. This value disagrees with the estimated orbital motion and therefore a face-on circular orbit may be excluded. Depending on the assumed age, extinction and brightness of the primary, the stellar companion has a mass between $0.10\pm0.02\, M_\odot$ and $1.03^{+0.20}_{-0.18}\,M_\odot$ range, if no contribution from circumsecondary material is taken into account. The presence of the companion needs to be taken into account when analyzing the complex circumstellar environment of R CrA.

연구 동기 및 목표

• 젊고 원반을 가진 항성 R CrA 주위에서 저질량 연성 후보를 직접 영상 촬영하고 특성화하기.
• 특히 논란의 여지가 있는 연성 후보를 포함한 R Coronae Australis 성운의 복잡한 원성행성 환경을 해소하기.
• 고대비 영상 및 천체측위 분석을 통해 연성의 궤도 운동, 질량, 물리적 성격을 규명하기.
• 변동성과 원성행성 물질이 질량 추정 및 연성 특성화에 미치는 영향 평가하기.
• 젊은 항성군 내 광범위한 분리 거리의 행성 및 항성 연성에 대한 이해를 향상시키기.

제안 방법

• 1년 간격으로 VLT의 NACO 기구를 사용해 R CrA의 이중에포크 고대비 영상 관측을 수행하였으며, L′ 대역(3.8 μm)에서 수행됨.
• 잔류 항성 허브 및 스펙클을 억제하기 위해 각도 차별 영상 및 스펙클 제거 기법을 적용함.
• 인위적 음성 신호를 사용해 보다 정밀하게 연성의 위치, 분리거리, 대비를 측정하고 불확실성 정량화를 수행함.
• 배경 천체일 가능성 여부를 배제하기 위해 운동량 분석을 수행하여 연성이 R CrA와 함께 공행운동을 한다는 것을 확인함.
• R_V = 3.1 흡수 법칙을 사용해 흡수(AV = 1.9–8.0 mag)를 보정하여 A_L′ = 0.09–0.36 mag를 산정함.
• 연령(1–3 Myr), 흡수, 빛의 강도 변화를 고려해 BT-Settl 진화 모델과 절대 L′ 등급을 비교하여 질량 추정함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전에 제안된 R CrA 주위의 연성 후보는 진정한 공행운동을 하는 천체인지, 배경 천체인지 여부는 무엇인가?
• RQ2 연성 후보의 궤도 운동 및 천체역학적 상태는 무엇이며, 이는 평면형 원형 궤도를 지지하는가?
• RQ3 연성의 질량은 얼마이며, 변동성과 원성행성 방출이 질량 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 물질 붕착 또는 원성행성 물질에 의해 재처리된 복사가 관측된 L′ 복사에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 연성의 존재가 R CrA 성운의 복잡한 원성행성 환경 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 첫 번째 에포크에서 연성 후보는 196.8 ± 4.5 mas(18.7 ± 1.3 AU)의 분리거리와 134.7° ± 0.5°의 위치각에서 양 에포크 모두에서 강력하게 검출됨.
• 주성에 대한 대비는 첫 번째 에포크에서 7.29 ± 0.18 mag, 두 번째 에포크에서 6.70 ± 0.15 mag로 측정되어 매우 희미하고 저질량의 천체임을 시사함.
• 운동량 분석을 통해 배경 천체일 가능성은 배제되었으며, 연성이 R CrA와 물리적으로 연계되어 있음이 확인됨.
• 연성의 궤도 운동은 평면형 원형 궤도와 부합하지 않으며, 약 43–47년의 궤도 주기를 가지며 비공면 또는 타원형 궤도일 가능성이 있음.
• 연령, 흡수, 주성 밝기 가정에 따라 질량 추정치는 0.10 ± 0.02 M⊙에서 1.03+0.20−0.18 M⊙까지 다양함.
• L′ 등급에서 Δmag ≈ 0.4 ± 0.23 mag의 변동성이 관측되어, 주로 물질 붕착 또는 재처리로 인한 것으로 보이며, 관측된 복사가 진정한 표면 복사가 아닐 수 있음을 시사함.