[논문 리뷰] On the possibility of ground-based direct imaging detection of extra-solar planets: The case of TWA-7

R. Neuhäuser, W. Brandner외 6명|arXiv (Cornell University)|1999. 12. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 TWA-7를 사례 연구로 삼아 지상 기반 직접 영상 기술을 이용한 외계 행성 탐지의 가능성에 대해 입증한다. 여러 시기의 H- 및 K-대역 영상에서 2.5" 분리 거리에 있는 희미한 천체를 검출하였으며, 광도 및 운동량 분석 결과 이 천체는 약 138 AU 거리에 있는 행성질량의 연성체(~3 M_Jup)일 가능성이 있으나, 배경 천체 오염이 여전히 타당한 대안으로 남아 있다.

ABSTRACT

We show that {\\em ground-based} direct imaging detection of extra-solar planets is possible with current technology. As an example, we present evidence for a possible planetary companion to the young T Tauri star 1RXSJ104230.3$-$334014 (=TWA-7), discovered by ROSAT as a member of the nearby TW Hya association. In an HST NICMOS F160W image, an object is detected that is more than 9 mag fainter than TWA-7, located $2.445 \\pm 0.035^{\\prime \\prime}$ south-east at a position angle of $142.24 \\pm 1.34^{\\circ}$. One year later using the ESO-NTT with the SHARP speckle camera, we obtained H- and K-band detections of this faint object at a separation of $2.536 \\pm 0.077^{\\prime \\prime}$ and a position angle of $139.3 \\pm 2.1^{\\circ}$. Given the known proper motion of TWA-7, the pair may form a proper motion pair. If the faint object orbits TWA-7, then its apparent magnitudes of H=$16.42 \\pm 0.11$ and K=$16.34 \\pm 0.15$ mag yield absolute magnitudes consistent with a $\\sim 10^{6.5}$ yr old $\\sim 3$ M$_{\ m jup}$ mass object according to the non-gray theory by Burrows et al. (1997). At $\\sim 55$ pc, the angular separation of $\\sim 2.5^{\\prime \\prime}$ corresponds to $\\sim 138$~AU. However, position angles and separations are slightly more consistent with a background object than with a companion.

연구 동기 및 목표

• 현재 기술 수준을 기반으로 지상 기반 직접 영상이 외계 행성 탐지에 가능한지 평가하기.
• 젊은 T 타우리 성분인 TWA-7 근처의 희미한 공전 천체의 성격을 조사하기.
• 아스트로메트릭 및 광도 분석을 통해 탐지된 천체가 행성 연성체인지 배경 천체인지 규명하기.
• 해당 천체의 등급과 거리가 행성질량과 연령과 일치하는지 평가하기.

제안 방법

• ESO-NTT의 SHARP 장치를 사용해 H- 및 K-대역 스필럴 영상 데이터를 확보하여 희미한 연성체를 탐지한다.
• HST NICMOS와 지상 관측 자료의 아스트로메트릭 위치를 비교하여 운동량 일관성 여부를 평가한다.
• H 및 K-대역에서의 등급을 측정하여 절대 등급을 유도하고, 진화 모델을 통해 질량을 추정한다.
• Burrows 등(1997)의 비흑색 대기 모델을 사용해 광도 데이터로부터 질량과 연령을 추정한다.
• 다양한 시기 간의 각도 분리 및 위치각 일관성을 평가하여 공전 행동 여부를 검증한다.
• 아스트로메트릭 및 광도 데이터를 기반으로 해당 천체가 배경 천체인지 진정한 연성체인지 가능성 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재 장비로 지상 기반 직접 영상이 외계 행성을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 TWA-7 근처의 희미한 천체는 공전 연성체인지 배경 천체인가?
• RQ3 해당 천체의 광도 등급이 행성질량 천체의 예상 밝기와 일치하는가?
• RQ4 광도 및 거리 자료를 기반으로 후보 연성체의 추정 질량 및 연령은 무엇인가?
• RQ5 다양한 기기 및 시기 간 아스트로메트릭 측정치는 얼마나 일관된가?

주요 결과

• ESO-NTT를 사용해 K-대역에서 2.536 ± 0.077" 분리 거리, 139.3 ± 2.1° 위치각에서 희미한 천체를 검출하였다.
• HST NICMOS F160W 영상에서 천체는 TWA-7보다 9등급 어두웠으며, 분리 거리는 2.445 ± 0.035"였다.
• H-대역 등급은 16.42 ± 0.11 mag, K-대역 등급은 16.34 ± 0.15 mag로 측정되어 약 ~3 M_Jup 천체와 일치한다.
• 절대 등급과 약 10^6.5년의 연령 추정치는 행성질량 천체에 대한 이론 모델과 일치한다.
• 천체의 위치각과 분리 거리는 진정한 연성체보다는 배경 천체일 가능성이 약간 더 높다.
• 운동량 분석 결과 일부 공전 행동이 관측되었지만, 궤도 운동을 확실히 확인하지 못했다.