[논문 리뷰] Searching for H$_α$ emitting sources around MWC758: SPHERE/ZIMPOL high-contrast imaging

N. Huélamo, G. Chauvin외 15명|MURAL - Maynooth University Research Archive Library (National University of Ireland, Maynooth)|2018. 03. 25.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 54인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 젊은 Herbig Ae 별 MWC 758의 L′-대역에서 이전에 탐지된 형성 중인 행성 후보자 주위에서 Hα 방출을 검색하기 위해 SPHERE/ZIMPOL 고대비 이미징을 사용한다. 111 mas 분리에서 깊은 관측에도 불구하고 Hα 신호는 탐지되지 않았으며, 이는 L_Hα ≲ 5×10⁻⁵ L☉의 상한선을 제공하며, 이는 낮은 질량 유입률(Ṁ < 3.4×10⁻⁸–10⁻⁹ M☉/yr)과 원형행성 질량 유입 모델(자르림 반경 ≤3.2 R_Jup)과 일치한다.

ABSTRACT

MWC758 is a young star surrounded by a transitional disk. Recently, a protoplanet candidate has been detected around MWC758 through high-resolution $L'$-band observations. The candidate is located inside the disk cavity at a separation of $\sim$111 mas from the central star, and at an average position angle of $\sim$165.5 degrees. We have performed simultaneous adaptive optics observations of MWC758 in the H$_α$ line and the adjacent continuum using SPHERE/ZIMPOL at the Very Large Telescope (VLT). We aim at detecting accreting protoplanet candidates through spectral angular differential imaging observations. The data analysis does not reveal any H$_α$ signal around the target. The derived contrast curve in the B_Ha filter allows us to derive a 5$σ$ upper limit of $\sim$7.6 mag at 111 mas, the separation of the previously detected planet candidate. This contrast translates into a H$_α$ line luminosity of $L_{ m H_α}\lesssim$ 5$ imes$10$^{-5}$ $L_{\odot}$ at 111 mas, and an accretion luminosity of $L_{acc}

연구 동기 및 목표

• MWC 758 주위의 L′-대역에서 탐지된 형성 중인 행성 후보자가 질량을 유입하고 있는지, 즉 광역에서 Hα 방출을 검색함으로써 조사한다.
• Hα 방출을 통한 질량 유입 서식을 통해 L′-대역 소스의 본질—형성 중인 행성인지 디스크 비대칭성인지—를 평가한다.
• 고대비 이미징을 통해 후보자 위치에서 Hα 선 빛의 세기 상한선을 설정함으로써 질량 유입률 추정치를 도출한다.
• 관측된 Hα 빛의 세기 상한선을 모델 예측값과 비교함으로써 원형행성 질량 유입 모델의 예측을 검증한다.

제안 방법

• Very Large Telescope(VLT)의 SPHERE/ZIMPOL을 사용하여 Hα 선과 인접한 연속 스펙트럼에서 동시에 적응광학 관측을 수행하였다.
• 별과 배경 노이즈를 억제하면서 잠재적 점원형 방출을 강화하기 위해 스펙트럼 각도차분 이미징(sADI)을 적용하였다.
• B_Ha 필터에서 5σ 대비 곡선을 계산하여 111 mas 분리에서 약 7.6 mag의 대비 한계를 도출하였다.
• 대비 한계를 후보자 위치에서 Hα 선 빛 세기 상한선(L_Hα ≲ 5×10⁻⁵ L☉)으로 변환하였다.
• L_Hα 상한선을 사용하여 고전적 T Tauri 별의 경험적 L_Hα–L_acc 관계를 통해 질량 유입 빛 세기 상한선(L_acc < 3.7×10⁻⁴ L☉)을 추정하였다.
• Gullbring 등(1998)의 관계를 사용하여 질량 유입률을 추정하고, Zhu(2015)의 원형행성 질량 유입 모델 예측과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MWC 758 주위의 L′-대역에서 탐지된 소스가 Hα 방출을 통해 활발히 질량을 유입하고 있는 형성 중인 행성인가?
• RQ2 L′-대역 후보자 위치에서 Hα 선 빛 세기 상한선은 무엇이며, 이는 질량 유입률에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 관측된 Hα 빛 세기 제약 조건은 원형행성 질량 유입 모델의 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 Hα 방출이 관측되지 않았다는 점을 고려할 때, L′-대역 신호가 행성체가 아니라 디스크 비대칭성에서 기인할 가능성은 없는가?

주요 결과

• L′-대역 형성 중인 행성 후보자 위치에서 Hα 방출은 탐지되지 않았으며, 111 mas 분리에서 5σ 대비 곡선은 약 7.6 mag였다.
• 유도된 Hα 선 빛 세기 상한선은 111 mas에서 L_Hα ≲ 5×10⁻⁵ L☉이며, 이는 질량 유입 빛 세기 상한선 L_acc < 3.7×10⁻⁴ L☉에 해당한다.
• 고전적 T Tauri 별의 L_Hα–L_acc 관계를 가정할 경우, 반지름 1.1 R_Jup, 질량 0.5–5 M_Jup인 행성에 대해 질량 유입률은 Ṁ < 3.4×(10⁻⁸–10⁻⁹) M☉/yr로 제약된다.
• 관측된 Hα 빛 세기 상한선은 자르림 반경 ≤3.2 R_Jup인 원형행성 질량 유입 모델의 예측과 일치한다.
• 비탐지 결과는 L′-대역 소스가 형성 중인 행성일 가능성을 배제하지 않지만, 낮은 비율로 질량을 유입하거나 침체 상태일 수 있음을 시사한다.
• L′-대역 신호는 디스크 비대칭성에서 기인할 수도 있으며, 저기울기 시스템에서 ADI 기법은 행성 신호를 모방할 수 있다.