[論文レビュー] A near-infrared interferometric survey of debris disk stars. I. Probing the hot dust content around epsilon Eridani and tau Ceti with CHARA/FLUOR

E. Di Folco, Olivier Absil+12 more|ArXiv.org|Oct 9, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 78

ひとこと要約

本研究では、CHARA/FLUOR機器を用いた近赤外干渉計法を用い、近くの太陽型の星 ε Eridani および τ Ceti の3 AU以内の高温のダストを調査した。τ Cet の K′バンドでは、0.98 ± 0.21 × 10⁻² の分率超過が検出され、温かいダストに一致するが、ε Eri の周囲には顕著なホットダストは排除された。それぞれ 2.015 ± 0.011 mas および 2.126 ± 0.014 mas の高精度な星の直径が測定された。

ABSTRACT

We probed the first 3AU around tau Ceti and epsilon Eridani with the CHARA array (Mt Wilson, USA) in order to gauge the 2micron excess flux emanating from possible hot dust grains in the debris disks and to also resolve the stellar photospheres. High precision visibility amplitude measurements were performed with the FLUOR single mode fiber instrument and telescope pairs on baselines ranging from 22 to 241m of projected length. The short baseline observations allow us to disentangle the contribution of an extended structure from the photospheric emission, while the long baselines constrain the stellar diameter. We have detected a resolved emission around tau Cet, corresponding to a spatially integrated, fractional excess flux of 0.98 +/- 0.21 x 10^{-2} with respect to the photospheric flux in the K'-band. Around eps Eri, our measurements can exclude a fractional excess of greater than 0.6x10^{-2} (3sigma). We interpret the photometric excess around tau Cet as a possible signature of hot grains in the inner debris disk and demonstrate that a faint, physical or background, companion can be safely excluded. In addition, we measured both stellar angular diameters with an unprecedented accuracy: Theta_LD(tau Cet)= 2.015 +/- 0.011 mas and Theta_LD(eps Eri)=2.126 +/- 0.014 mas.

研究の動機と目的

• 高分解能近赤外干渉計法を用いて、近くの太陽型の星の3 AU以内のホットダストを検出および特徴づけること。
• 2 μm での光度過剰が、原始惑星系円盤のダスト由来か、解像度の低い連星系由来かを特定すること。
• sub-milliarcsecond 精度で、ε Eri および τ Cet の視直径を測定すること。
• ホットダストの存在が、DARWIN や TPF のような将来の直接画像化ミッションに与える影響を評価すること。
• 内側のデブリディスクが、類地惑星探査におけるノイズ源としての可能性を評価すること。

提案手法

• CHARAアレイに搭載された FLUOR 単モードファイバー干渉計を用いて、高精度な可視度振幅測定が実施された。
• 短基線（22–241 m）を用いて拡張構造が解像され、円盤放射と光球フラックスが分離された。
• 長基線を用いて、可視度の測定により星の光球直径が制約された。
• τ Cet における短基線での可視度欠損は、原始惑星系物質由来の光度過剰として解釈された。
• ダスト粒子の分布モデル化を用いて、観測された過剰と中赤外制約との整合性を評価した。
• 統計的解析により、τ Cet の過剰の原因として、束縛または背景の連星系が除外された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 τ Cet は、3 AU以内のホットダストを示す近赤外過剰を示しているか？
• RQ2 τ Cet で観測された過剰は、物理的原始惑星系円盤由来か、背景または前方の天体由来か？
• RQ3 干渉計法による測定で、ε Eri および τ Cet の正確な視直径は何か？
• RQ4 ε Eri に検出可能な過剰がないことは、その既知のデブリディスク特性と整合するか？
• RQ5 ホットダストの存在は、これらの星の類地惑星の直接画像化の可能性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• τ Cet の K′バンドで、0.98 ± 0.21 × 10⁻² の近赤外光度過剰が検出され、高温のダスト粒子からの放射を示唆している。
• τ Cet の過剰は、束縛または背景の連星系由来とは整合せず、物理的原始惑星系円盤由来を支持する。
• τ Cet の視直径は 2.015 ± 0.011 mas と高精度に測定され、以前の推定値を改善した。
• ε Eri については、99%信頼水準（3σ）で 0.6 × 10⁻² より大きな分率過剰は排除され、顕著なホットダスト放射は認められない。
• τ Cet の近赤外過剰は、数個の星半径の位置にピークを持つマイクロサイズまたはサブマイクロサイズのダスト粒子の分布によって最もよく説明される。
• スパイクルのデータでは10–15 μm の強い放射が認められないことから、τ Cet の内側ディスクのダストは、質量が小さい小さな高温の粒子から構成されていると示唆される。