[論文レビュー] First light of the VLT planet finder SPHERE. II. The physical properties and the architecture of the young systems PZ Tel and HD 1160 revisited

A.-L. Maire, M. Bonnefoy+69 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 139被引用数 63

ひとこと要約

本研究は、SPHEREのコンmissioningデータと多波長観測を用いて、若年星系PZ TelおよびHD 1160の物理的性質および軌道的構造を再検討した。同伴星の質量、温度、光度を精緻化し、軌道離心率および縁上傾斜を確認した。また、'ホットスタート'モデルと改良された天体測定法を用いて、亜星の同伴の存在に stricter 制約を課した。

ABSTRACT

[Abridged] Context. The young systems PZ Tel and HD 1160, hosting known low-mass companions, were observed during the commissioning of the new planet finder SPHERE with several imaging and spectroscopic modes. Aims. We aim to refine the physical properties and architecture of both systems. Methods. We use SPHERE commissioning data and REM observations, as well as literature and unpublished data from VLT/SINFONI, VLT/NaCo, Gemini/NICI, and Keck/NIRC2. Results. We derive new photometry and confirm the nearly daily photometric variability of PZ Tel A. Using literature data spanning 38 yr, we show that the star also exhibits a long-term variability trend. The 0.63-3.8 mic SED of PZ Tel B allows us to revise its properties: spectral type M7+/-1, Teff=2700+/-100 K, log(g)<4.5 dex, log(L/L_Sun)=-2.51+/-0.10 dex, and mass 38-72 MJ. The 1-3.8 mic SED of HD 1160 B suggests a massive brown dwarf or a low-mass star with spectral type M5.5-7.0, Teff=3000+/-100 K, [M/H]=-0.5-0.0 dex, log(L/L_Sun)=-2.81+/-0.10 dex, and mass 39-168 MJ. We confirm the deceleration and high eccentricity (e>0.66) of PZ Tel B. For e<0.9, the inclination, longitude of the ascending node, and time of periastron passage are well constrained. The system is seen close to an edge-on geometry. We reject other brown dwarf candidates outside 0.25" for both systems, and massive giant planets (>4 MJ) outside 0.5" for the PZ Tel system. We also show that K1-K2 color can be used with YJH low-resolution spectra to identify young L-type companions, provided high photometric accuracy (<0.05 mag) is achieved. Conclusions. SPHERE opens new horizons in the study of young brown dwarfs and giant exoplanets thanks to high-contrast imaging capabilities at optical and near-infrared wavelengths, as well as high signal-to-noise spectroscopy in the near-infrared from low (R~30-50) to medium resolutions (R~350).

研究の動機と目的

• 高対比画像法および分光法を用いて、若年星系PZ TelおよびHD 1160の同伴星の物理的性質を精緻化すること。
• 改良された天体測定測定値を用いて、PZ Tel Bの軌道的構造（特に離心率および傾き）を再評価すること。
• SPHEREの検出限界と進化モデルを用いて、0.25′′以より大きな距離に存在する追加の亜星同伴の存在を制約すること。
• 導出された有効温度および光度が、星の年齢および金属量推定値と整合するかを評価すること。
• $K1-K2$色と低分解能分光法が、若年L型同伴星を同定するのに有効であるかを評価すること。

提案手法

• VLTのSPHEREで、IRDIS、IFS、ZIMPOL機器を用いた撮影および分光モードで、コンmissioningデータを取得した。
• VLT/SINFONI、VLT/NaCo、Gemini/NICI、Keck/NIRC2のアーカイブおよび未発表データと組み合わせ、多波長カバレッジを確保した。
• PZ Tel Bについては0.63–3.8 μm、HD 1160 Bについては1–3.8 μmの範囲でスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、物理的パラメータを導出した。
• 有効温度および光度に基づいて質量を推定するために、'ホットスタート'進化モデルを適用した。
• 3 mas未満の精度を持つ天体測定測定値を用いて、軌道パラメータを制約し、軌道運動の有無を検証した。
• $K1-K2$色および$YJH$低分解能分光法を評価し、若年L型同伴星の同定および金属量指標の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同伴星PZ Tel Bの精緻化された物理的性質（スペクトル型、有効温度、表面重力、光度、質量）は何か？
• RQ2 PZ Tel Bの軌道パラメータ（特に離心率および傾き）は、システムの構造にどのような制約を課すか？
• RQ3 HD 1160 Bの質量および物理的状態は何か？そのSEDおよび進化モデルに基づき、白色矮星領域か亜星領域にあるか？
• RQ4 $K1-K2$色および$YJH$分光法は、若年L型同伴星を同定するための信頼できる指標として使用可能か？
• RQ5 SPHEREデータおよび'ホットスタート'モデルに基づく、PZ TelおよびHD 1160系における追加の亜星同伴の検出限界は何か？

主な発見

• PZ Tel Bは、再評価されたスペクトル型がM7 ± 1、有効温度が2700 ± 100 K、log(g) < 4.5 dex、光度log(L/L☉) = -2.51 ± 0.10 dex、'ホットスタート'モデルによる質量範囲が38–72 M_Jであった。
• HD 1160 Bは、スペクトル型がM6.0⁺¹·⁰₋₀·⁵、有効温度が3000 ± 100 K、太陽未満の金属量[M/H] = -0.5 〜 0.0 dex、光度log(L/L☉) = -2.81 ± 0.10 dex、質量範囲が39–168 M_Jであった。
• PZ Tel Bの軌道解析により、高い離心率（e > 0.66）および縁上傾斜が確認され、星および同伴星の両方の軌道がほぼ縁上系として一貫していた。
• HD 1160 Cについては、有効温度が3260 ± 100 Kであり、以前の推定値と整合的であり、温度に基づく質量推定値は205⁺⁷²₋₅₁ M_J、光度に基づく推定値は244⁺¹¹₃₋₇₀ M_Jであった。
• 100⁺²⁰₀₋₇₀ Myrのシステム年齢は、HD 1160 Bが亜星領域にあることにわずかに支持的であるが、低質量星の可能性を排除できない。
• SPHEREの改良された天体測定精度（分離距離で3 mas未満、パララックス角で0.2°未満）により、将来的な軌道運動検出が可能となり、検出限界はPZ Tel系において0.25′′以遠の亜星同伴を除外し、0.5′′以遠で3 M_Jを超える巨大惑星も除外した。