[論文レビュー] ISPY - the NaCo Imaging Survey for Planets around Young stars: A young companion candidate embedded in the R CrA cloud

Gabriele Cugno, Sascha P. Quanz+14 more|Warwick Research Archive Portal (University of Warwick)|Feb 11, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 52被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、VLT/NACOを用いたL′バンドでの直接撮像により、若齢のヘルビッジAe/Be星R CrAの周囲で低質量の補助天体候補を初めて直接検出した。18.7 AUの距離で約6.7–7.3 magの対比で検出された天体の運動および質量推定値（0.10–1.03 M⊙）から、これは若い、おそらく主系列前段階の天体であると示唆されるが、変動性および降着の影響により質量推定値が複雑化している。

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.

研究の動機と目的

• 若齢で惑星環を持つ星R CrAの周囲に低質量補助天体候補を直接撮像し、その特徴を明らかにすること。
• 特に議論のあった補助天体を含む、Rコロナスアウラス星雲の複雑な原始星周囲環境を解明すること。
• 高対比撮像法とアストロメトリック解析を用いて、補助天体の軌道運動、質量、物理的性質を特定すること。
• 変動性および原始星周囲物質が質量推定値や補助天体の特徴付けに与える影響を評価すること。
• 若い星協における広い分離距離の惑星的・恒星的補助天体の理解を深めること。

提案手法

• VLTのNACO機器を用いて、1年間隔をあけてR CrAのL′バンド（3.8 μm）で二回の高対比撮像観測を実施した。
• 残存する星のハローおよびスピークルを抑制するために、アングル差分撮像法とスピークル除去法を併用した高度なデータ還元手法を適用した。
• 人工的な負の信号を用いて、補助天体の位置、分離距離、対比を不確実性の評価とともに正確に測定した。
• 適切な運動解析により、背景天体由来でないことを確認し、補助天体がR CrAと共に運動していることを裏付けた。
• AV = 1.9–8.0 magの減光をR_V = 3.1の減光則を用いて補正し、A_L′ = 0.09–0.36 magの値を得た。
• BT-Settlの進化モデルと絶対的L′等級を比較して質量を推定した。年齢（1–3 Myr）、減光、明るさの変動を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R CrAの周囲に以前に示唆された補助天体は、物理的に共動する天体であるのか、それとも背景天体であるのか？
• RQ2 補助天体候補の軌道運動および動的状態は何か？また、面に近い円軌道を支持するか？
• RQ3 補助天体の質量は何か？また、変動性および原始星周囲の放射が質量推定値にどのように影響するか？
• RQ4 降着または原始星周囲物質による再放射光が、観測されたL′バンドの放射にどの程度寄与しているか？
• RQ5 補助天体の存在が、R CrA星雲における複雑な原始星周囲環境の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• 補助天体候補は、最初のエポックで196.8 ± 4.5 mas（18.7 ± 1.3 AU）の分離距離、134.7° ± 0.5°の位置角で、両エポックで安定して検出された。
• 主星に対する対比は、第1エポックで7.29 ± 0.18 mag、第2エポックで6.70 ± 0.15 magであり、明るさが弱く低質量な天体であることが示された。
• 適切な運動解析により、補助天体が背景天体でないことが確認され、R CrAと物理的に関連していることが裏付けられた。
• 天体の軌道運動は、面に近い円軌道と一致しないことから、非共面または離心率の高い軌道をとっている可能性が示され、周期は約43–47年と推定された。
• 年齢、減光、主星の明るさの仮定に応じて、質量推定値は0.10 ± 0.02 M⊙から1.03+0.20−0.18 M⊙の範囲にわたる。
• L′バンドの明るさにΔmag ≈ 0.4 ± 0.23 magの変動が認められ、降着または再放射の影響によるものと推定され、観測された放射が真の光球放射を反映していない可能性がある。