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

R. Neuhäuser, W. Brandner+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 5

一句话总结

本文以TWA-7为案例研究，展示了利用地面直接成像探测系外行星的可行性。研究在多 epoch 的H波段和K波段检测到一个距离2.5"的微弱天体，通过测光和自行分析，推测其为质量约为3 M_Jup、距离约138 AU的行星质量伴星，但背景天体污染仍是合理的替代解释。

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.

研究动机与目标

• 评估当前技术条件下，利用地面直接成像探测系外行星的可行性。
• 研究靠近年轻恒星TWA-7的微弱共动天体的性质。
• 通过天体测量和测光分析，确定所探测到的天体是行星伴星还是背景源。
• 评估该天体的星等与距离是否与行星质量及年龄一致。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台-新技术望远镜（ESO-NTT）的SHARP仪器获取H波段和K波段的光斑成像数据，以探测微弱伴星。
• 将哈勃空间望远镜（HST）NICMOS数据与地面观测的天体测量位置进行比较，评估自行一致性。
• 测量H波段和K波段的视星等，推导绝对星等，并通过演化模型推断质量。
• 利用Burrows等人（1997）的非灰质大气模型，基于测光数据估算质量与年龄。
• 评估不同观测 epoch 间角距离与位置角的一致性，以检验共动行为。
• 基于天体测量与测光数据，评估该天体为背景源而非真实伴星的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前仪器条件下，地面直接成像能否探测到系外行星？
• RQ2 TWA-7附近的微弱天体是共动伴星还是背景源？
• RQ3 该天体的测光星等是否与行星质量天体的预期亮度一致？
• RQ4 基于其亮度与距离，候选伴星的推断质量与年龄是多少？
• RQ5 不同仪器与观测 epoch 之间的天体测量数据一致性如何？

主要发现

• 利用欧洲南方天文台-新技术望远镜（ESO-NTT）在K波段检测到一个距离为2.536 ± 0.077"、位置角为139.3 ± 2.1°的微弱天体。
• 在哈勃空间望远镜（HST）NICMOS F160W成像中，该天体比TWA-7暗9个星等，角距离为2.445 ± 0.035"。
• H波段星等为16.42 ± 0.11 mag，K波段星等为16.34 ± 0.15 mag，与质量约为3 M_Jup的天体一致。
• 绝对星等与年龄估计值（约10^6.5 yr）与行星质量天体的理论模型相符。
• 该天体的位置角与角距离略更符合背景源而非真实伴星的特征。
• 自行分析显示存在一定程度的共动行为，但数据尚不足以确证轨道运动。