[论文解读] Searching for H$_α$ emitting sources around MWC758: SPHERE/ZIMPOL high-contrast imaging

N. Huélamo, G. Chauvin+15 more|MURAL - Maynooth University Research Archive Library (National University of Ireland, Maynooth)|Mar 25, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 54被引用 10

一句话总结

本研究利用SPHERE/ZIMPOL高对比度成像技术，搜寻围绕年轻赫比格Ae型恒星MWC 758的L′波段原行星候选体的Hα发射线。尽管在111 mas分离距离处进行了深度观测，但未检测到Hα信号，Hα光度上限为L_Hα ≲ 5×10⁻⁵ L☉，与低吸积率（Ṁ < 3.4×10⁻⁸–10⁻⁹ M☉/yr）及截断半径≤3.2 R_Jup的原行星吸积模型一致。

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}

研究动机与目标

• 通过在光学波段搜寻Hα发射线，探究MWC 758周围L′波段探测到的原行星候选体是否正在吸积。
• 通过探测吸积特征的Hα发射线，评估L′波段源的性质——是原行星还是盘面不对称性。
• 利用高对比度成像技术，在候选体位置设定Hα谱线光度的上限，从而估算吸积率。
• 通过将观测到的Hα光度上限与理论模型预测值对比，检验原行星吸积模型的预测。

提出的方法

• 在甚大望远镜（VLT）上利用SPHERE/ZIMPOL对Hα线及其邻近连续谱进行同步自适应光学观测。
• 应用光谱角差分成像（sADI）技术，抑制恒星和背景噪声，同时增强潜在点源发射信号。
• 在B_Ha滤光片中计算5σ对比度曲线，在111 mas分离距离处对比度极限约为7.6等。
• 将对比度极限转换为候选体位置Hα谱线光度的上限（L_Hα ≲ 5×10⁻⁵ L☉）。
• 利用L_Hα上限，通过经典T Tauri星的L_Hα–L_acc经验关系，估算吸积光度上限（L_acc < 3.7×10⁻⁴ L☉）。
• 基于Gullbring等人（1998）的关系式估算吸积率，并与Zhu（2015）的原行星吸积模型预测值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 MWC 758周围L′波段探测到的源是否为正在经历活跃吸积的原行星，表现为可探测的Hα发射？
• RQ2 在L′波段候选体位置，Hα谱线光度的上限是多少？这对吸积率有何含义？
• RQ3 观测到的Hα光度约束与原行星吸积模型的理论预测相比如何？
• RQ4 鉴于光学波段未检测到Hα发射，L′波段信号是否可能源于盘面不对称性而非行星体？

主要发现

• 在L′波段原行星候选体位置未检测到Hα发射线，5σ对比度极限为111 mas处约7.6等。
• 推导出的Hα谱线光度上限为L_Hα ≲ 5×10⁻⁵ L☉（111 mas处），对应吸积光度上限L_acc < 3.7×10⁻⁴ L☉。
• 假设采用经典T Tauri星的L_Hα–L_acc关系，对于质量为0.5–5 M_Jup、半径为1.1 R_Jup的行星，吸积率被限制在Ṁ < 3.4×(10⁻⁸–10⁻⁹) M☉/yr。
• 观测到的Hα光度上限与截断半径≤3.2 R_Jup的原行星吸积模型预测结果一致。
• 该非检测结果并未排除L′波段源为原行星的可能性，但表明其可能以低速率吸积或处于休眠状态。
• L′波段信号也可能源于盘面不对称性，因为在低倾角系统中，ADI技术可能模拟出类似行星的信号。