[论文解读] A near-infrared interferometric survey of debris-disc stars. V. PIONIER search for variability

Steve Ertel, Denis Defrère+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2016

Astro and Planetary Science参考文献 18被引用 4

一句话总结

本研究利用VLTI/PIONIER对邻近主序星进行多 epoch 近红外干涉观测，以检验其周围原行星盘尘埃过剩的持久性与变异性。结果表明，大多数系统中过剩现象在多年时间尺度上保持稳定，同时首次检测到HD 7788存在显著变异性的确凿候选者，以及HD 210302的潜在候选者，表明单次观测可能因内在变异性而漏检尘埃过剩。

ABSTRACT

Context: Extended circumstellar emission has been detected within a few 100 milli-arcsec around > 10% of nearby main sequence stars using near-infrared interferometry. Follow-up observations using other techniques, should they yield similar results or non-detections, can provide strong constraints on the origin of the emission. They can also reveal the variability of the phenomenon. Aims: We aim to demonstrate the persistence of the phenomenon over time scales of a few years and to search for variability of our previously detected excesses. Methods: Using VLTI/PIONIER in H band we have carried out multi-epoch observations of the stars for which a near-infrared excess was previously detected with the same observing technique and instrument. The detection rates and distribution of the excesses from our original survey and the follow-up observations are compared statistically. A search for variability of the excesses in our time series is carried out based on the level of the broadband excesses. Results: In 12 of 16 follow-up observations, an excess is re-detected with a significance of > 2 sigma, and in 7 of 16 follow-up observations significant excess (> 3 sigma) has been re-detected. We statistically demonstrate with very high confidence that the phenomenon persists for the majority of the systems. We also present the first detection of potential variability in two sources. Conclusions: We conclude that the phenomenon responsible for the excesses persists over time scales of a few years for the majority of the systems. However, we also find that variability intrinsic to a target can cause it to have no significant excess at the time of a specific observation.

研究动机与目标

• 测试先前在主序星周围探测到的近红外过剩是否在数年时间尺度上持续存在。
• 通过重复的干涉测量观测，搜索个别恒星的宽带过剩的变异性。
• 评估单次观测是否能可靠检测到尘埃过剩，或变异性是否可能导致假阴性结果。
• 评估对先前已探测到过剩的16颗恒星样本中，过剩重检测与潜在变异性统计显著性的评估。
• 判断仪器或定标效应是否可能模拟出过剩信号中的表观变异性。

提出的方法

• 使用VLTI/PIONIER在H波段对16颗先前被发现具有近红外过剩的恒星进行了多 epoch 观测。
• 每个科学目标每晚观测三次，利用可见度和闭合相位数据评估扩展发射的存在及其形态。
• 通过将测得的可见度与仅含恒星的模型预期值进行比较，采用卡方检验评估过剩显著性。
• 通过比较原始调查与后续观测的检测率，执行统计学分析以检验过剩现象的持续性。
• 对个别恒星的宽带过剩进行时间序列分析，以识别潜在变异性，重点关注过剩显著性随时间的变化。
• 通过使用与科学目标星等和天顶角相差小于10°的多个定标星，减轻仪器漂移、大气条件和定标误差等系统性影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 先前调查中探测到的近红外过剩是否在多年时间尺度上持续存在？
• RQ2 是否存在独立于测量不确定性的个别恒星过剩辐射的内在变异性证据？
• RQ3 单次观测能否可靠检测到原行星盘尘埃过剩，还是变异性可能导致假阴性？
• RQ4 观测到的过剩显著性变化是仪器或定标效应所致，还是反映了真实的天体物理变异性？
• RQ5 后续观测中过剩的检测率与原始调查相比如何？这表明该现象的稳定性如何？

主要发现

• 在16次后续观测中的12次中，以显著性 >2σ 重新检测到近红外过剩，表明该过剩现象在数年内具有强持久性。
• 在16次后续观测中的7次中，以显著性 >3σ 重新检测到过剩，证实了在相当大比例的系统中具有高置信度的持久性。
• 统计比较显示，后续观测的检测率显著高于原始调查，支持过剩现象真实且持久的结论。
• HD 7788 显示出强烈的内在变异性候选特征：过剩在一年内消失，但在另一年后重新出现，表明存在瞬态尘埃发射。
• HD 210302 显示出可能的衰减过剩信号，提示可能存在变异性，但需进一步观测以确认。
• 鉴于所采用的稳健误差估计和定标策略，本研究排除了仪器或定标误差是HD 7788中观测到变异性主要成因的可能性。