[论文解读] An M-dwarf star in the transition disk of Herbig HD 142527; Physical parameters and orbital elements

S. Lacour, Beth Biller+30 more|Discovery Research Portal (University of Dundee)|Nov 30, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 46

一句话总结

本研究利用NACO和GPI的高对比度成像技术，在赫比格HD 142527的原行星盘中识别并表征了一颗M型矮星伴星（HD 142527B）。该伴星的质量为0.13±0.03 M☉，半径为0.90±0.15 R☉，年龄为1.0⁺¹.⁰₋₀.⁷⁵ Myr，显著年轻于主星。轨道分析显示其轨道偏心率较高（e = 0.5±0.2），倾角为125±15°，与内盘平面对齐，但与外盘平面存在倾角，表明其可能并未截断外盘的内边缘。

ABSTRACT

HD 142527A is one of the most studied Herbig Ae/Be stars with a transitional disk, as it has the largest imaged gap in any protoplanetary disk: the gas is cleared from 30 to 90 AU. The HD142527 system is also unique in that it has a stellar companion with a small mass compared to the mass of the primary star. This factor of ~20 in mass ratio between the two objects makes this binary system different from any other YSO. The HD142527 system could therefore provide a valuable test bed. This low-mass stellar object may be responsible for both the gap and dust trapping observed by ALMA at longer distances. We observed this system with the NACO and GPI instruments using the aperture masking technique. Aperture masking is ideal for providing high dynamic range even at very small angular separations. We present the spectral energy distribution for HD142527A and B. Brightness of the companion is now known from the R band up to the M' band. We also followed the orbital motion of HD 142527B over a period of more than two years. The SED of the companion is compatible with a T=3000+/-100K object in addition to a 1700K blackbody environment (likely a circus-secondary disk). From evolution models, we find that it is compatible with an object of mass 0.13+/-0.03Msun, radius 0.90+/-0.15Rsun, and age $1.0^{+1.0}_{-0.75}$Myr. This age is significantly younger than the age previously estimated for HD142527A. Computations to constrain the orbital parameters found a semi major axis of $140^{+120}_{-70}$mas, an eccentricity of 0.5+/-0.2, an inclination of 125+/-15 degrees, and a position angle of the right ascending node of -5+/-40 degrees. Inclination and position angle of the ascending node are in agreement with an orbit coplanar with the inner disk, not coplanar with the outer disk. Despite its high eccentricity, it is unlikely that HD142527B is responsible for truncating the inner edge of the outer disk.

研究动机与目标

• 确定赫比格HD 142527A原行星盘中低质量恒星伴星（HD 142527B）的物理参数和轨道要素。
• 评估该伴星是否负责形成盘中观测到的30–90 AU大尺度间隙。
• 研究伴星轨道与内盘/外盘结构之间的运动学对齐情况。
• 调和中等质量恒星与低质量恒星演化模型之间在年龄估计上的差异。
• 评估低质量伴星在塑造过渡盘形态方面的作用，特别是在存在大尺度间隙的系统中。

提出的方法

• 采用孔径遮蔽干涉测量法，利用NACO和GPI仪器在小角距离范围内实现高动态范围成像。
• 从R波段至M′波段构建HD 142527B的光谱能量分布（SED），以推导其有效温度和光度。
• 基于其SED和测光数据，利用演化模型估算伴星的质量、半径和年龄。
• 通过2.5年内的天体测量追踪HD 142527B的轨道运动，以约束其轨道要素。
• 将轨道倾角和位置角与内盘方向（基于Marino等人2015年研究）及外盘方向（基于Casassus等人2015a年研究）进行比较，以评估共面性。
• 建模伴星远星点距离相对于外盘内边缘（90 AU）的关系，以检验其是否可能截断盘结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 M型矮星伴星HD 142527B的物理参数（质量、半径、温度、年龄）是什么？
• RQ2 HD 142527B的轨道运动是否与内盘结构共面？
• RQ3 该伴星的轨道能否解释外盘在90 AU处的截断？
• RQ4 为何该伴星的年龄估计显著年轻于主星？
• RQ5 伴星轨道与外盘之间存在的非共面性是否暗示动力学解耦或不同的形成历史？

主要发现

• 伴星HD 142527B的质量为0.13±0.03 M☉，半径为0.90±0.15 R☉，有效温度为3000±100 K，与年轻M型矮星一致。
• 伴星的年龄估计为1.0⁺¹.⁰₋₀.⁷⁵ Myr，显著年轻于主星的年龄（5±1.5 Myr）。
• 轨道解算结果得出半长轴为140⁺¹²⁰₋₇₀ mas，偏心率为0.5±0.2，倾角为125±15°，升交点线黄经为-5±40°。
• 伴星轨道与内盘对齐（视向倾角约140°，位置角≈ -3°），但与外盘平面存在约70°的倾角。
• 伴星远星点距离（约15 AU）远小于外盘内边缘（90 AU），排除了其直接截断外盘的可能性。
• 该系统中年龄估计的不一致提示中等质量恒星与低质量恒星演化模型之间可能存在矛盾，凸显了年轻恒星系统中模型的不确定性。