[论文解读] Deep imaging survey of the environment of Alpha Centauri - I. Adaptive optics imaging of Alpha Cen B with VLT-NACO

P. Kervella, F. Thévenin+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用 6

一句话总结

本研究利用甚大望远镜-NACO仪器在J、H和Ks波段对半人马座α星B进行了深度自适应光学成像，实现了在7"角距离处的极限星等mKs ≈18。该巡天未发现半人马座α星B的共动伴星，其绝对星等下限为19–20，由此对7–20 AU范围内亚恒星伴星的质量上限设定为20–30木星质量，同时记录了252个背景源，并为未来观测建模了恒星的弥散光。

ABSTRACT

Context: Alpha Centauri is our closest stellar neighbor, at a distance of only 1.3 pc, and its two main components have spectral types comparable to the Sun. This is therefore a favorable target for an imaging search for extrasolar planets. Moreover, indications exist that the gravitational mass of Alpha Cen B is higher than its modeled mass, the difference being consistent with a substellar companion of a few tens of Jupiter masses. Aims: We searched for faint comoving companions to Alpha Cen B. As a secondary objective, we built a catalogue of the detected background sources. Methods: We used the NACO adaptive optics system of the VLT in the J, H, and Ks bands to search for companions to Alpha Cen B. This instrument allowed us to achieve a very high sensitivity to point-like sources, with a limiting magnitude of m\_Ks ~ 18 at 7" from the star. We complemented this data set with archival coronagraphic images from the HST-ACS instrument to obtain an accurate astrometric calibration. Results: Over the observed area, we did not detect any comoving companion to Alpha Cen B down to an absolute magnitude of 19-20 in the H and Ks bands. However, we present a catalogue of 252 background objects within about 15" of the star. This catalogue fills part of the large void area that surrounds Alpha Cen in sky surveys due to the strong diffused light. We also present a model of the diffused light as a function of angular distance for the NACO instrument, that can be used to predict the background level for bright star observations. Conclusions: According to recent numerical models, the limiting magnitude of our search sets the maximum mass of possible companions to 20-30 times Jupiter, between 7 and 20 AU from Alpha Cen B.

研究动机与目标

• 利用高分辨率自适应光学成像技术，搜索半人马座α星B的微弱共动伴星。
• 通过探测亚恒星伴星，解决半人马座α星B的动力学与演化模型之间存在的3σ质量差异（28 ± 9 MJ）。
• 在半人马座α星周围密集场域构建高保真度背景源目录，填补现有天空巡天的空白。
• 建模明亮恒星的弥散光，以提高未来高对比度成像中背景水平的预测精度。
• 评估NACO仪器在明亮恒星附近探测大质量系外行星或棕矮星的灵敏度极限。

提出的方法

• 利用甚大望远镜上的NACO自适应光学系统，对半人马座α星B进行J、H和Ks波段的深度成像，空间分辨率达亚角秒级。
• 在距离恒星7"处实现极限星等mKs ≈18，可探测到绝对星等H ≈19–20的天体。
• 结合档案中的HST-ACS日冕成像数据，实现对检测到天体的精确天体测量校准。
• 针对NACO仪器配置，建立恒星角距离函数的弥散光模型。
• 应用测光与天体测量分析，识别共动伴星并将其与背景天体区分开来。
• 利用演化模型（Baraffe et al. 2003）将观测星等转换为潜在伴星的质量极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在我们的NACO成像中未被探测到的情况下，半人马座α星B周围可能存在的亚恒星伴星的最大质量是多少？
• RQ2 在20 AU范围内，是否存在任何共动伴星，其探测极限达到NACO仪器的灵敏度？
• RQ3 半人马座α星B的动力学与演化模型之间的观测质量差异，能否通过隐藏伴星的存在来解释？
• RQ4 半人马座α星B附近背景源的密度是多少？与标准天空巡天相比有何差异？
• RQ5 半人马座α星B的弥散光在多大程度上影响其附近微弱点源的可探测性？

主要发现

• 在观测区域内，未探测到半人马座α星B的共动伴星，其绝对星等下限为H和Ks波段的19–20。
• 该成像巡天为轨道距离在7至20 AU之间的任何亚恒星伴星设定了20–30木星质量的上限。
• 在半人马座α星B周围15"范围内，编制了252个背景源的目录，填补了因恒星明亮光晕导致现有天空巡天数据严重缺失的空白。
• 本研究提供了基于角距离的半人马座α星B弥散光校准模型，可用于未来观测中背景水平的预测。
• NACO仪器的灵敏度足以探测到距离半人马座α星B 7–20 AU、年龄50亿年、质量30 MJ的棕矮星，与观测到的质量差异一致。
• 结果与径向速度巡天结果一致，表明在4 AU内无大质量行星，且任何伴星质量均小于数个木星质量，且位于5 AU以内。