[论文解读] Exploring the RCrA environment with SPHERE: Discovery of a new stellar companion

D. Mesa, M. Bonnefoy+40 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 6被引用 11

一句话总结

利用甚大望远镜上的SPHERE仪器，研究人员在距离年轻赫比格AeBe星R Coronae Australis 0.156–0.184 角秒处发现了一颗引力束缚的恒星伴星，其质量为0.3–0.55 M⊙，轨道参数表明半长轴为27–28 au，偏心率约为0.4。该伴星位于星周盘间隙附近，暗示其可能通过盘不稳定性形成；同时，还解析出了延伸结构，包括一条明亮的东北方向喷流及其对应喷流，表明存在活跃的喷流与盘动力学。

ABSTRACT

Aims. R Coronae Australis (R CrA) is the brightest star of the Coronet nebula of the Corona Australis (CrA) star forming region. It has very red colors, probably due to dust absorption and it is strongly variable. High contrast instruments allow for an unprecedented direct exploration of the immediate circumstellar environment of this star. Methods. We observed R CrA with the near-IR channels (IFS and IRDIS) of SPHERE at VLT. In this paper, we used four different epochs, three of them from open time observations while one is from the SPHERE guaranteed time. The data were reduced using the DRH pipeline and the SPHERE Data Center. On the reduced data we implemented custom IDL routines with the aim to subtract the speckle halo.We have also obtained pupil-tracking H-band (1.45-1.85 micron) observations with the VLT/SINFONI near-infrared medium-resolution (R~3000) spectrograph. Results. A companion was found at a separation of 0.156" from the star in the first epoch and increasing to 0.18400 in the final one. Furthermore, several extended structures were found around the star, the most noteworthy of which is a very bright jet-like structure North-East from the star. The astrometric measurements of the companion in the four epochs confirm that it is gravitationally bound to the star. The SPHERE photometry and the SINFONI spectrum, once corrected for extinction, point toward an early M spectral type object with a mass between 0.3 and 0.55 M?. The astrometric analyis provides constraints on the orbit paramenters: e~0.4, semi-major axis at 27-28 au, inclination of ~ 70° and a period larger than 30 years. We were also able to put constraints of few MJup on the mass of possible other companions down to separations of few tens of au.

研究动机与目标

• 利用高对比度成像技术研究位于宝瓶座冠星团中的明亮赫比格AeBe星R Coronae Australis的邻近星周环境。
• 通过深度近红外观测探测并表征该系统中潜在的恒星或行星伴星。
• 研究R CrA周围的延伸结构，如喷流和盘特征，以揭示原行星盘动力学与喷流机制的线索。
• 利用天体测量与光谱学方法约束新发现伴星的轨道参数与物理特性。
• 通过残差图像分析评估在数十AU量级距离上是否存在额外的低质量伴星。

提出的方法

• 观测使用甚大望远镜上的SPHERE仪器的IRDIS与IFS模块进行，覆盖四个时相，包含保障时间与开放时间观测计划的数据。
• 数据处理采用DRH处理流程与SPHERE数据中心工具，随后使用自定义IDL程序抑制光斑晕影，以增强微弱伴星的信号。
• 利用SINFONI获取了视宁度跟踪的H波段光谱（R ~ 3000），以推导伴星的光谱类型与固有测光特性。
• 将消光修正后的测光与光谱数据与BT-Settl演化模型对比，以估算伴星的质量与光谱类型。
• 基于各时相的天体测量数据拟合轨道参数，包括偏心率、半长轴与倾角。
• 进行残差图像分析，以设定在约10–30 au分离距离上额外伴星的质量上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 R Coronae Australis新发现的恒星伴星的本质及其轨道构型是什么？
• RQ2 该伴星的测光与光谱特性如何约束其质量与光谱类型？
• RQ3 在R CrA东北方向观测到的延伸喷流状结构的起源与形态特征是什么？
• RQ4 该伴星是否位于星周盘的间隙内，暗示其通过盘不稳定性形成？
• RQ5 在数十AU量级距离上，系统中额外未解析伴星的质量上限是多少？

主要发现

• 在首次观测时相中，于投影分离距离0.156 角秒处发现一颗恒星伴星，至最终时相时分离距离增至0.184 角秒，且天体测量趋势一致，表明存在轨道运动。
• 基于消光修正后的测光与SINFONI光谱，伴星质量为0.3–0.55 M⊙，对应早期M型光谱类型。
• 轨道参数被约束为偏心率约0.4，半长轴27–28 au，倾角约70°，轨道周期超过30年。
• 该伴星位于星周盘间隙附近，使其成为通过盘不稳定性形成机制的候选者，类似其他系统如G11.92-0.61 MM1。
• 在R CrA东北方向检测到一条明亮且可解析的喷流状结构，至少包含两个次结构，且在相反方向发现一条较暗的对应喷流状特征。
• 尚未实现对内盘的直接成像，但弧状特征暗示可能存在外部盘成分或喷流叶状结构。