[论文解读] ISPY - the NaCo Imaging Survey for Planets around Young stars: A young companion candidate embedded in the R CrA cloud

Gabriele Cugno, Sascha P. Quanz+14 more|Warwick Research Archive Portal (University of Warwick)|Feb 11, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 52被引用 4

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/NACO在L′波段首次直接成像探测到年轻赫比格Ae/Be星R CrA周围的低质量伴星候选体。该伴星位于18.7 AU处，对比度约为6.7–7.3等，其运动和质量估计（0.10–1.03 M⊙）表明其为一颗年轻的、很可能处于主序前阶段的天体，但其光度变化和潜在吸积过程使质量估计复杂化。

ABSTRACT

Within the NaCo-ISPY exoplanet imaging program, we aim at detecting and characterizing the population of low-mass companions at wide separations ($\gtrsim$10AU), focusing in particular on young stars either hosting a known protoplanetary disk or a debris disk. R CrA is one of the youngest (1-3 Myr) and most promising objects in our sample because of two previous studies that suggested the presence of a close companion. Our aim is to directly image and characterize the companion for the first time. We observed R CrA twice with the NaCo instrument at VLT in the $L'$ filter with a one year time baseline in between. The high-contrast imaging data were reduced and analyzed, and in both datasets the companion candidate was detected. The companion is detected at a separation of $196.8\pm4.5$/$196.6\pm5.9$ mas ($18.7\pm1.3$/$18.7\pm1.4$ AU) and position angle of $134.7\pm0.5^\circ/133.7\pm0.7^\circ$ in the first/second epoch observation. We measure a contrast of $7.29\pm0.18$/$6.70\pm0.15$ mag with respect to the primary. Stellar proper motion study rejects the hypothesis of the signal being a background object. The companion candidate orbits in the clockwise direction and, if on a face-on circular orbit, its period is $\sim43-47$ yr. This value disagrees with the estimated orbital motion and therefore a face-on circular orbit may be excluded. Depending on the assumed age, extinction and brightness of the primary, the stellar companion has a mass between $0.10\pm0.02\, M_\odot$ and $1.03^{+0.20}_{-0.18}\,M_\odot$ range, if no contribution from circumsecondary material is taken into account. The presence of the companion needs to be taken into account when analyzing the complex circumstellar environment of R CrA.

研究动机与目标

• 直接成像并表征R CrA周围低质量伴星候选体。
• 解析R Coronae Australis星云中复杂的原恒星环境，特别是存在争议的伴星。
• 利用高对比度成像与天体测量分析，确定伴星的轨道运动、质量及物理性质。
• 评估光度变化与周围物质对质量估计及伴星表征的影响。
• 增进对年轻恒星群中宽分离行星与恒星伴星的理解。

提出的方法

• 利用甚大望远镜的NACO仪器，在L′波段（3.8 μm）获取R CrA的双历元高对比度成像观测，时间间隔为一年。
• 采用先进的数据处理技术，包括角差成像与斑点噪声抑制，以抑制残留恒星晕斑和噪声。
• 利用人工负信号精确测量伴星的位置、分离度与对比度，并量化不确定性。
• 开展自行分析，排除背景天体的可能性，确认该伴星与R CrA共动。
• 基于R_V = 3.1消光律，对观测对比度进行消光修正（A_V = 1.9–8.0 mag），得到A_L′ = 0.09–0.36 mag。
• 将绝对L′星等与BT-Settl演化模型比较，结合年龄（1–3 Myr）、消光与亮度变化，估算质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 此前提出的R CrA伴星是否为真实共动天体，还是背景源？
• RQ2 该伴星候选体的轨道运动与动力学状态如何？其轨道是否支持俯视圆形轨道？
• RQ3 该伴星的质量是多少？光度变化与周围物质辐射如何影响质量估计？
• RQ4 吸积过程或周围物质再辐射通量在观测到的L′波段通量中占多大比例？
• RQ5 该伴星的存在如何影响对R CrA星云中复杂原恒星环境的解释？

主要发现

• 在第一历元中，伴星候选体在196.8 ± 4.5 mas（18.7 ± 1.3 AU）处、位置角134.7° ± 0.5°处被稳健检测到，且在第二历元中再次确认。
• 相对于主星的对比度在第一历元为7.29 ± 0.18 mag，第二历元为6.70 ± 0.15 mag，表明其为一颗暗淡、低质量天体。
• 自行分析排除了该天体为背景源的可能性，确认其与R CrA物理关联。
• 该天体的轨道运动与俯视圆形轨道不一致，表明其轨道可能非共面或具有偏心率，轨道周期约为43–47年。
• 质量估计范围为0.10 ± 0.02 M⊙至1.03+0.20−0.18 M⊙，具体取决于年龄、消光与主星亮度的假设。
• L′波段亮度表现出约Δmag ≈ 0.4 ± 0.23 mag的光度变化，可能源于吸积或再辐射过程，表明观测通量可能并非真实光球辐射。