[论文解读] Two Rings and a Marginally Resolved, 5 AU, Disk Around LkCa 15 Identified Via Near Infrared Sparse Aperture Masking Interferometry

Dori Blakely, Logan Francis+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 61被引用 19

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/SPHERE-IRDIS的近红外稀疏孔径掩蔽干涉测量技术，分析了过渡盘LkCa 15，通过建模扩展盘结构以提高行星探测的对比度极限。研究稳健地检测到两道位于~17 au和~45 au的非对称环，以及一道FWHM为5 au的边缘可分辨内盘，同时未发现明确的行星证据，将50 au以外的近红外对比度极限提升至至少1000。

ABSTRACT

Sparse aperture masking interferometry (SAM) is a high resolution observing technique that allows for imaging at and beyond a telescope's diffraction limit. The technique is ideal for searching for stellar companions at small separations from their host star; however, previous analysis of SAM observations of young stars surrounded by dusty disks have had difficulties disentangling planet and extended disk emission. We analyse VLT/SPHERE-IRDIS SAM observations of the transition disk LkCa\,15, model the extended disk emission, probe for planets at small separations, and improve contrast limits for planets. We fit geometrical models directly to the interferometric observables and recover previously observed extended disk emission. We use dynamic nested sampling to estimate uncertainties on our model parameters and to calculate evidences to perform model comparison. We compare our extended disk emission models against point source models to robustly conclude that the system is dominated by extended emission within 50 au. We report detections of two previously observed asymmetric rings at $\sim$17 au and $\sim$45 au. The peak brightness location of each model ring is consistent with the previous observations. We also, for the first time with imaging, robustly recover an elliptical Gaussian inner disk, previously inferred via SED fitting. This inner disk has a FWHM of ~5 au and a similar inclination and orientation as the outer rings. Finally, we recover no clear evidence for candidate planets. By modelling the extended disk emission, we are able to place a lower limit on the near infrared companion contrast of at least 1000.

研究动机与目标

• 为了在高空间分辨率的近红外观测中，将扩展盘发射与潜在的行星伴星分离。
• 通过在稀疏孔径掩蔽数据中建模并减去扩展盘结构，以提高行星探测的对比度极限。
• 检验先前报道的行星候选体（LkCa 15 b,c,d）是否与盘发射一致，而非点源。
• 通过贝叶斯模型拟合干涉测量可观测量，稳健表征内盘结构。
• 展示在过渡盘中搜寻行星前建模扩展发射的重要性。

提出的方法

• 在2.1和2.3 µm波段对VLT/SPHERE-IRDIS数据应用稀疏孔径掩蔽（SAM）干涉测量，以复数可见度和闭合相位为主要可观测量。
• 使用动态嵌套采样进行参数估计和模型比较，直接将几何模型（两道环、一道倾斜高斯盘和点源）拟合至干涉测量数据。
• 利用van Cittert–Zernike定理将观测到的复数可见度与图像平面上的亮度分布关联。
• 采用闭合相位分析以减轻大气和仪器相位误差的影响，增强模型拟合的稳健性。
• 通过贝叶斯证据（对数证据）比较模型，结果强烈支持扩展盘模型而非纯点源模型。
• 使用AMICAL软件包进行干涉测量数据降噪和模型拟合，后验分布通过角图和边缘化似然函数分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用干涉测量可观测量稳健建模LkCa 15中的扩展盘发射，并解释此前的行星探测结果？
• RQ2 通过近红外SAM观测，LkCa 15内盘（5–50 au）的空间结构如何？
• RQ3 在考虑扩展盘发射后，LkCa 15内50 au范围内行星伴星的对比度极限是多少？
• RQ4 在建模盘结构后，先前报道的行星候选体（LkCa 15 b,c,d）是否仍具可行性，还是更可能由环状特征解释？
• RQ5 在使用SAM探测过渡盘中的行星时，建模盘结构如何影响行星探测结论的可靠性？

主要发现

• 稳健检测到两道位于~17 au和~45 au的非对称环，其峰值亮度位置与先前直接成像结果一致。
• 检测到一道边缘可分辨的紧凑内盘，FWHM为5 au（在160 pc距离下等效于120 mas），证实了早期基于SED的推断。
• 内盘略微偏离恒星，且其倾角和位置角与外环相似，暗示其具有共同的结构起源。
• 在建模扩展盘发射后，未发现明确的行星伴星证据；最佳拟合的行星模型证据不足且对比度要求过高。
• 在50 au以内，近红外对比度极限被约束至至少1000，相比先前极限提升了三倍。
• 通过贝叶斯证据进行的模型比较强烈支持扩展盘模型（环+高斯盘）而非仅含点源的模型，表明在50 au内盘发射主导了总通量。