AS209原始惑星系円盤の調査
研究は、AS209における原始惑星の形成とその周囲のダイナミクスについての洞察を明らかにした。
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原始惑星系円盤は若い星の周りにあるガスと塵の雲だよ。この円盤の中で新しい惑星が形成されることがある。特に興味深いのは、木星みたいなガス巨大惑星が周りの物質とどう interactするかってこと。科学者たちは、これらの円盤の条件、惑星の形成、そしてこれらのプロセスが時間と共にどう変わるのかを研究したいと思ってる。
AS209システム
特に興味深い星の一つがAS209で、約1-3百万年の年齢でK5星に分類されてる。この星の周りにはよく研究された円盤が観測されている。アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）や高コントラストイメージング装置など、異なる施設からの以前の観測は、円盤内にギャップやリングなどの様々な構造を明らかにしてきた。
ALMAを使った観測で、AS209の円盤内に候補の原始惑星が発見された。この候補の研究は、若い惑星がどう振る舞い、成長するのかをもっと知る機会を提供してくれる。
観測技術
原始惑星の候補を調査するために、研究者たちは2つの異なる装置を使った：MagAO-Xとハッブル宇宙望遠鏡（HST）。これらのツールは、天体やその環境の高品質な画像をキャッチするのに役立つ。MagAO-Xは、先進的な適応光学を使って大気の歪みを修正し、よりクリアな画像を可能にする新しい装置だ。HSTは、大気の影響を受けずに宇宙から異なる視点を提供してくれる。
水素放出の探索
研究の重要な側面は、水素（H）放出を探すことだった。水素のラインは、惑星がどう形成されているかについての洞察を提供できる。もし原始惑星が活発に成長しているなら、その捕獲プロセスに関連する水素放出が検出されることが期待されていた。
観測中、研究チームはAS209の周りの円盤内でこれらの放出を検出しようとした。しかし、チームは候補の原始惑星からの重要な信号を見つけられなかった。これは、その現在の捕獲状態について疑問を投げかけることになった。
観測の限界
MagAO-XとHSTの両方を使った努力にもかかわらず、水素放出が検出されなかったことは、もし原始惑星が実際に捕獲しているなら、その周りの物質がこの放出の可視性を妨げている可能性があることを示唆している。この種の減衰は、原始惑星系円盤内や原始惑星自体の塵やガスから生じることがある。
さらに、観測時の条件も異なっていた。MagAO-Xからのデータは天候が良かったため素晴らしかったが、HSTのデータは理想とは言えない条件に悩まされていた。この変動も放出の可視性に影響を与える可能性がある。
ジェットの観測
チームは期待された水素放出を検出できなかったが、星の北に向かって伸びる物質のジェットの画像をキャッチした。ジェットは若い星では一般的で、ガスの流出を示している。ジェットの検出はAS209システムの動的な環境を垣間見る手がかりを提供してくれる。
ジェットの存在は、MagAO-XとHSTの両方の装置で確認された。この発見は、円盤内で起こっている相互作用や、物質が星の周辺を出入りする際に起こるプロセスを強調している。
質量捕獲率
質量捕獲率を理解することは、原始惑星が周囲からどれだけの物質を集めているかを判断する上で重要だ。質量捕獲率の推定は、原始惑星の成長や完全な惑星への発展の可能性を理解するための洞察を与えてくれる。
これらの率を推定するために異なるモデルが存在する。水素放出の明るさを測定することで、科学者たちは原始惑星が時間とともにどれだけの質量を獲得しているかを間接的に計算できる。しかし、原始惑星候補からの放出が検出されていないため、現在どれだけの質量を蓄積しているかを断言するのは難しい。
非検出の影響
水素放出が検出されなかったことは重要な疑問を提起する。これは、原始惑星が低捕獲率の静かな成長段階にいる可能性を示すかもしれない。一方で、周囲の物質によって重い減衰が発生して放出が隠れている可能性もある。これらのダイナミクスを理解することは、円盤内での若い惑星の成長を理解するために重要になる。
研究者たちは、減衰の量が円盤内の場所によって異なる可能性があると示唆している。プラネテシマルが形成されている地域では、塵やガスが他のエリアよりも放出をより遮断するかもしれない。
研究の未来の方向性
この研究は、今後の研究が他の波長、特に近赤外線に焦点を当てるべきだと示している。そこでは減衰の影響が最小限に抑えられる。これらの波長での観測は、原始惑星の特性やその捕獲プロセスについてより明確な洞察を提供するかもしれない。
さらに、研究者たちは原始惑星の周りの環境の複雑さを考慮するべきだ。円盤構造や他の形成中の惑星の存在などの要因は、成長や捕獲のダイナミクスに大きく影響を与える可能性がある。
発見の概要
AS209の独特な観測は、興味深い円盤構造と原始惑星候補を持つ星を明らかにした。しかし、原始惑星からの水素放出の欠如は、その現在の成長状態について疑問を投げかける。星のジェットの検出は、AS209の研究にさらなる複雑さを加え、若い星系でのダイナミクスを示している。
この研究から得られた洞察は、原始惑星系円盤、惑星形成、そしてそれらの発展に影響を与えるさまざまな要因の理解に貢献している。異なる波長や技術に焦点を当てた今後の研究が、AS209のような若い星の周りで起こるプロセスをさらに明確にするかもしれない。
タイトル: MagAO-X and HST high-contrast imaging of the AS209 disk at H$\alpha$
概要: The detection of emission lines associated with accretion processes is a direct method for studying how and where gas giant planets form, how young planets interact with their natal protoplanetary disk and how volatile delivery to their atmosphere takes place. H$\alpha$ ($\lambda=0.656\,\mu$m) is expected to be the strongest accretion line observable from the ground with adaptive optics systems, and is therefore the target of specific high-contrast imaging campaigns. We present MagAO-X and HST data obtained to search for H$\alpha$ emission from the previously detected protoplanet candidate orbiting AS209, identified through ALMA observations. No signal was detected at the location of the candidate, and we provide limits on its accretion. Our data would have detected an H$\alpha$ emission with $F_\mathrm{H\alpha}>2.5\pm0.3 \times10^{-16}$ erg s$^{-1}$ cm$^{-2}$, a factor 6.5 lower than the HST flux measured for PDS70b (Zhou et al., 2021). The flux limit indicates that if the protoplanet is currently accreting it is likely that local extinction from circumstellar and circumplanetary material strongly attenuates its emission at optical wavelengths. In addition, the data reveal the first image of the jet north of the star as expected from previous detections of forbidden lines. Finally, this work demonstrates that current ground-based observations with extreme adaptive optics systems can be more sensitive than space-based observations, paving the way to the hunt for small planets in reflected light with extremely large telescopes.
著者: Gabriele Cugno, Yifan Zhou, Thanawuth Thanathibodee, Per Calissendorff, Michael R. Meyer, Suzan Edwards, Jaehan Bae, Myriam Benisty, Edwin Bergin, Matthew De Furio, Stefano Facchini, Jared R. Males, Laird M. Close, Richard D. Teague, Olivier Guyon, Sebastiaan Y. Haffert, Alexander D. Hedglen, Maggie Kautz, Andrés Izquierdo, Joseph D. Long, Jennifer Lumbres, Avalon L. McLeod, Logan A. Pearce, Lauren Schatz, Kyle Van Gorkom
最終更新: 2023-08-22 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://arxiv.org/abs/2308.11714
ソースPDF: https://arxiv.org/pdf/2308.11714
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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