Khoa học bổ sung với Ariel: khả năng và tiềm năng khoa học của việc quan sát các vật thể sao trẻ

B. Gyürüs1,2, Cs. Kiss1, J.C. Morales3,4, N. Nakhjiri4,3, G. Marton1, P. Ábrahám5,1, Á. Kóspál1,6,5, A. Moór1, Gy.M. Szabó7,8, R. Szabó9,5,1
1Konkoly Observatory, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Budapest, Hungary
2Imperial College London, London, UK
3Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Spain
4Institut de Ciéncies de l’Espai (ICE, CSIC), Campus UAB, Ballaterra, Spain
5Institute of Physics, ELTE Eötvös Loránd University, Budapest, Hungary
6Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany
7MTA-ELTE Exoplanet Research Group, Szombathely, Hungary
8Gothard Astrophysical Observatory, ELTE Eötvös Loránd University, Szombathely, Hungary
9MTA CSFK Lendület Near-Field Cosmology Research Group, Budapest, Hungary

Tóm tắt

Để điều tra tính khả thi của các quan sát mục tiêu bổ sung với sứ mệnh Ariel của ESA, chúng tôi đã biên soạn một danh sách các ngôi sao trẻ tiềm năng thú vị: FUors, các hệ thống có các đĩa mảnh vụn cực đoan và một mẫu lớn hơn của các đối tượng sao trẻ có dấu hiệu thừa thãi mạnh mẽ trong miền hồng ngoại gần/trung. Những đối tượng này có thể được quan sát như những mục tiêu bổ sung trong khoảng thời gian chờ giữa các lần quan sát transit và che khuất của hành tinh ngoại hành tinh đã được lên lịch. Sau khi phân tích lịch trình cho Ariel, một thuật toán đã được xây dựng để tìm ra mục tiêu tối ưu cần được quan sát trong mỗi khoảng trống. Việc lựa chọn chủ yếu dựa trên thời gian xoay chuyển và thời gian ổn định cần thiết để quan sát YSO đã chọn, nhưng cũng bao gồm tầm quan trọng khoa học của các mục tiêu và liệu chúng đã được đo đạc đầy đủ hay chưa. Sau khi thu thập một mẫu dữ liệu mô phỏng đủ lớn, chúng tôi đã kết luận rằng khoảng 99,2% các khoảng trống có sẵn - ít nhất 1 giờ - có thể được sử dụng hiệu quả. Với thời gian xoay chuyển và ổn định trung bình khoảng 16,7 phút giữa các lần transit hành tinh ngoại đã lên lịch và các mục tiêu bổ sung, điều này tương ứng với việc thu thập thêm 2881 ± 56 giờ dữ liệu hoạt động. Khi thời gian bổ sung này được sử dụng để quan sát 200 mục tiêu bổ sung đã chọn, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu điển hình khoảng $\sim 10^{4}$ có thể đạt được trong toàn bộ cửa sổ quang phổ được Ariel phủ sóng.

Từ khóa

#Ariel #quan sát sao trẻ #khoa học bổ sung #hành tinh ngoại #hồng ngoại gần

Tài liệu tham khảo

Ábrahám, P., Juhász, A., Dullemond, C.P., Kóspál, Á., van Boekel, R., Bouwman, J., Henning, T., Moór, A., Mosoni, L., Sicilia-Aguilar, A., Sipos, N.: Episodic formation of cometary material in the outburst of a young Sun-like star. Nature 459(7244), 224–226 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08004, arXiv:0906.3161 Audard, M., Ábrahám, P., Dunham, MM., Green, J.D., Grosso, N., Hamaguchi, K., Kastner, J.H., Kóspál, Á., Lodato, G., Romanova, M.M., Skinner, S.L., Vorobyov, E.I., Zhu, Z.: Episodic accretion in young stars. In: Beuther, H., Klessen, R.S., Dullemond, C.P., Henning, T. (eds.) Protostars and Planets VI. https://doi.org/10.2458/azu_uapress_9780816531240-ch017, arXiv:0906.3161, p 387 (2014) Bailer-Jones, C.A.L., Rybizki, J., Fouesneau, M., Mantelet, G., Andrae, R.: Estimating Distance from Parallaxes. IV. Distances to 1.33 Billion Stars in Gaia Data Release 2. AJ 156(2), 58 (2018). https://doi.org/10.3847/1538-3881/aacb21, arXiv:1804.10121 Banzatti, A., Meyer, M.R., Bruderer, S., Geers, V., Pascucci, I., Lahuis, F., Juhász, A., Henning, T., Ábrahám, P.: EX Lupi from quiescence to outburst: exploring the LTE approach in modeling blended H2O and OH mid-infrared emission. ApJ 745 (1), 90 (2012). https://doi.org/10.1088/0004-637X/745/1/90, arXiv:1111.2697 Connelley, M., Reipurth, B.: A near-infrared spectroscopic survey of fu orionis objects. Astrophys. J. 861, 145 (2018) Cutri, R.M., Wright, E.L., Conrow, T., Fowler, J.W., Eisenhardt, P.R.M., Grillmair, C., Kirkpatrick, J.D., Masci, F., McCallon, H.L., Wheelock, S.L., Fajardo-Acosta, S., Yan, L., Benford, D., Harbut, M., Jarrett, T., Lake, S., Leisawitz, D., Ressler, M.E., Stanford, S.A., Tsai, C.W., Liu, F., Helou, G., Mainzer, A., Gettings, D., Gonzalez, A., Hoffman, D., Marsh, K.A., Padgett, D., Skrutskie, M.F., Beck, R.P., Papin, M., Wittman, M.: Explanatory Supplement to the AllWISE Data Release Products. Explanatory Supplement to the AllWISE Data Release Products (2013) Gaia Collaboration, Brown, A.G.A., Vallenari, A., Prusti, T., de Bruijne, J.H.J., Evans, D.W., Bailer-Jones, C.A.L., Biermann, M., Evans, D.W., Eyer, L., Jansen, F., Jordi, C., Klioner, S.A., Lammers, U., Lindegren, L., Luri, X., Mignard, F., Panem, C., Pourbaix, D., Randich, S., Sartoretti, P., Siddiqui, H.I., Soubiran, C., van Leeuwen, F., Walton, N.A., Arenou, F., Bastian, U., Cropper, M., Drimmel, R., Katz, D., Lattanzi, M.G., Bakker, J., Cacciari, C., Castañeda, J., Chaoul, L., Cheek, N., De Angeli, F., Fabricius, C., Guerra, R., Holl, B., Masana, E., Messineo, R., Mowlavi, N., Nienartowicz, K., Panuzzo, P., Portell, J., Riello, M., Seabroke, G.M., Tanga, P., Thévenin, F., Gracia-Abril, G., Comoretto, G., Garcia-Reinaldos, M., Teyssier, D., Altmann, M., Andrae, R., Audard, M., Bellas-Velidis, I., Benson, K., Berthier, J., Blomme, R., Burgess, P., Busso, G., Carry, B., Cellino, A., Clementini, G., Clotet, M., Creevey, O., Davidson, M., De Ridder, J., Delchambre, L., Dell’Oro, A., Ducourant, C., Fernández-Hernández, J., Fouesneau, M., Frémat, Y., Galluccio, L., García-Torres, M., González-Núñez, J., González-Vidal, J.J., Gosset, E., Guy, L.P., Halbwachs, J.L., Hambly, N.C., Harrison, D.L., Hernández, J., Hestroffer, D., Hodgkin, S.T., Hutton, A., Jasniewicz, G., Jean-Antoine-Piccolo, A., Jordan, S., Korn, AJ., Krone-Martins, A., Lanzafame, A.C., Lebzelter, T., Löffler, W., Manteiga, M., Marrese, P.M., Martín-Fleitas, J.M., Moitinho, A., Mora, A., Muinonen, K., Osinde, J., Pancino, E., Pauwels, T., Petit, JM., Recio-Blanco, A., Richards, PJ., Rimoldini, L., Robin, AC., Sarro, LM., Siopis, C., Smith, M., Sozzetti, A., Süveges, M., Torra, J., van Reeven, W., Abbas, U., Abreu Aramburu, A., Accart, S., Aerts, C., Altavilla, G., Álvarez, M.A., Alvarez, R., Alves, J., Anderson, R.I., Andrei, A.H., Anglada Varela, E., Antiche, E., Antoja, T., Arcay, B., Astraatmadja, T.L., Bach, N., Baker, SG., Balaguer-Núñez, L., Balm, P., Barache, C., Barata, C., Barbato, D., Barblan, F., Barklem, PS., Barrado, D., Barros, M., Barstow, M.A., Bartholomé Muñoz, S., Bassilana, JL., Becciani, U., Bellazzini, M., Berihuete, A., Bertone, S., Bianchi, L., Bienaymé, O., Blanco-Cuaresma, S., Boch, T., Boeche, C., Bombrun, A., Borrachero, R., Bossini, D., Bouquillon, S., Bourda, G., Bragaglia, A., Bramante, L., Breddels, M.A., Bressan, A., Brouillet, N., Brüsemeister, T., Brugaletta, E., Bucciarelli, B., Burlacu, A., Busonero, D., Butkevich, AG., Buzzi, R., Caffau, E., Cancelliere, R., Cannizzaro, G., Cantat-Gaudin, T., Carballo, R., Carlucci, T., Carrasco, JM., Casamiquela, L., Castellani, M., Castro-Ginard, A., Charlot, P., Chemin, L., Chiavassa, A., Cocozza, G., Costigan, G., Cowell, S., Crifo, F., Crosta, M., Crowley, C., Cuypers, J., Dafonte, C., Damerdji, Y., Dapergolas, A., David, P., David, M., de Laverny, P., De Luise, F., De March, R., de Martino, D., de Souza, R., de Torres, A., Debosscher, J., del Pozo, E., Delbo, M., Delgado, A., Delgado, HE., Di Matteo, P., Diakite, S., Diener, C., Distefano, E., Dolding, C., Drazinos, P., Durán, J., Edvardsson, B., Enke, H., Eriksson, K., Esquej, P., Eynard Bontemps, G., Fabre, C., Fabrizio, M., Faigler, S., Falcão, A.J., Farràs Casas, M., Federici, L., Fedorets, G., Fernique, P., Figueras, F., Filippi, F., Findeisen, K., Fonti, A., Fraile, E., Fraser, M., Frézouls, B., Gai, M., Galleti, S., Garabato, D., García-Sedano, F., Garofalo, A., Garralda, N., Gavel, A., Gavras, P., Gerssen, J., Geyer, R., Giacobbe, P., Gilmore, G., Girona, S., Giuffrida, G., Glass, F., Gomes, M., Granvik, M., Gueguen, A., Guerrier, A., Guiraud,J., Gutiérrez-Sánchez, R., Haigron, R., Hatzidimitriou, D., Hauser, M., Haywood, M., Heiter, U., Helmi, A., Heu, J., Hilger, T., Hobbs, D., Hofmann, W., Holland, G., Huckle, HE., Hypki, A., Icardi, V., Janßen, K., Jevardat de Fombelle, G., Jonker, PG., Juhász, Á.L., Julbe, F., Karampelas, A., Kewley, A., Klar, J., Kochoska, A., Kohley, R., Kolenberg, K., Kontizas, M., Kontizas, E., Koposov, SE., Kordopatis, G., Kostrzewa-Rutkowska, Z., Koubsky, P., Lambert, S., Lanza, AF., Lasne, Y., Lavigne, JB., Le Fustec, Y., Le Poncin-Lafitte, C., Lebreton, Y., Leccia, S., Leclerc, N., Lecoeur-Taibi, I., Lenhardt, H., Leroux, F., Liao, S., Licata, E., Lindstrøm, H.E.P., Lister, TA., Livanou, E., Lobel, A., López, M., Managau, S., Mann, RG., Mantelet, G., Marchal, O., Marchant, J.M., Marconi, M., Marinoni, S., Marschalkó, G., Marshall, D.J., Martino, M., Marton, G., Mary, N., Massari, D., Matijevič, G., Mazeh, T., McMillan, PJ., Messina, S., Michalik, D., Millar, N.R., Molina, D., Molinaro, R., Molnár, L., Montegriffo, P., Mor, R., Morbidelli, R., Morel, T., Morris, D., Mulone, AF., Muraveva, T., Musella, I., Nelemans, G., Nicastro, L., Noval, L., O’Mullane, W., Ordénovic, C., Ordóñez-Blanco, D., Osborne, P., Pagani, C., Pagano, I., Pailler, F., Palacin, H.: Gaia Data Release 2. Summary of the contents and survey properties. A&A, 616, A1. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833051, arXiv:1804.09365 (2018) Henning, T., Semenov, D.: Chemistry in protoplanetary disks. Chem. Rev. 113(12), 9016–9042 (2013). https://doi.org/10.1021/cr400128p, arXiv:1310.3151 Kim, H.J., Evans, N.J., Dunham, M.M., Chen, J.H., Lee, J.E., Bourke, T.L., Huard, T.L., Shirley, Y.L., Vries, C.D.: The spitzer c2d survey of nearby dense cores xi : Infrared and submillimeter observations of cb130. Astrophys. J. 729(2), 84 (2011). https://doi.org/10.1088/0004-637X/729/2/84 Kim, H.J., Evans, N.J., Dunham, M.M., Chen, J.H., Pontoppidan, K.M.: Co2 ice toward low-luminosity embedded protostars: Evidence for episodic mass accretion via chemical history. Astrophys. J. 758(1), 38 (2012). https://doi.org/10.1088/0004-637X/758/1/38 Kóspál, Á., Ábrahám, P, Acosta-Pulido, J.A., Dullemond, C.P., Henning, T., Kun, M., Leinert, C., Moór, A, Turner, N.J.: Mid-infrared spectral variability atlas of young stellar objects. ApJS 201(2), 11 (2012). https://doi.org/10.1088/0067-0049/201/2/11, arXiv:1204.3473 Lee, E.J.: Chemical evolution in vellos. J. Korean Astron. Soc. 40, 83 (2007). https://doi.org/10.5303/JKAS.2007.40.4.083 Marton, G., Ábrahám, P, Szegedi-Elek, E., Varga, J., Kun, M., Kóspál, Á., Varga-Verebélyi, E., Hodgkin, S., Szabados, L., Beck, R., Kiss, C.: Identification of Young Stellar Object candidates in the Gaia DR2 x AllWISE catalogue with machine learning methods. MNRAS 487 (2), 2522–2537 (2019). https://doi.org/10.1093/mnras/stz1301, arXiv:1905.03063 McKee, C.F., Ostriker, E.C.: Theory of star formation. ARA&A 45 (1), 565–687 (2007). https://doi.org/10.1146/annurev.astro.45.051806.110602, arXiv:0707.3514 Meng, H.Y.A., Rieke, G.H., Su, K.Y.L., Ivanov, V.D., Vanzi, L., Rujopakarn, W.: Variability of the infrared excess of extreme debris disks. ApJ 751(1), L17 (2012). https://doi.org/10.1088/2041-8205/751/1/L17, arXiv:1205.1040 Meng, H.Y.A., Su, K.Y.L., Rieke, G.H., Rujopakarn, W., Myers, G., Cook, M., Erdelyi, E., Maloney, C., McMath, J., Persha, G., Poshyachinda, S., Reichart, D.E.: Planetary collisions outside the solar system: Time domain characterization of extreme debris disks. ApJ 805(1), 77 (2015). https://doi.org/10.1088/0004-637X/805/1/77, arXiv:1503.05610 Molyarova, T., Akimkin, V., Semenov, D., Ábrahám, P., Henning, T., Kośpál, Á., Vorobyov, E., Wiebe, D.: Chemical signatures of the FU Ori outbursts. ApJ 866(1), 46 (2018). https://doi.org/10.3847/1538-4357/aadfd9, arXiv:1809.01925 Moór, A., Ábrahám, P., Szabó, G., Vida, K., Cataldi, G., Derekas, A., Henning, T., Kinemuchi, K., Kóspál, Á., Kovács, J., Pál, A., Sarkis, P., Seli, B., Szabó, Z.M., Takáts, K.: A new sample of warm extreme Debris disks from the ALLWISE catalog. ApJ 910, 27 (2021) Morales, J.C., Garcia-Piquer, A., I Ribas, I., Colomé, J, Beaulieu, J.P., Moneti, A., Coudé du Foresto, V., Duong, B., Queyrel, J., Jaubert, J., Clédassou, R, Van-Troostenbergh, P.: ARIEL long term planning. ARIEL-ICE-GS-TN-001, Issue 1.0 (2017) Morales, J.C., Nakhjiri, N., Colomé, J., Ribas, I., Garcia, E., Moreno, D., Vilardell, F.: Ariel scheduling using artificial intelligence. Exper. Astron., submitted (2020) Pontoppidan, K.M., Blevins, S.M.: The chemistry of planet-forming regions is not interstellar. Faraday Discuss. 168, 49–60 (2014). https://doi.org/10.1039/C3FD00141E Puig, L., Pilbratt, G., Heske, A., Escudero, I., Crouzet, P.E., de Vogeleer, B., Symonds, K., Kohley, R., Drossart, P., Eccleston, P., Hartogh, P., Leconte, J., Micela, G., Ollivier, M., Tinetti, G., Turrini, D., Vandenbussche, B., Wolkenberg, P.: The phase A study of the ESA M4 mission candidate ARIEL. Exp. Astron. 46(1), 211–239 (2018). https://doi.org/10.1007/s10686-018-9604-3 Rab, C., Elbakyan, V., Vorobyov, E., Güdel, M, Dionatos, O., Audard, M., Kamp, I., Thi, W.F., Woitke, P., Postel, A.: The chemistry of episodic accretion in embedded objects. 2D radiation thermo-chemical models of the post-burst phase. A&A 604, A15 (2017). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201730812, arXiv:1705.03946 Sarkar, S., Pascale, E., Papageorgiou, A., Johnson, L.J., Waldmann, I.: ExoSim: the Exoplanet Observation Simulator. arXiv:2002.03739(2020) Scholz, A., Froebrich, D., Wood, K.: A systematic survey for eruptive young stellar objects using mid-infrared photometry. Mon. Not. R. Astron. Soc. 430(4), 2910–2922 (2013). https://doi.org/10.1093/mnras/stt091 Tinetti, G., Drossart, P., Eccleston, P., Hartogh, P., Heske, A., Leconte, J., Micela, G., Ollivier, M., Pilbratt, G., Puig, L., Turrini, D., Vandenbussche, B., Wolkenberg, P., Beaulieu, J.P., Buchave, L.A., Ferus, M., Griffin, M., Guedel, M., Justtanont, K., Lagage, P.O., Machado, P., Malaguti, G., Min, M., Nørgaard-Nielsen, H.U., Rataj, M., Ray, T., Ribas, I., Swain, M., Szabo, R., Werner, S., Barstow, J., Burleigh, M., Cho, J., du Foresto, V.C., Coustenis, A., Decin, L., Encrenaz, T., Galand, M., Gillon, M., Helled, R., Morales, J.C., Muñoz, A.G., Moneti, A., Pagano, I., Pascale, E., Piccioni, G., Pinfield, D., Sarkar, S., Selsis, F., Tennyson, J., Triaud, A., Venot, O., Waldmann, I., Waltham, D., Wright, G., Amiaux, J., Auguères, J.L., Berthé, M, Bezawada, N., Bishop, G., Bowles, N., Coffey, D., Colomé, J, Crook, M., Crouzet, P.E., Da Peppo, V., Sanz, I.E., Focardi, M., Frericks, M., Hunt, T., Kohley, R., Middleton, K., Morgante, G., Ottensamer, R., Pace, E., Pearson, C., Stamper, R., Symonds, K., Rengel, M., Renotte, E., Ade, P., Affer, L., Alard, C., Allard, N., Altieri, F., André, Y, Arena, C., Argyriou, I., Aylward, A., Baccani, C., Bakos, G., Banaszkiewicz, M., Barlow, M., Batista, V., Bellucci, G., Benatti, S., Bernardi, P., Bézard, B, Blecka, M., Bolmont, E., Bonfond, B., Bonito, R., Bonomo, A.S., Brucato, J.R., Brun, A.S., Bryson, I., Bujwan, W., Casewell, S., Charnay, B., Pestellini, C.C., Chen, G., Ciaravella, A., Claudi, R., Clédassou, R, Damasso, M., Damiano, M., Danielski, C., Deroo, P., Di Giorgio, A.M., Dominik, C., Doublier, V., Doyle, S., Doyon, R., Drummond, B., Duong, B., Eales, S., Edwards, B., Farina, M., Flaccomio, E., Fletcher, L., Forget, F., Fossey, S., Fränz, M, Fujii, Y., García-Piquer, Á., Gear, W., Geoffray, H., Gérard, J.C., Gesa, L., Gomez, H., Graczyk, R., Griffith, C., Grodent, D., Guarcello, M.G., Gustin, J., Hamano, K., Hargrave, P., Hello, Y., Heng, K., Herrero, E., Hornstrup, A., Hubert, B., Ida, S., Ikoma, M., Iro, N., Irwin, P., Jarchow, C., Jaubert, J., Jones, H., Julien, Q., Kameda, S., Kerschbaum, F., Kervella, P., Koskinen, T., Krijger, M., Krupp, N., Lafarga, M., Landini, F., Lellouch, E., Leto, G., Luntzer, A., Rank-Lüftinger, T., Maggio, A., Maldonado, J., Maillard, J.P., Mall, U., Marquette, J.B., Mathis, S., Maxted, P., Matsuo, T., Medvedev, A., Miguel, Y., Minier, V., Morello, G., Mura, A., Narita, N., Nascimbeni, V., Nguyen Tong, N., Noce, V., Oliva, F., Palle, E., Palmer, P., Pancrazzi, M., Papageorgiou, A., Parmentier, V., Perger, M., Petralia, A., Pezzuto, S., Pierrehumbert, R., Pillitteri, I., Piotto, G., Pisano, G., Prisinzano, L., Radioti, A., Réess, J.M., Rezac, L., Rocchetto, M., Rosich, A., Sanna, N., Santerne, A., Savini, G., Scandariato, G., Sicardy, B., Sierra, C., Sindoni, G., Skup, K., Snellen, I., Sobiecki, M., Soret, L., Sozzetti, A., Stiepen, A., Strugarek, A., Taylor, J., Taylor, W., Terenzi, L., Tessenyi, M., Tsiaras, A., Tucker, C., Valencia, D., Vasisht, G., Vazan, A., Vilardell, F., Vinatier, S., Viti, S., Waters, R., Wawer, P., Wawrzaszek, A., Whitworth, A., Yung, Y.L., Yurchenko, S.N., Osorio, M.R.Z., Zellem, R., Zingales, T., Zwart, F.: A chemical survey of exoplanets with ARIEL. Exp. Astron. 46(1), 135–209 (2018). https://doi.org/10.1007/s10686-018-9598-x Visser, R., Bergin, E.A.: Fundamental aspects of episodic accretion chemistry explored with single-point models. The Astrophysical Journal Letters 754(1), 18 (2012). https://doi.org/10.1088/2041-8205/754/1/L18 Visser, R., Bergin, E.A., Jorgensen, J.K.: Chemical tracers of episodic accretion in low-mass protostars. Astron. Astrophys. 577, 12 (2015). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201425365 Vorobyov, E.I.: Formation of giant planets and brown dwarfs on wide orbits. Astron. Astrophys. 552, 15 (2013). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201220601 Williams, J.P., Cieza, L.A.: Protoplanetary disks and their evolution. ARA&A 49(1), 67–117 (2011). https://doi.org/10.1146/annurev-astro-081710-102548, arXiv:1103.0556 Wyatt, M.C.: Evolution of debris disks. ARA&A 46, 339–383 (2008). https://doi.org/10.1146/annurev.astro.45.051806.110525