Unveiling the β Pictoris system, coupling high contrast imaging, interferometric, and radial velocity data - Archive ouverte HAL
Article Dans Une Revue Astronomy and Astrophysics - A&A Année : 2020

Unveiling the β Pictoris system, coupling high contrast imaging, interferometric, and radial velocity data

A. M. Lagrange (1, 2) , P. Rubini , M. Nowak (3) , S. Lacour (2) , A. Grandjean (1) , A. Boccaletti (2) , M. Langlois (4) , P. Delorme (1) , R. Gratton , J. Wang , O. Flasseur (1) , R. Galicher (2) , Q. Kral (2) , N. Meunier (1) , H. Beust (1) , C. Babusiaux (1, 5) , H. Le Coroller (3) , P. Thebault (2) , P. Kervella (2) , A. Zurlo , A.-L. Maire , Z. Wahhaj (6) , A. Amorim (7) , R. Asensio-Torres , M. Benisty (1) , J. P. Berger (1) , M. Bonnefoy (1) , W. Brandner , F. Cantalloube , B. Charnay (2) , G. Chauvin , E. Choquet , Y. Clénet (2) , V. Christiaens (8) , V. Coudé Du Foresto (2) , P. T. de Zeeuw , S. Desidera , G. Duvert (1) , A. Eckart (9) , F. Eisenhauer (10) , Frédéric Galland , F. Gao (10) , P. Garcia (11, 12) , R. Garcia Lopez , E. Gendron (2) , R. Genzel (10) , S. Gillessen (10) , J. Girard (13) , J. Hagelberg , X. Haubois , T. Henning , G. Heissel (2) , S. Hippler , M. Horrobin (14) , M. Janson , J. Kammerer , M. Kenworthy , M. Keppler (15) , L. Kreidberg , V. Lapeyrère (2) , J.-B. Le Bouquin (1) , P. Léna (2) , A. Mérand (16) , S. Messina , P. Mollière , J. D. Monnier , T. Ott (17) , G. Otten (3) , T. Paumard (2) , C. Paladini (16) , K. Perraut (1) , G. Perrin (2) , L. Pueyo (18) , O. Pfuhl , L. Rodet (1) , G. Rodríguez-Coira (2) , G. Rousset (2) , M. Samland , J. Shangguan , T. Schmidt (19) , O. Straub , C. Straubmeier , T. Stolker (20) , A. Vigan , F. Vincent (2) , F. Widmann , J. Woillez (16)
1 IPAG - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
2 LESIA - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
3 LAM - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
4 CRAL - Centre de Recherche Astrophysique de Lyon
5 GEPI - Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation
6 ESO - European Southern Observatory [Santiago]
7 CENTRA-SIM
8 Departamento de Astronomía
9 MPIFR - Max-Planck-Institut für Radioastronomie
10 MPE - Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
11 CEA-DES (ex-DEN) - CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire)
12 LCU - Laboratoire des Combustibles Uranium
13 AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
14 Physikalisches Institut [Köln]
15 MPIA - Max-Planck-Institut für Astronomie
16 ESO - European Southern Observatory
17 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg = University of Freiburg
18 STSci - Space Telescope Science Institute
19 GFZ - German Research Centre for Geosciences - Helmholtz-Centre Potsdam
20 AI PANNEKOEK - Astronomical Institute Anton Pannekoek
A. M. Lagrange
  • Fonction : Auteur correspondant
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
P. Rubini
M. Nowak
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
S. Lacour
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
A. Grandjean
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
A. Boccaletti
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
CV
M. Langlois
Centre de Recherche Astrophysique de Lyon
CV
P. Delorme
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
R. Gratton
J. Wang
  • Fonction : Auteur
O. Flasseur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
R. Galicher
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
Q. Kral
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
N. Meunier
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
H. Beust
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
C. Babusiaux
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation
H. Le Coroller
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
P. Thebault
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
P. Kervella
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
CV
A. Zurlo
A.-L. Maire
Z. Wahhaj
European Southern Observatory [Santiago]
A. Amorim
  • Fonction : Auteur
CENTRA-SIM
R. Asensio-Torres
M. Benisty
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
J. P. Berger
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
M. Bonnefoy
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
W. Brandner
F. Cantalloube
CV
B. Charnay
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
G. Chauvin
CV
E. Choquet
CV
Y. Clénet
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
V. Christiaens
Departamento de Astronomía
V. Coudé Du Foresto
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
P. T. de Zeeuw
  • Fonction : Auteur
S. Desidera
G. Duvert
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
A. Eckart
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
F. Eisenhauer
  • Fonction : Auteur
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Frédéric Galland
CV
F. Gao
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
P. Garcia
CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire)
Laboratoire des Combustibles Uranium
R. Garcia Lopez
  • Fonction : Auteur
E. Gendron
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
R. Genzel
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
S. Gillessen
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
J. Girard
Astrophysique Interprétation Modélisation
J. Hagelberg
X. Haubois
  • Fonction : Auteur
T. Henning
G. Heissel
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
S. Hippler
M. Horrobin
Physikalisches Institut [Köln]
M. Janson
J. Kammerer
M. Kenworthy
M. Keppler
  • Fonction : Auteur
Max-Planck-Institut für Astronomie
L. Kreidberg
V. Lapeyrère
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
J.-B. Le Bouquin
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
P. Léna
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
A. Mérand
European Southern Observatory
S. Messina
P. Mollière
  • Fonction : Auteur
J. D. Monnier
  • Fonction : Auteur
T. Ott
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg = University of Freiburg
G. Otten
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
T. Paumard
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
C. Paladini
  • Fonction : Auteur
European Southern Observatory
K. Perraut
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
G. Perrin
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
L. Pueyo
  • Fonction : Auteur
Space Telescope Science Institute
O. Pfuhl
  • Fonction : Auteur
L. Rodet
  • Fonction : Auteur
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
G. Rodríguez-Coira
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
G. Rousset
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
M. Samland
J. Shangguan
T. Schmidt
  • Fonction : Auteur
German Research Centre for Geosciences - Helmholtz-Centre Potsdam
O. Straub
C. Straubmeier
T. Stolker
Astronomical Institute Anton Pannekoek
A. Vigan
F. Vincent
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics
F. Widmann
  • Fonction : Auteur
J. Woillez
European Southern Observatory

Résumé

Context. The nearby and young β Pictoris system hosts a well resolved disk, a directly imaged massive giant planet orbiting at ≃9 au, as well as an inner planet orbiting at ≃2.7 au, which was recently detected through radial velocity (RV). As such, it offers several unique opportunities for detailed studies of planetary system formation and early evolution.Aims. We aim to further constrain the orbital and physical properties of β Pictoris b and c using a combination of high contrast imaging, long base-line interferometry, and RV data. We also predict the closest approaches or the transit times of both planets, and we constrain the presence of additional planets in the system.Methods. We obtained six additional epochs of SPHERE data, six additional epochs of GRAVITY data, and five additional epochs of RV data. We combined these various types of data in a single Markov-chain Monte Carlo analysis to constrain the orbital parameters and masses of the two planets simultaneously. The analysis takes into account the gravitational influence of both planets on the star and hence their relative astrometry. Secondly, we used the RV and high contrast imaging data to derive the probabilities of presence of additional planets throughout the disk, and we tested the impact of absolute astrometry.Results. The orbital properties of both planets are constrained with a semi-major axis of 9.8 ± 0.4 au and 2.7 ± 0.02 au for b and c, respectively, and eccentricities of 0.09 ± 0.1 and 0.27 ± 0.07, assuming the HIPPARCOS distance. We note that despite these low fitting error bars, the eccentricity of β Pictoris c might still be over-estimated. If no prior is provided on the mass of β Pictoris b, we obtain a very low value that is inconsistent with what is derived from brightness-mass models. When we set an evolutionary model motivated prior to the mass of β Pictoris b, we find a solution in the 10–11 MJup range. Conversely, β Pictoris c’s mass is well constrained, at 7.8 ± 0.4 MJup, assuming both planets are on coplanar orbits. These values depend on the assumptions on the distance of the β Pictoris system. The absolute astrometry HIPPARCOS-Gaia data are consistent with the solutions presented here at the 2σ level, but these solutions are fully driven by the relative astrometry plus RV data. Finally, we derive unprecedented limits on the presence of additional planets in the disk. We can now exclude the presence of planets that are more massive than about 2.5 MJup closer than 3 au, and more massive than 3.5 MJup between 3 and 7.5 au. Beyond 7.5 au, we exclude the presence of planets that are more massive than 1–2 MJup.Conclusions. Combining relative astrometry and RVs allows one to precisely constrain the orbital parameters of both planets and to give lower limits to potential additional planets throughout the disk. The mass of β Pictoris c is also well constrained, while additional RV data with appropriate observing strategies are required to properly constrain the mass of β Pictoris b.

Domaines

Astrophysique [astro-ph] Physique [physics]
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Soumis le : samedi 3 octobre 2020-00:18:22

Dernière modification le : vendredi 15 novembre 2024-09:39:22

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Identifiants

Citer

A. M. Lagrange, P. Rubini, M. Nowak, S. Lacour, A. Grandjean, et al.. Unveiling the β Pictoris system, coupling high contrast imaging, interferometric, and radial velocity data. Astronomy and Astrophysics - A&A, 2020, 642, pp.A18. ⟨10.1051/0004-6361/202038823⟩. ⟨hal-02956584⟩

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