The high-albedo, low polarization disk around HD 114082 that harbors a Jupiter-sized transiting planet. Constraints from VLT/SPHERE completed with TESS, Gaia, and radial velocities
Disque à fort albédo et faible polarisation autour de HD 114082 abritant une planète en transit de la taille de Jupiter. Contraintes du VLT/SPHERE complétées par TESS, Gaia et les vitesses radiales
Résumé
We present new optical and near-infrared images of the debris disk around the F-type star HD 114082 in the Scorpius-Centaurus OB association. We obtained direct imaging observations and analyzed the TESS photometric time series data of this target with the goal of searching for planetary companions to HD 114082 and characterizing the morphology of the debris disk and the scattering properties of dust particles. Methods. HD 114082 was observed with the VLT/SPHERE instrument in different modes-the IRDIS camera in the K band (2.0 − 2.3 µm) together with the IFS in the Y, J, and H band (0.95 − 1.66 µm) using the angular differential imaging technique as well as IRDIS in the H band (1.5 − 1.8 µm) and ZIMPOL in the I_PRIME band (0.71 − 0.87 µm) using the polarimetric differential imaging technique. To constrain the basic geometrical parameters of the disk and the scattering properties of dust grains, scattered light images were fitted with a 3D model for single scattering in an optically thin dust disk using a Markov chain Monte Carlo approach. We performed aperture photometry to derive the scattering and polarized phase functions, the polarization fraction, and the spectral scattering albedo for the dust particles in the disk. This method was also used to obtain the reflectance spectrum of the disk and, in turn, to retrieve the disk color and study the dust reflectivity in comparison to the debris disk HD 117214. We also performed the modeling of the HD 114082 light curve measured by TESS using models for planet transit and stellar activity to put constraints on the radius of the detected planet and its orbit. Last, we searched for additional planets in the system by combining archival radial velocity data, astrometry, and direct imaging. Results. The debris disk HD 114082 appears as an axisymmetric debris belt with a radius of ∼0.37 ′′ (35 au), an inclination of ∼83 • , and a wide inner cavity. Dust particles in HD 114082 have a maximum polarization fraction of ∼17% and a higher reflectivity when compared to the debris disk HD 117214. This high reflectivity results in a spectral scattering albedo of ∼0.65 for the HD 114082 disk at near-infrared wavelengths. The disk reflectance spectrum exhibits a red color at the position of the planetesimal belt and shows no obvious features, whereas that of HD 117214 might indicate the presence of CO 2 ice. The analysis of TESS photometric data reveals a transiting planetary companion to HD 114082 with a radius of ∼1 R Jup on an orbit with a semimajor axis of 0.7 ± 0.4 au. No additional planet was detected in the system when we combined the SPHERE images with constraints from astrometry and radial velocity. We reach deep sensitivity limits down to ∼5 M Jup at 50 au and ∼10 M Jup at 30 au from the central star.
Nous présentons de nouvelles images optiques et proche infrarouge du disque de débris autour de l'étoile de type F HD 114082 dans l'association Scorpius-Centaurus OB. Nous avons obtenu des observations d'imagerie directe et analysé les données de séries temporelles photométriques TESS de cette cible dans le but de rechercher des compagnons planétaires à HD 114082 et de caractériser la morphologie du disque de débris et les propriétés de diffusion des particules de poussière.
Méthodes. HD 114082 a été observée avec l'instrument VLT/SPHERE dans différents modes - la caméra IRDIS dans la bande K (2.0 - 2.3 µm) avec l'IFS dans les bandes Y, J, et H (0.95 - 1.66 µm) en utilisant la technique d'imagerie différentielle angulaire ainsi que IRDIS dans la bande H (1.5 - 1.8 µm) et ZIMPOL dans la bande I_PRIME (0.71 - 0.87 µm) en utilisant la technique d'imagerie différentielle polarimétrique. Pour contraindre les paramètres géométriques de base du disque et les propriétés de diffusion des grains de poussière, les images de lumière diffusée ont été ajustées avec un modèle 3D pour la diffusion simple dans un disque de poussière optiquement mince en utilisant une approche de Monte Carlo par chaîne de Markov. Nous avons effectué une photométrie d'ouverture pour dériver les fonctions de diffusion et de phase polarisée, la fraction de polarisation et l'albédo de diffusion spectrale pour les particules de poussière dans le disque. Cette méthode a également été utilisée pour obtenir le spectre de réflectance du disque et, à son tour, pour retrouver la couleur du disque et étudier la réflectivité de la poussière en comparaison avec le disque de débris HD 117214. Nous avons également effectué la modélisation de la courbe de lumière de HD 114082 mesurée par TESS en utilisant des modèles pour le transit des planètes et l'activité stellaire afin de mettre des contraintes sur le rayon de la planète détectée et son orbite. Enfin, nous avons recherché des planètes supplémentaires dans le système en combinant les données d'archives de vitesse radiale, l'astrométrie et l'imagerie directe.
Résultats. Le disque de débris HD 114082 apparaît comme une ceinture de débris axisymétrique avec un rayon de ∼0,37′′ (35 au), une inclinaison de ∼83◦, et une large cavité interne. Les particules de poussière dans HD 114082 ont une fraction de polarisation maximale de ∼17% et une réflectivité plus élevée par rapport au disque de débris HD 117214. Cette réflectivité élevée se traduit par un albédo de diffusion spectrale de ∼0,65 pour le disque HD 114082 aux longueurs d'onde du proche infrarouge. Le spectre de réflectivité du disque présente une couleur rouge à la position de la ceinture de planétésimaux et ne montre aucune caractéristique évidente, alors que celui de HD 117214 pourrait indiquer la présence de glace de CO2. L'analyse des données photométriques de TESS révèle un compagnon planétaire en transit de HD 114082 avec un rayon de ∼1 RJup sur une orbite avec un demi-axe majeur de 0,7 ± 0,4 au. Aucune planète supplémentaire n'a été détectée dans le système lorsque nous avons combiné les images SPHERE avec les contraintes de l'astrométrie et de la vitesse radiale. Nous atteignons des limites de sensibilité profonde jusqu'à ∼5 MJup à 50 au et ∼10 MJup à 30 au de l'étoile centrale.
| Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
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