Submillimeter Array Observations of the RX J1633.9-2442 Transition Disk: Evidence for Multiple Planets in the Making

• Autores: Cieza, Lucas A.; Mathews, Geoffrey S.; Williams, Jonathan P.; Ménard, Francois C.; Kraus, Adam L.; Schreiber, Matthias R.; Romero, Gisela A.; Orellana, Mariana Dominga; Ireland, Michael J.
• Año de publicación: 2012
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: artículo
• Materia: Astronomía; Circumstellar Matter; Protoplanetary Disks; Stars: Individual: RX J1633.9-2442; Astronomía
• Institución: Universidad Nacional de Río Negro

Fil: Cieza, Lucas A. University of Hawaii, Manoa, Institute for Astronomy, USA.
Fil: Mathews, Geoffrey S. University of Hawaii, Manoa, Institute for Astronomy, USA.
Fil: Williams, Jonathan P. University of Hawaii, Manoa, Institute for Astronomy, USA.
Fil: Ménard, Francois C. Institute de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble, France.
Fil: Kraus, Adam L. University of Hawaii, Manoa, Institute for Astronomy, USA.
Fil: Schreiber, Matthias R. Valparaiso University, Department of Physics and Astronomy, Chile.
Fil: Romero, Gisela A. Valparaiso University, Department of Physics and Astronomy, Chile.
Fil: Romero, Gisela A. National Scientific and Technical Research Council, Argentina.
Fil: Orellana, Mariana. National Scientific and Technical Research Council, Argentina.
Fil: Ireland, Michael J. Macquarie University, Department of Physics and Astronomy, Australia.
We present continuum high-resolution Submillimeter Array (SMA) observations of the transition disk object RX J1633.9-2442, which is located in the Ophiuchus molecular cloud and has recently been identified as a likely site of ongoing giant planet formation. The observations were taken at 340 GHz (880 μm) with the SMA in its most extended configuration, resulting in an angular resolution of 0farcs3 (35 AU at the distance of the target). We find that the disk is highly inclined (i ~ 50°) and has an inner cavity ~25 AU in radius, which is clearly resolved by our observations. We simultaneously model the entire optical to millimeter wavelength spectral energy distribution and SMA visibilities of RX J1633.9-2442 in order to constrain the structure of its disk. We find that an empty cavity ~25 AU in radius is inconsistent with the excess emission observed at 12, 22, and 24 μm. Instead, the mid-IR excess can be modeled by either a narrow, optically thick ring at ~10 AU or an optically thin region extending from ~7 AU to ~25 AU. The inner disk (r <~ 5 AU) is mostly depleted of small dust grains as attested by the lack of detectable near-IR excess. We also present deep Keck aperture masking observations in the near-IR, which rule out the presence of a companion up to 500 times fainter than the primary star (in K band) for projected separations in the 5-20 AU range. We argue that the complex structure of the RX J1633.9-2442 disk is best explained by multiple planets embedded within the disk. We also suggest that the properties and incidence of objects such as RX J1633.9-2442, T Cha, and LkCa 15 (and those of the companions recently identified to these two latter objects) are most consistent with the runaway gas accretion phase of the core accretion model, when giant planets gain their envelopes and suddenly become massive enough to open wide gaps in the disk.
Presentamos observaciones continuas de matriz submilimétrica (SMA) de alta resolución del objeto de disco de transición RX J1633.9-2442, que se encuentra en la nube molecular de Ophiuchus y recientemente se identificó como un sitio probable de formación de planetas gigantes en curso. Las observaciones se tomaron a 340 GHz (880 μm) con el SMA en su configuración más extendida, lo que resultó en una resolución angular de 0farcs3 (35 AU a la distancia del objetivo). Encontramos que el disco está muy inclinado (i ~ 50°) y tiene una cavidad interna de ~25 UA de radio, lo cual queda claramente resuelto por nuestras observaciones. Modelamos simultáneamente toda la distribución de energía espectral de longitud de onda óptica a milimétrica y las visibilidades SMA de RX J1633.9-2442 para restringir la estructura de su disco. Encontramos que una cavidad vacía de ~25 AU de radio es inconsistente con el exceso de emisión observado a 12, 22 y 24 μm. En cambio, el exceso en el IR medio se puede modelar mediante un anillo estrecho y ópticamente grueso en ~10 AU o una región ópticamente delgada que se extiende desde ~7 AU hasta ~25 AU. El disco interno (r <~ 5 AU) está mayormente agotado de pequeños granos de polvo, como lo demuestra la falta de un exceso detectable en el IR cercano. También presentamos observaciones profundas de enmascaramiento de la apertura de Keck en el infrarrojo cercano, que descartan la presencia de una compañera hasta 500 veces más débil que la estrella principal (en banda K) para separaciones proyectadas en el rango de 5-20 AU. Argumentamos que la estructura compleja del disco RX J1633.9-2442 se explica mejor por los múltiples planetas incrustados dentro del disco. También sugerimos que las propiedades y la incidencia de objetos como RX J1633.9-2442, T Cha y LkCa 15 (y las de los compañeros recientemente identificados con estos dos últimos objetos) son más consistentes con la fase de acreción de gas fuera de control del modelo de acreción del núcleo, cuando los planetas gigantes ganan sus envolturas y de repente se vuelven lo suficientemente masivos como para abrir grandes espacios en el disco.