1. Dynamical detection of a companion driving a spiral arm in a protoplanetary disk
- Author
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Xie, Chen, Ren, Bin B., Dong, Ruobing, Choquet, Élodie, Vigan, Arthur, Gonzalez, Jean-François, Wagner, Kevin, Fang, Taotao, Ubeira-Gabellini, Maria Giulia, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France, University of Victoria [Canada] (UVIC), Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Steward Observatory, University of Arizona, Xiamen University, Dipartimento di Fisica (Milano), Università degli Studi di Milano = University of Milan (UNIMI), European Project: 101044152,ESCAPE, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France, ANR-16-CE31-0013,PLANET-FORMING-DISKS,De meilleurs modèles pour de meilleures données(2016), ANR-10-LABX-0066,LIO,Lyon Institute of Origins(2010), European Project: 101002188,PROTOPLANETS, European Project: 757561,HiRise, and European Project
- Subjects
Earth and Planetary Astrophysics (astro-ph.EP) ,planet-disk interactions ,[PHYS.ASTR.EP]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Earth and Planetary Astrophysics [astro-ph.EP] ,protoplanetary disks ,FOS: Physical sciences ,techniques: high angular resolution ,techniques: image processing ,stars: individual: HD 100453 ,Astrophysics - Earth and Planetary Astrophysics - Abstract
Radio and near-infrared observations have observed dozens of protoplanetary disks that host spiral arm features. Numerical simulations have shown that companions may excite spiral density waves in protoplanetary disks via companion-disk interaction. However, the lack of direct observational evidence for spiral-driving companions poses challenges to current theories of companion-disk interaction. Here we report multi-epoch observations of the binary system HD 100453 with the Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) facility at the Very Large Telescope. By recovering the spiral features via robustly removing starlight contamination, we measure spiral motion across 4 yr to perform dynamical motion analyses. The spiral pattern motion is consistent with the orbital motion of the eccentric companion. With this first observational evidence of a companion driving a spiral arm among protoplanetary disks, we directly and dynamically confirm the long-standing theory on the origin of spiral features in protoplanetary disks. With the pattern motion of companion-driven spirals being independent of companion mass, here we establish a feasible way of searching for hidden spiral-arm-driving planets that are beyond the detection of existing ground-based high-contrast imagers., Accepted for publication in Astronomy and Astrophysics; 12 pages, 9 figures
- Published
- 2023