[en] Distinct gap features in the nearest protoplanetary disk, TW Hya (distance of 59.5$\pm$0.9 pc), may be signposts of ongoing planet formation. We performed long-exposure thermal infrared coronagraphic imaging observations to search for accreting planets especially within dust gaps previously detected in scattered light and submm-wave thermal emission. Three nights of observations with the Keck/NIRC2 vortex coronagraph in $L^\prime$ (3.4-4.1$\mu$m) did not reveal any statistically significant point sources. We thereby set strict upper limits on the masses of non-accreting planets. In the four most prominent disk gaps at 24, 41, 47, and 88 au, we obtain upper mass limits of 1.6-2.3, 1.1-1.6, 1.1-1.5, and 1.0-1.2 Jupiter masses ($M_J$) assuming an age range of 7-10 Myr for TW Hya. These limits correspond to the contrast at 95\% completeness (true positive fraction of 0.95) with a 1\% chance of a false positive within $1^{\prime\prime}$ of the star. We also approximate an upper limit on the product of planet mass and planetary accretion rate of $M_p\dot{M}\lesssim10^{-8} M_J^2/yr$ implying that any putative $\sim0.1 M_J$ planet, which could be responsible for opening the 24 au gap, is presently accreting at rates insufficient to build up a Jupiter mass within TW Hya's pre-main sequence lifetime.
Disciplines :
Space science, astronomy & astrophysics
Author, co-author :
Ruane, G.
Mawet, D.
Kastner, J.
Meshkat, T.
Bottom, M.
Femenía Castellá, B.
Absil, Olivier ; Université de Liège > Département d'astrophys., géophysique et océanographie (AGO) > Astroph. extragalactique et observations spatiales (AEOS)
Gómez González, Carlos ; Université de Liège > Département d'astrophys., géophysique et océanographie (AGO) > Astroph. extragalactique et observations spatiales (AEOS)
Huby, Elsa ; Université de Liège > Département d'astrophys., géophysique et océanographie (AGO) > Astroph. extragalactique et observations spatiales (AEOS)
Absil O., Mawet D., Karlsson M. et al 2016 Proc. SPIE 9908 99080Q
Absil O., Milli J., Mawet D. et al 2013 A&A 559 L12
Akiyama E., Muto T., Kusakabe N. et al 2015 ApJL 802 L17
Allard F., Homeier D., Freytag B. and Sharp C. M. 2012 EAS Publications Ser. 57, Low-Mass Stars and the Transition Stars/Brown Dwarfs ed C. Reylé, C. Charbonnel and M. Schultheis (Les Ulis: EDP Sciences) 3
Andrews S. M., Wilner D. J., Hughes A. M. et al 2012 ApJ 744 162
Andrews S. M., Wilner D. J., Hughes A. M., Qi C. and Dullemond C. P. 2009 ApJ 700 1502
Andrews S. M., Wilner D. J., Zhu Z. et al 2016 ApJL 820 L40
Baraffe I., Chabrier G., Barman T. S., Allard F. and Hauschildt P. H. 2003 A&A 402 701
Bell C. P. M., Mamajek E. E. and Naylor T. 2015 MNRAS 454 593
Benisty M., Juhasz A., Boccaletti A. et al 2015 A&A 578 L6
Bergin E. A., Cleeves L. I., Gorti U. et al 2013 Natur 493 644
Bowler B. P. 2016 PASP 128 102001
Bryden G., Chen X., Lin D. N. C., Nelson R. P. and Papaloizou J. C. B. 1999 ApJ 514 344
Canovas H., Hardy A., Zurlo A. et al 2017 A&A 598 A43
Cuzzi J. N. and Zahnle K. J. 2004 ApJ 614 490
Debes J. H., Jang-Condell H. and Schneider G. 2016 ApJL 819 L1
Debes J. H., Poteet C. A., Jang-Condell H. et al 2017 ApJ 835 205
Donaldson J. K., Weinberger A. J., Gagné J. et al 2016 ApJ 833 95
Dong R. and Fung J. 2017 ApJ 835 146
Dong R., Zhu Z., Rafikov R. R. and Stone J. M. 2015 ApJL 809 L5
Ducourant C., Teixeira R., Galli P. A. B. et al 2014 A&A 563 A121
Gaia Collaboration 2016 A&A 595 A1
Garufi A., Quanz S. P., Avenhaus H. et al 2013 A&A 560 A105
Gomez Gonzalez C. A. 2015 VIP: Vortex Image Processing Package for High-Contrast Direct Imaging doi:10.5281/zenodo.573261
Gomez Gonzalez C. A., Wertz O., Absil O. et al 2017 AJ 154 7
Herczeg G. J. and Hillenbrand L. A. 2014 ApJ 786 97
Hughes A. M., Wilner D. J., Calvet N. et al 2007 ApJ 664 536
Isella A., Carpenter J. M. and Sargent A. I. 2010 ApJ 714 1746
Jeffries R. D., Jackson R. J., Franciosini E. et al 2017 MNRAS 464 1456
Jenson-Clem R., Mawet D., Gomez Gonzalez C. A. et al 2017 ApJ submitted
Johansen A., Youdin A. and Klahr H. 2009 ApJ 697 1269
Kastner J. H., Rapson V., Sargent B., Smith C. T. and Rayner J. 2015 Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems, and the Sun 18 ed G. T. van Belle and H. C. Harris 313
Lafrenière D., Doyon R., Marois C. et al 2007 ApJ 670 1367
Lafrenière D., Marois C., Doyon R. and Barman T. 2009 ApJL 694 L148
Marois C., Lafrenière D., Doyon R., Macintosh B. and Nadeau D. 2006 ApJ 641 556
Mawet D., Choquet É., Absil O. et al 2017 AJ 153 44
Mawet D., Milli J., Wahhaj Z. et al 2014 ApJ 792 97
Pecaut M. J. 2016 IAU Symp. 314, Young Stars Planets Near the Sun ed J. H. Kastner, B. Stelzer and S. A. Metchev (Cambridge: Cambridge Univ. Press) 85
Pinilla P., Benisty M. and Birnstiel T. 2012 A&A 545 A81
Qi C., Ho P. T. P., Wilner D. J. et al 2004 ApJL 616 L11
Rapson V. A., Kastner J. H., Andrews S. M. et al 2015a ApJL 803 L10
Rapson V. A., Kastner J. H., Millar-Blanchaer M. A. and Dong R. 2015b ApJL 815 L26
Serabyn E., Huby E., Matthews K. et al 2017 AJ 153 43
Soummer R., Pueyo L. and Larkin J. 2012 ApJL 755 L28
Thalmann C., Mulders G. D., Janson M. et al 2015 ApJL 808 L41
Vacca W. D. and Sandell G. 2011 ApJ 732 8
van Boekel R., Henning T., Menu J. et al 2017 ApJ 837 132
van der Plas G., Wright C. M., Ménard F. et al 2017 A&A 597 A32
Wahhaj Z., Liu M. C., Biller B. A. et al 2013 ApJ 779 80
Weinberger A. J., Becklin E. E., Schneider G. et al 2002 ApJ 566 409
Wright E. L., Eisenhardt P. R. M., Mainzer A. K. et al 2010 AJ 140 1868
Zacharias N., Finch C. T., Girard T. M. et al 2013 ApJ 145 44
Zhu Z. 2015 ApJ 799 16
Zhu Z., Stone J. M., Rafikov R. R. and Bai X. 2014 ApJ 785 122