spirou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5....

17
SPIRou the impact of magne4c fields on star and planet forma4on Silvia Alencar Dep. de Física (UFMG)

Upload: others

Post on 23-Sep-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  -­‐  the  impact  of  magne4c  fields  on  star  and  

planet  forma4on  

Silvia  Alencar  

Dep.  de  Física  (UFMG)  

Page 2: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

Ques4ons  

What  are  the  magne4c  topologies  of  class-­‐I,  II  and  III  stars  ?    

How  do  they  correlate  with  the  evolu4onary  status?    

What  are  the  fields  in  the  internal  discs  of  accre4ng  PMS  stars?    

How  frequent  are  hot  Jupiters  around  PMS  stars?    

Can  we  progress  in  our  understanding  of  magnetospheric  accre4on?    

Can  we  improve  the  descrip4on  of  the  earliest  phases  of  angular  momentum  evolu4on  ?  

Page 3: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

10  000  AU  t=0  

Gravita4onal  colapse  

500  AU  t=105  –  106  years  

T  Tauri  star,  disk  and  ouWlows    

Fig.  McCaughrean  

200  AU  t=106  –  107  years  

Post-­‐T  Tauri,  evolved  disk  

100  AU  t  >  107  years  

Star  and  planetary  system  

HH  30  -­‐  HST  –  op4cal  (Burrows)   HL  Tau  –  ALMA  –  1.3  mm   HR  8799  –  Keck  nIR  (Marois)  

20  AU  

L1517B  (E.  Bergin)  

Star  and  planet  forma4on  

Page 4: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

Camenzind  (1990)  Shu  et  al.  (1994),  Hartmann  et  al.  (1994)    Kurosawa  et  al.  (2006,2011),  Lima  et  al.  (2010)  

!   Ac4vity  

!   Accre4on  

!   Star-­‐disk  interac4on  

!   Inner  disk  structure  

!   OuWlows  (stellar  winds,  disk  winds,  jets)  

!   Angular  momentum  transport  

The  importance  of  magne4c  fields  

Magnetospheric  cavity  

Hot  spots  

Accre4on  columns  

Page 5: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

Camenzind  (1990)  Shu  et  al.  (1994),  Hartmann  et  al.  (1994)    Kurosawa  et  al.  (2006,2011),  Lima  et  al.  (2010)  

!   Ac4vity  

!   Accre4on  

!   Star-­‐disk  interac4on  

!   Inner  disk  structure  

!   OuWlows  (stellar  winds,  disk  winds,  jets)  

!   Angular  momentum  transport  

The  importance  of  magne4c  fields  

Magnetospheric  cavity  

Hot  spots  

Accre4on  columns  

Zanni  &  Ferreira  (2013)  

Page 6: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

V2129  Oph  –  MaPP  Large  Program  at  CFHT  Axisymmetric,  poloidal  magne4c  field,  dominated  by  the  octupole.  The  dipole  and  octupole  components  varied  between  the  two  epochs  of  observa4on.    

July  2009  

June  2005  

Dona4  et  al.  (2007,  2011),  Jardine  et  al.  (2008),  Gregory  &  Dona4  (2011)  

Page 7: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

1.      Fully  convec-ve  star  Dynamo:  strong  axisymmetric  dipole  -­‐  AA  Tau,  BP  Tau,  GQ  Lup  Slow  rota4on  rates  (p~8d)  Dona4  et  al.  (2008,  2010,  2012),  Chen  &  Johns-­‐Krull  (2013)    

2.      Convec-ve  shell  with  depths  >  0.5  R*  

Dynamo:  strong  axisymmetric  octupole  –  TW  Hya,  V2129  Oph,  DN  Tau  

Start  to  spin-­‐up  (p~4d  to  6d)  Dona4  et  al.  (2011,  2012,  2013)    

3.      Convec-ve  shell  with  depths  <  0.5  R*  

Dynamo:  weak  non-­‐axisymmetric  mul4pole  -­‐  V4046  Sgr,  CV  Cha,  CR  Cha  High  rota4on  rates  (p~2d)    Hussain  et  al.  (2009),  Dona4  et  al.  (2011)      

Magne4c  field  structure  in  CTTSs  MaPP  Large  Program  at  CFHT  

V2129  Oph  

BP  Tau  

V4046  Sgr  

Similar  results  obtained  for  Main-­‐Sequence  stars  (Morin  et  al.  2010,  2011)  

Page 8: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

Magne4c  field  structure  in  WTTSs  MaTYSSE  Large  Program  at  CFHT  and  ESO  

V830  Tau  

Dona4  et  al.  (2015)  

Page 9: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

Residuals  from  spot  model  

In  agreement  with  a  1.4  MJup  planet  orbi4ng  the  star  with  p=6  days  at  0.07  AU    

spots  

V830  Tau  

Dona4  et  al.  (2015)  

data  

Page 10: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

FU  Ori  –  magne4c  field  in  the  inner  disc  –  ESPaDOnS  at  CFHT  

Dona4  et  al.  (2005)  

Disc  with  sub-­‐keplerian  rota4on  

Axisymmetric  magne4c  field  in  about  20%  of  the  inner  disc  

Page 11: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  -­‐  near  infrared  spectropolarimeter    Star  and  planet  forma4on  

Impact  of  stellar  and  disc  magne-c  fields  on  

Accre4on  and  ouWlows  Internal  structure  and  rota4on  Forma4on,  migra4on  and  survival  of  planets  

Goals  

Detect  and  map  magne4c  topology  of  protostars  and  accre4on  discs  Constrain  accre4on,  ouWlows,  dynamos  Origin  and  evolu4on  of  magne4c  field  Angular  momentum  evolu4on  Model  ac4vity  and  ac4vity  jiper  of  WTTSs  and  search  for  hot  Jupiters  

Page 12: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  Legacy  Survey  

Monitoring  of  20  Class-­‐I,    40  Class-­‐II  and  80  Class-­‐III  PMS  stars  and  their  accre4on  discs,  selected  in  the  3  closest  star  forming  regions  (e.g.,  Taurus/Auriga,  TW  Hya  Associa4on,  ρ  Oph),  for  a  total  of  about  125  nights  

!   Use  the  unprecedent  sensi4vity  of  SPIRou  to  PMS  stars  and  magne4c  fields  to  carry-­‐out  full-­‐size  surveys  following  the  MaPP  &  MaTYSSE  explora4ons  

!   Include  Class  I  systems  

!   Disc  magne4c  fields  

Star  and  planet  forma4on  

Page 13: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  Legacy  Survey  

Class  I      

Sample  of  20  Class  I  systems  

!   How  magnetospheric  accre4on  behaves  when  accre4on  is  both  much  stronger  and  more  episodic  than  for  CTTSs,  and  how  the  stars  react  to  this  process  

!   Measure  spin  rates  of  class-­‐I  protostars  and  study  how  they  depend  on    large-­‐scale  fields  and  accre4on  rates      

!   Unveil  the  early  angular  momentum  evolu4on  of  accre4ng  PMS  stars,  and  assess  the  role  played  by  magne4c  fields.    

Page 14: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  Legacy  Survey  

Class  II  (CTTSs)  

Sample  of  40  CTTSs  

!   How  the  large-­‐scale  fields  and  accre4on  paperns  of  cTTSs  change  with  masses,  ages  and  accre4on  rates    

!   The  physics  of  dynamo  and  the  impact  of  accre4on  

!   How  magne4c  fields  control  the  angular  momentum  evolu4on  of  CTTSs  

!  The  connec4on  between  magnetospheric  accre4on/ejec4on  X-­‐winds,  diskwinds,  accre4on-­‐powered  winds  

Page 15: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  Legacy  Survey  

Class  III  (WTTSs)  

Sample  of    80  WTTSs    

!   How  the  large-­‐scale  magne4c  field  varies  with  mass  and  age  

!   Dynamo  models  

!   Angular  momentum  evolu4on  

!   Survival  of  hot  Jupiters  

Clean  the  RV  curve  from  the  ac4vity  jiper  Find  hot  Jupiters  at  an  early  age  Study  planet  forma4on/migra4on  

Page 16: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  Legacy  Survey  

!   Detect  spectral  signatures  from  the  innermost  regions  of  accre4on  discs  of  high  mass  accre4on  stars  (Class-­‐I  and  CTTSs)  

!   Characterize  the  large-­‐scale  fields  of  inner  accre4on  discs,  focussing  in  par4cular  on  their  ver4cal  and  toroidal  components    

!   Map  magne4c  fields  and  mass  densi4es  in  the  innermost  regions  of  accre4on  discs,  to  constrain  the  origin  of  the  fields  (dynamo  vs  fossil)  and  to  study  their  impact  on  planet  forma4on  with  MHD  simula4ons  

Discs  

Page 17: SPIRou’(’the’impactof’ magne4c’fields’on’star’and’ planetformaon’ · 2016. 5. 26. · 1.###Fully#convec-ve#star# Dynamo:’strong’axisymmetric’dipole’(’AA’Tau,’BP’Tau,’GQ’Lup’

SPIRou  Legacy  Survey  

WP3  –  Silvia  Alencar,  Jean-­‐François  Dona4,  Jérôme  Bouvier  

Work  packages  WP3.1  /  input  catalog  (J.  Bouvier,  E.  Alecian,  S.  Alencar)  WP3.2  /  large-­‐scale  fields  of  low-­‐mass  PMS  stars  (J.-­‐F.  Dona4,  G.  Hussain)  WP3.3  /  fields  of  inner  accre-on  discs  (F.  Ménard,  M.  Takami,  C.  Baruteau)  WP3.4  /  search  for  hot  Jupiters  (J.-­‐F.  Dona4,  I.  Boisse)  WP3.5  /  complementary  observa-ons  and  modeling  (S.  Alencar,  C.  Dougados)  

WP3:  the  SLS  Magne4c  PMS  star/planet