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The Radial Distribution of Dust Particles in the HL Tau Disk from ALMA and VLA Observations
Indexado
WoS WOS:000487555300002
Scopus SCOPUS_ID:85073118001
DOI 10.3847/1538-4357/AB3D33
Año 2019
Tipo artículo de investigación

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Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Understanding planet formation requires one to discern how dust grows in protoplanetary disks. An important parameter to measure in disks is the maximum dust grain size present. This is usually estimated through measurements of the dust opacity at different millimeter wavelengths assuming optically thin emission and dust opacity dominated by absorption. However, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) observations have shown that these assumptions might not be correct in the case of protoplanetary disks, leading to overestimation of particle sizes and to underestimation of the disk's mass. Here, we present an analysis of high-quality ALMA and Very Large Array images of the HL Tau protoplanetary disk, covering a wide range of wavelengths, from 0.8 mm to 1 cm, and with a physical resolution of similar to 7.35 au. We describe a procedure to analyze a set of millimeter images without any assumption about the optical depth of the emission, and including the effects of absorption and scattering in the dust opacity. This procedure allows us to obtain the dust temperature, the dust surface density, and the maximum particle size at each radius. In the HL Tau disk, we found that particles have already grown to a few millimeters in size. We detect differences in the dust properties between dark and bright rings, with dark rings containing low dust density and small dust particles. Different features in the HL Tau disk seem to have different origins. Planet-disk interactions can explain substructure in the external half of the disk, but the internal rings seem to be associated with the presence of snow lines of several molecules.

Revista



Revista ISSN
Astrophysical Journal 0004-637X

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Astronomy & Astrophysics
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Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Carrasco-Gonzalez, Carlos Hombre Univ Nacl Autonoma Mexico - México
Universidad Nacional Autónoma de México - México
Instituto de Radioastronomía y Astrofísica - México
2 Sierra, Anibal Hombre Univ Nacl Autonoma Mexico - México
Universidad Nacional Autónoma de México - México
Instituto de Radioastronomía y Astrofísica - México
3 Flock, Mario Hombre Max Planck Inst Astron - Alemania
Max Planck Institute for Astronomy - Alemania
4 Zhu, Z. - Univ Nevada - Estados Unidos
University of Nevada, Las Vegas - Estados Unidos
5 Henning, Thomas Hombre Max Planck Inst Astron - Alemania
Max Planck Institute for Astronomy - Alemania
6 Chandler, Claire Mujer Natl Radio Astron Observ - Estados Unidos
National Radio Astronomy Observatory - Estados Unidos
7 GARAY BRIGNARDELLO, GUIDO ALEJANDRO Hombre Univ Nacl Autonoma Mexico - México
Universidad Nacional Autónoma de México - México
Instituto de Radioastronomía y Astrofísica - México
8 Macias, E. Hombre BOSTON UNIV - Estados Unidos
Boston University - Estados Unidos
9 Anglada, Guillem Hombre CSIC - España
Instituto de Astrofísica de Andalucía - CSIC - España
CSIC - Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) - España
10 Linz, Hendrik Hombre Max Planck Inst Astron - Alemania
Max Planck Institute for Astronomy - Alemania
11 Osorio, Mayra Mujer CSIC - España
Instituto de Astrofísica de Andalucía - CSIC - España
CSIC - Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) - España
12 Rodriguez, L. F. Hombre Univ Nacl Autonoma Mexico - México
Universidad Nacional Autónoma de México - México
Instituto de Radioastronomía y Astrofísica - México
13 Testi, Leonardo - ESO - Alemania
14 Torrelles, Jose-Maria Hombre CSIC - España
Inst Estudis Espacials Catalunya - España
Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña - España
15 PEREZ-FUENTES, LAURA MILENA Mujer Universidad de Chile - Chile
16 Liu, Yao - Max Planck Inst Extraterr Phys - Alemania
CASSACA - China
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics - Alemania
Purple Mountain Observatory Chinese Academy of Sciences - China

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Citas No-identificadas: 99.13 %

Financiamiento



Fuente
National Science Foundation
Comisión Sectorial de Investigación Científica
Chinese Academy of Sciences
CONICYT project Basal
National Radio Astronomy Observatory
State Agency for Research of the Spanish MCIU through "Center of Excellence Severo Ochoa" award
FONDECYT Iniciacion project
National Science Foundation under CAREER grant
Sloan Research Fellowship
State Agency for Research of the Spanish MCIU - FEDER
UNAM-DGAPA PAPIIT Programmes
European Research Council (ERC) under the European Unions Horizon 2020 research and innovation programme
Boston University
University of Nevada, Las Vegas
IEEC
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya
Universidad de Chile, Chile Max-Planck-Institut f�r Extraterrestrische Physik

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Agradecimientos



Agradecimiento
This paper makes use of the following ALMA data: ADS/JAO.ALMA#2011.0.00015.SV. ALMA is a partnership of ESO (representing its member states), NSF (USA), and NINS (Japan), together with NRC (Canada) and NSC and ASIAA (Taiwan), in cooperation with the Republic of Chile. The Joint ALMA Observatory is operated by ESO, AUI/NRAO, and NAOJ. C.C.-G. and R.G.M. acknowledge support from UNAM-DGAPA PAPIIT Programmes IN108218 and IN104319. M.F. has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Unions Horizon 2020 research and innovation programme (grant agreement No. 757957). Z.Z. acknowledges support from the National Science Foundation under CAREER grant No. AST-1753168 and Sloan Research Fellowship. G.A. and M.O. acknowledge financial support from the State Agency for Research of the Spanish MCIU through the AYA2017-84390-C2-1-R grant (co-funded by FEDER) and through the "Center of Excellence Severo Ochoa" award for the Instituto de Astrofisica de Andalucia (SEV-2017-0709). J.M.T. acknowledges financial support from the State Agency for Research of the Spanish MCIU through the AYA2017-84390-C2 grant (co-funded by FEDER). L.P. acknowledges support from CONICYT project Basal AFB-170002 and from FONDECYT Iniciacion project #11181068.
Carlos Carrasco-Gonz�lez Anibal Sierra Mario Flock Zhaohuan Zhu Thomas Henning Claire Chandler Roberto Galv�n-Madrid Enrique Mac�as Guillem Anglada Hendrik Linz Mayra Osorio Luis F. Rodr�guez Leonardo Testi Jos� M. Torrelles Laura P�rez Yao Liu Carlos Carrasco-Gonz�lez Anibal Sierra Mario Flock Zhaohuan Zhu Thomas Henning Claire Chandler Roberto Galv�n-Madrid Enrique Mac�as Guillem Anglada Hendrik Linz Mayra Osorio Luis F. Rodr�guez Leonardo Testi Jos� M. Torrelles Laura P�rez Yao Liu Instituto de Radioastronom�a y Astrof�sica (IRyA), Universidad Nacional Aut�noma de M�xico (UNAM), Mexico Max-Planck-Institut f�r Astronomie (MPIA), Germany Department of Physics and Astronomy, University of Nevada, Las Vegas, USA National Radio Astronomy Observatory (NRAO), USA Department of Astronomy, Boston University, USA Instituto de Astrof�sica de Andaluc�a (IAA-CSIC), Spain European Southern Observatory (ESO), Germany Institut de Ci�ncies de l’Espai (CSIC) and Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Spain Departamento de Astronom�a, Universidad de Chile, Chile Max-Planck-Institut f�r Extraterrestrische Physik, Germany Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences, People's Republic of China Carlos Carrasco-Gonz�lez, Anibal Sierra, Mario Flock, Zhaohuan Zhu, Thomas Henning, Claire Chandler, Roberto Galv�n-Madrid, Enrique Mac�as, Guillem Anglada, Hendrik Linz, Mayra Osorio, Luis F. Rodr�guez, Leonardo Testi, Jos� M. Torrelles, Laura P�rez and Yao Liu 2019-09-20 2019-09-23 14:25:44 cgi/release: Article released bin/incoming: New from .zip yes Understanding planet formation requires one to discern how dust grows in protoplanetary disks. An important parameter to measure in disks is the maximum dust grain size present. This is usually estimated through measurements of the dust opacity at different millimeter wavelengths assuming optically thin emission and dust opacity dominated by absorption. However, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) observations have shown that these assumptions might not be correct in the case of protoplanetary disks, leading to overestimation of particle sizes and to underestimation of the disk’s mass. Here, we present an analysis of high-quality ALMA and Very Large Array images of the HL�Tau protoplanetary disk, covering a wide range of wavelengths, from 0.8 mm to 1 cm, and with a physical resolution of ∼7.35 au. We describe a procedure to analyze a set of millimeter images without any assumption about the optical depth of the emission, and including the effects of absorption and scattering in the dust opacity. This procedure allows us to obtain the dust temperature, the dust surface density, and the maximum particle size at each radius. In the HL�Tau disk, we found that particles have already grown to a few millimeters in size. We detect differences in the dust properties between dark and bright rings, with dark rings containing low dust density and small dust particles. Different features in the HL�Tau disk seem to have different origins. Planet–disk interactions can explain substructure in the external half of the disk, but the internal rings seem to be associated with the presence of snow lines of several molecules. � 2019. The American Astronomical Society. All rights reserved. ALMA Partnership, Brogan C. L., Pérez L. M. et al 2015a ApJL 808 L3 10.1088/2041-8205/808/1/L3 ALMA Partnership, Brogan C. L., Pérez L. M. et al ApJL 0004-637X 808 2015 L3 ALMA Partnership, Fomalont E. B., Vlahakis C. et al 2015b ApJL 808 L1 10.1088/2041-8205/808/1/L1 ALMA Partnership, Fomalont E. B., Vlahakis C. et al ApJL 0004-637X 808 2015 L1 Andrews S. M., Huang J., Pérez L. M. et al 2018a ApJL 869 L41 10.3847/2041-8213/aaf741 Andrews S. M., Huang J., Pérez L. M. et al ApJL 0004-637X 869 2018 L41 Andrews S. M., Wilner D. J., Macías E., Carrasco-González C. and Isella A. 2018b ASP Conf. Ser. 517, Science with a Next Generation Very Large Array ed E. Murphy (San Francisco, CA: ASP) 137 Andrews S. M., Wilner D. J., Macías E., Carrasco-González C. and Isella A. ed Murphy E. ASP Conf. Ser. 517, Science with a Next Generation Very Large Array 2018 137 Anglada G., López R., Estalella R. et al 2007 AJ 133 2799 10.1086/517493 Anglada G., López R., Estalella R. et al AJ 1538-3881 133 6 2799 2007 2799 Bacciotti F., Girart J. M., Padovani M. et al 2018 ApJL 865 L12 10.3847/2041-8213/aadf87 Bacciotti F., Girart J. M., Padovani M. et al ApJL 0004-637X 865 2018 L12 Bae J., Zhu Z. and Hartmann L. 2017 ApJ 850 201 10.3847/1538-4357/aa9705 Bae J., Zhu Z. and Hartmann L. ApJ 0004-637X 850 2 201 2017 201 Birnstiel T., Dullemond C. P., Zhu Z. et al 2018 ApJL 869 L45 10.3847/2041-8213/aaf743 Birnstiel T., Dullemond C. P., Zhu Z. et al ApJL 0004-637X 869 2018 L45 Carrasco-González C., Henning Th., Chandler C. J. et al 2016 ApJL 821 L16 10.3847/2041-8205/821/1/L16 Carrasco-González C., Henning Th., Chandler C. J. et al ApJL 0004-637X 821 2016 L16 Carrasco-González C., Rodríguez L. F., Anglada G. and Curiel S. 2009 ApJL 693 L86 10.1088/0004-637X/693/2/L86 Carrasco-González C., Rodríguez L. F., Anglada G. and Curiel S. ApJL 0004-637X 693 2009 L86 D’Alessio P., Calvet N. and Hartmann L. 2001 ApJ 553 321 10.1086/320655 D’Alessio P., Calvet N. and Hartmann L. ApJ 0004-637X 553 1 321 2001 321 Dipierro G., Price D., Laibe G. et al 2015 MNRAS 453 L73 10.1093/mnrasl/slv105 Dipierro G., Price D., Laibe G. et al MNRAS 0035-8711 453 2015 L73 Dong R., Li S., Chiang E. et al 2018 ApJ 866 110 10.3847/1538-4357/aadadd Dong R., Li S., Chiang E. et al ApJ 0004-637X 866 2 110 2018 110 Flock M., Ruge J. P., Dzyurkevich N. et al 2015 A&A 574 A68 10.1051/0004-6361/201424693 Flock M., Ruge J. P., Dzyurkevich N. et al A&A 0004-6361 574 2015 A68 Galli P. A. B., Loinard L., Ortiz-Léon G. N. et al 2018 ApJ 859 33 10.3847/1538-4357/aabf91 Galli P. A. B., Loinard L., Ortiz-Léon G. N. et al ApJ 0004-637X 859 1 33 2018 33 Galván-Madrid R., Liu H. B., Izquierdo A. F. et al 2018 ApJ 868 39 10.3847/1538-4357/aae779 Galván-Madrid R., Liu H. B., Izquierdo A. F. et al ApJ 0004-637X 868 1 39 2018 39 Guilloteau S., Dutrey A., Piétu V. and Boehler Y. 2011 A&A 529 A105 10.1051/0004-6361/201015209 Guilloteau S., Dutrey A., Piétu V. and Boehler Y. A&A 0004-6361 529 2011 A105 Güttler C., Blum J., Zsom A. et al 2010 A&A 513 A56 10.1051/0004-6361/200912852 Güttler C., Blum J., Zsom A. et al A&A 0004-6361 513 2010 A56 Hu X., Zhu Z., Okuzumi S. et al 2019 arXiv:1904.08899 Hu X., Zhu Z., Okuzumi S. et al 2019 Huang J., Andrews S. M., Dullemond C. P. et al 2018 ApJL 869 L42 10.3847/2041-8213/aaf740 Huang J., Andrews S. M., Dullemond C. P. et al ApJL 0004-637X 869 2018 L42 Isella A., Carpenter J. M. and Sargent A. I. 2010 ApJ 714 1746 10.1088/0004-637X/714/2/1746 Isella A., Carpenter J. M. and Sargent A. I. ApJ 0004-637X 714 2 1746 2010 1746 Ishimaru A. 1978 Wave Propagation and Scattering in Random Media, Vol. 1 (New York: Academic) Ishimaru A. Wave Propagation and Scattering in Random Media, Vol. 1 1978 Jin S., Li S., Isella A., Li H. and Ji J. 2016 ApJ 818 76 10.3847/0004-637X/818/1/76 Jin S., Li S., Isella A., Li H. and Ji J. ApJ 0004-637X 818 1 76 2016 76 Johansen A. and Lambrechts M. 2017 AREPS 45 359 10.1146/annurev-earth-063016-020226 Johansen A. and Lambrechts M. AREPS 45 2017 359 Kataoka A., Muto T., Momose M. et al 2015 ApJ 809 78 10.1088/0004-637X/809/1/78 Kataoka A., Muto T., Momose M. et al ApJ 0004-637X 809 1 78 2015 78 Kataoka A., Tsukagoshi T., Pohl A. et al 2017 ApJ 844 5K 10.3847/2041-8213/aa7e33 Kataoka A., Tsukagoshi T., Pohl A. et al ApJ 2041-8205 844 1 L5 2017 5K Krügel E. 2003 The Physics of Interstellar Dust (Bristol: IOP) 10.1887/0750308613 Krügel E. The Physics of Interstellar Dust 2003 Liu H. B. 2019 ApJL 877 L22 10.3847/2041-8213/ab1f8e Liu H. B. ApJL 0004-637X 877 2019 L22 Liu Y., Henning T., Carrasco-González C. et al 2017 A&A 607 A74 10.1051/0004-6361/201629786 Liu Y., Henning T., Carrasco-González C. et al A&A 0004-6361 607 2017 A74 Long F., Herczeg G. J., Pascucci I. et al 2018 ApJ 863 61 10.3847/1538-4357/aacce9 Long F., Herczeg G. J., Pascucci I. et al ApJ 0004-637X 863 1 61 2018 61 Macías E., Anglada G., Osorio M. et al 2017 ApJ 838 97 10.3847/1538-4357/aa6620 Macías E., Anglada G., Osorio M. et al ApJ 0004-637X 838 2 97 2017 97 Macías E., Espaillat C., Osorio M. et al 2019 ApJ 881 159 10.3847/1538-4357/ab31a2 Macías E., Espaillat C., Osorio M. et al ApJ 0004-637X 881 2 159 2019 159 Macías E., Espaillat C. C., Ribas Á. et al 2018 ApJ 865 37 10.3847/1538-4357/aad811 Macías E., Espaillat C. C., Ribas Á. et al ApJ 0004-637X 865 1 37 2018 37 McMullin J. P., Waters B., Schiebel D. et al 2007 adass XVI 376 127 McMullin J. P., Waters B., Schiebel D. et al adass XVI 376 2007 127 Menu J., van Boekel R., Henning T. et al 2014 A&A 564 A93 10.1051/0004-6361/201322961 Menu J., van Boekel R., Henning T. et al A&A 0004-6361 564 2014 A93 Men’shchikov A. B., Henning T. and Fischer O. 1999 ApJ 519 257 10.1086/307333 Men’shchikov A. B., Henning T. and Fischer O. ApJ 0004-637X 519 1 257 1999 257 Miyake K. and Nakagawa Y. 1993 Icar 106 20 10.1006/icar.1993.1156 Miyake K. and Nakagawa Y. Icar 106 1993 20 Okuzumi S., Momose M., Sirono S.-. iti. et al 2016 ApJ 821 82 10.3847/0004-637X/821/2/82 Okuzumi S., Momose M., Sirono S.-. iti. et al ApJ 0004-637X 821 2 82 2016 82 Okuzumi S. and Tazaki R. 2019 ApJ 878 132 10.3847/1538-4357/ab204d Okuzumi S. and Tazaki R. ApJ 0004-637X 878 2 132 2019 132 Pérez L. M., Carpenter J. M., Chandler C. J. et al 2012 ApJL 760 L17 10.1088/2041-8205/760/1/L17 Pérez L. M., Carpenter J. M., Chandler C. J. et al ApJL 0004-637X 760 2012 L17 Pérez L. M., Chandler C. J., Isella A. et al 2015 ApJ 813 41 10.1088/0004-637X/813/1/41 Pérez L. M., Chandler C. J., Isella A. et al ApJ 0004-637X 813 1 41 2015 41 Pinilla P., Pohl A., Stammler S. M. et al 2017 ApJ 845 68 10.3847/1538-4357/aa7edb Pinilla P., Pohl A., Stammler S. M. et al ApJ 0004-637X 845 1 68 2017 68 Pinte C., Dent W. R. 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