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Observational studies of gas in protoplanetary disks


German Title: Beobachtungen von Gas in protoplanetaren Scheiben

[thumbnail of Andres_Carmona_2007_PhDthesis.pdf]
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The gas dominates the mass and dynamics of protoplanetary disks.However, very few observational constraints exist about the physical properties of the gas in the planet forming region of the disks. This thesis presents an ensemble of new observational projects aimed at studying the gas in the disks of selected nearby Herbig Ae/Be stars (HAEBES) and classical T Tauri stars (CTTS). In the first chapter we present a search for CO 4.7 micron ro-vibrational emission from HAEBES using ISAAC, ESO's first generation VLT near-infrared spectrograph. In the second chapter, we describe a project in which we intended to probe the outer cold gas of protoplanetary disks, by measuring gas absorption features of the disk superimposed on the optical spectra of close (< 1.5") visual companions of nearby HAEBES utilizing FORS2, ESO's VLT optical spectrograph. In the third chapter, we present a large observational effort to detect H2 fundamental rotational emission at 12.278 and 17.035 $\mu$m from HAEBES employing VISIR, ESO's new high-resolution mid-infrared spectrograph. In the fourth chapter, we describe the first results of a sensitive search for near-infrared H2 ro-vibrational emission at 2.1218, 2.2233 and 2.2477 micron in the CTTS LkHa 264 and the debris disk 49 Cet using CRIRES, ESO's new VLT near-infrared high-resolution spectrograph. From our observations (detections and non-detections), we derive important constraints on the physical properties of the studied disks (e.g. mass, column density, temperature, age, excitation mechanism, inclination). We show that high-resolution infrared spectroscopy is a crucial tool for future studies of the structure of protoplanetary disks.

Translation of abstract (German)

Gas dominiert die Masse und Dynamik von protoplanetaren Scheiben. Dennoch sind durch Beobachtungen erst sehr wenige Erkenntnisse ueber die physikalischen Eigenschaften des Gases in den Planetenentstehungsgebieten der Scheiben gewonnen worden. In dieser Arbeit praesentieren wir eine Anzahl von neuen Beobachtungsprojekten, die das Gas in den Scheiben ausgewaehlter Herbig Ae/Be Sterne (HAEBES) and klassischer T Tauri Sterne (CTTS) untersuchen. Im ersten Kapitel wird die Suche nach CO Emission (Rotations- und Schwingungsuebergaenge bei 4.7 micron) von HAEBES mit Hilfe von ISAAC, ESO's Nahinfrarot-Spektrographen der ersten Generation am VLT, erlauetert. Im zweiten Kapitel beschreiben wir ein Projekt welches versucht, das aeussere, kalte Gas der protoplanetaren Scheiben zu untersuchen. Dies wird erreicht durch die Messung der absorption durch Gas in der Scheibe. Die Absorption ist mit dem mit dem Spektrum eines engen <1.5" visuellen Begleiters naher HAEBES ueberlagert. Fuer die Messungen wurde FORS2 benutzt, ein optischer Spektrograph am VLT. Im dritten Kapitel praesentieren wir ein grosses Beobachtungsprojekt zur Detektion der H2 Emission (Rotationsuebergang bei 12.278 und 17.035 micron) von HAEBES mit Hilfe von ESO's neuem, hochaufloesenden Spektrographen fuer das mittlere Infrarot, VISIR. Im vierten Kapitel beschreiben wir erste Resultate einer sensitiven Suche nach Nahinfrarot-H2 Emission (Rotations- und Schwingungsuebergaenge bei 2.1218, 2.2233 und 2.2477 micron) in der CTTS Scheibe LkHa 264 und der debris disk" 49 Cet unter Verwendung des neuen VLT-Instruments CRIRES, eines hochaufloesenden Nahinfrarot-Spektrographen. Basierend auf unseren Beobachtungsresultaten (Detektionen sowie auch gegebenfalls abgeleitete Obergrenzen fuer gewisse Parameter) koennen wir wichtige physikalische Eigenschaften der beobachteten Scheiben (z.B. Masse, Saeulendichte, Temperatur, Alter, Anregungsbedingungen, Scheibenneigung) entscheidend eingrenzen. Wir zeigen, dass Infrarot-Spektroskopie ein unerlaessliches Werkzeug fuer zukuenftige Studien zur Struktur protoplanetarer Scheiben ist.

Document type: Dissertation
Supervisor: Henning, Dr. Dr) Thomas
Date of thesis defense: 25 July 2007
Date Deposited: 19 Sep 2007 16:28
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
DDC-classification: 520 Astronomy and allied sciences
Uncontrolled Keywords: Astronomy , Protoplanetary Disks , Infrared Astronomy , Pre-Main Sequence Stars , Planet Formation
Additional Information: Teile in: Astronomy and Astrophysics
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