HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllec7ng Satellite) ESA, 1989-‐1993 Első űrbéli asztrometriai műhold 120,000 csillag, 1 mas pontosság Magnitúdólimit MV=12.5 10% pontosság parallaxisban >10 mas, távolságban <100 pc 10% hibával • 5% pontosság, <200pc 20% hibával • 1 kpc határig • van Leeuwen (2007!): második adatredukálás • • • • •
h^p://www.rssd.esa.int/index.php?project=HIPPARCOS
1
3
A Hipparcos nagyon fontos eredményekre vezete^, de a pontosság igénye megnő^ -‐-‐ Gaia
A Gaia-projekt Klagyivik Péter MTA KTM CsKI
Gaia: tervezési szempontok • Asztrometria (V < 20): – 20 magnitúdóig teljes (fedélzeti detektálás) ⇒ 109 csillag – pontosság: 10–25 milliomod ívmásodperc 15 magnitúdónál (Hipparcos: 1 ezred ívmásodperc 9 magnitúdónál) – szkennelés, két eltérő irányban (a globális pontosságért az észlelési idő optimális kihasználásával) – globális asztrometriai redukálás (mint a Hipparcos esetében)
• Fotometria (V < 20): – asztrofizikai diagnosztika (alacsony diszperziós színképből) + szín ⇒ΔTeff ~ 200 K, log g, [Fe/H] 0,2 dex, extinkció
• Radiális sebesség (V < 16–17):
– alkalmazása: • térbeli mozgás harmadik komponense • dinamika, populációs vizsgálatok, kettőscsillagok • színkép: kémiai összetétel, rotáció – mérési elv: rés nélküli spektroszkópia a Ca triplet körül (847–874 nm)
7
A szonda • kizárólag ESA-misszió • indítás: 2012 tavasza • 5 év működés (esetleg 1 év hosszabbítás) • hordozórakéta: Szojuz–Fregat • pálya: Lissajous-pálya az L2 pont körül • földi állomás: Cebreros és New Norcia • adattovábbítás: 4–8 Mbps
• tömeg: 2120 kg (hasznos 743 kg) • teljesítmény: 1631 W (hasznos 815 W) 8 EADS-Astrium alapján
A távcső és a műszerek két SiC főtükör 106,5°-ra 1,45 × 0,50 m2
forgástengely (6 h)
alapszögellenőrző rendszer SiC toroidális szerkezet (optikai pad)
kombinált fókuszsík (CCD-k)
a két látómező egyesítése (FoV)
9 EADS-Astrium alapján
Az elkészült tórusz
10
Alex Short alapján
fókuszsík 104,26cm
42,35cm
Wave Front Sensor
Wave Front Sensor
Ké k fot o mé ter C C Di
Vö rö s fot o mé ter C C Di
Radiálissebességspektrométer CCD-i
Basic Angle Monitor
Basic Angle Monitor
csillagtérképező CCD-i
teljes látómező:
csillagok mozgása 10 s alatt
asztrometriai mező CCD-i
csillagtérképező:
fotometria:
- aktív terület: 0,75 négyzetfok - spektrofotométer - mindent detektál 20 m-ig - CCD-k: 14 + 62 + 14 + 12 - kozmikus sugárzást kihagyja - kék és vörös CCD-k - 4500 x 1966 pixel (TDI) spektroszkópia: asztrometria: - pixelméret = 10 µm x 30 µm - nagy felbontású színképek - detektálási zaj: ~6 e= 59 mas x 177 mas - vörös CCD-k 11
Az égbolt szkennelésének elve 45o
forgástengely: 45o a Naphoz; haladás: 60 ívmásodperc s-1 ; forgási periódus: 6 óra
12 Forrás: Karen O’Flaherty
A szkennelés eredménye
13
A radiális sebesség mérése
látómező
RVS spektrográf
CCD-detektorok
F3 óriás RVS spektrumai (V=16m) S/N = 7 (egyetlen mérés) S/N = 130 (a misszióra összegezve) 14 David Katz alapján
Az adatok redukálásának elve
1. Objektumok megfeleltetése a különböző fökörök mentén 2. Helyzet és kalibrálás frissítése 3. Objektumok pozíciójára stb. megoldás 4. Magasabb rendű tagok 5. Újabb főkörök adatai 6. A rendszer iterálása 15 Michael Perryman alapján
Az adatok redukálásának elve
legnagyobb pontosság a szkennelési irány mentén Michael Perryman alapján
1. Objektumok megfeleltetése a különböző fökörök mentén 2. Helyzet és kalibrálás frissítése 3. Objektumok pozíciójára stb. megoldás 4. Magasabb rendű tagok 5. Újabb főkörök adatai 6. A rendszer iterálása 15
Az adatok redukálásának elve
sáv szélessége: 0,7°
legnagyobb pontosság a szkennelési irány mentén Michael Perryman alapján
1. Objektumok megfeleltetése a különböző fökörök mentén 2. Helyzet és kalibrálás frissítése 3. Objektumok pozíciójára stb. megoldás 4. Magasabb rendű tagok 5. Újabb főkörök adatai 6. A rendszer iterálása 15
Az adatok redukálásának elve
sáv szélessége: 0,7°
legnagyobb pontosság a szkennelési irány mentén Michael Perryman alapján
1. Objektumok megfeleltetése a különböző fökörök mentén 2. Helyzet és kalibrálás frissítése 3. Objektumok pozíciójára stb. megoldás 4. Magasabb rendű tagok 5. Újabb főkörök adatai 6. A rendszer iterálása 15
Gaia: teljes, pontos, mély
A pontosság 2 nagyságrendet javul, az érzékenység 4 nagyságrenddel jobb, a vizsgált csillagok száma 4 nagyságrenddel több. A műszer tökéletesebb: nagyobb főtükör: 0,3 × 0,3 m2 → 1,45 × 0,50 m2, σ ∝ D-3/2 Jobb detektor (CCD): kvantumhatásfok, sávok. A mérések alapelve azonos: két látóirány egyesítése (abszolút parallaxis) Az égbolt szkennelése 5 éven át ⇒ parallaxisok és sajátmozgások. 16
Gaia az asztrofizika számára • A luminozitás átfogó kalibrálása, egyebek között: – – – –
1% pontos távolságok ~10 millió csillagra 2,5 kpc-en belül 10% pontos távolságok ~100 millió csillagra 25 kpc-en belül Számos ritka típusú, ill. gyors fejlődési fázisban levő csillag Minden távolságindikátor parallaxisának kalibrálása: pl. cefeidák, RR Lyrae típusú csillagok a Magellán-felhőkben is
• Csillagok fizikai jellemzői, egyebek között: – pontos Hertzsprung–Russell-diagram az egész Tejútrendszerre – a Naphoz közeli csillagok tömegfüggvénye és luminozitási függvénye, pl. fehér törpék (~200000), barna törpék (~50000) – csillagkeletkezési régiók tömeg- és luminozitási függvénye – fősorozat előtti csillagok luminozitási függvénye – minden színképtípus és csillagpopuláció detektálása és korának meghatározása – minden színképtípusú csillag változásának detektálása és jellemzése
17
1 milliárd csillag 3 dimenziós vizsgálata • a Tejútrendszerre vonatkozóan… – – – – –
minden csillagpopuláció távolsága és sebességeloszlása a korong és a haló térbeli és dinamikai szerkezete keletkezésének története a galaktikus sötét anyag eloszlásának részletes feltérképezése a csillagszerkezetre és -fejlődésre vonatkozó elméletek szelektálása megfigyelési alapon – extraszoláris bolygók teljes égfelmérés alapján (~15000) – a Naprendszer kis égitestjeinek felfedezése teljes égfelméréssel (~250000)
• … és azon túl – – – –
megbízható távolságstandardok a két Magellán-felhőben is gyors riasztás tranziens források (SN, egyéb kitörések) esetén (~20000) QSO-k detektálása, vöröseltolódása, mikrolencse-szerkezete (~500000) fundamentális mennyiségek példátlan pontossággal
18
Exobolygók várható felfedezése • Asztrometriai felmérés: – – – – –
több százezer FGK csillag monitorozása ~200 pc-ig detektálási határ: ~1MJ és P < 10 év minden csillagtípusnál várható felfedezések, torzítatlan minta, P = 2–9 év bolygótömeg az eddigi alsó határ helyett (m sin i) többszörös rendszerek kimérése, relatív inklinációkkal
• Várható eredmények: – – – –
~8000 exobolygó (egyetlen bolygó a csillaga körül) ~1000 bolygórendszer (több bolygó a csillaga körül) pályameghatározás ~4000 rendszerre bolygótömegek 10 MFöld-ig 10 pc-en belül
• Fotometriai tranzit: ~5000
19
A Naprendszer vizsgálata • Kisbolygók stb.: – minden mozgó objektum detektálása (20 magnitúdóig) homogén módon – ~250000 objektum észlelése, főként főövbeli kisbolygók – pályák: 30-szor pontosabb a jelenleginél, még az egy évszázada ismert objektumok esetében is – forgástengely iránya, forgási periódus, alak meghatározása a többségre – taxonómia/ásványi összetétel a heliocentrikus távolság függvényében – átmérő ~1000-re 20% pontosan, tömeg ~150-re 10% pontosan – a Mars, Föld és Vénusz trójai kísérői – Kuiper-objektumok: ~50 darab 20 magnitúdóig (kettősség, plutínók) – kentaurok: ~50 objektum
• Föld-közeli objektumok: – Amor, Apollo és Aten típusúak (2591, 3097, 512 ismert most) – ~1600 Föld-pályát keresztező >1 km esetén (1055 ismert most) – detektálási határ: 260–590 m 1 CsE esetén, az albedótól függően
20
Tudományos szervezeti felépítés • Gaia Science Team (GST): – 7 tag + ESA Project Scientist + DPAC Executive Chair
• Tudományos közösség: – a Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) keretében – ~400 kutató 20 országból valamilyen aktivitási szinten – magyar részvétel: KOGT (ESA PECS No.98090)
• Kutatói aktivitás: – rendszeres kutatócsoport- és DPAC megbeszélések – tudományos jelentések gyarapodó archívuma – szimulációk, algoritmusok, pontosság becslése stb.
• Adathozzáférési politika: – – – –
végső katalógus: ~2020–21 közbülső katalógusok a lehetőség szerint tudományos riasztás esetén azonnali adathozzáférés nincs előjog az adatokhoz
21
Koordinációs egységek • CU1: System Architecture • CU2: Data Simulation • CU3: Core Processing • CU4: Object Processing • CU5: Photometric Processing • CU6: Spectroscopic Processing • CU7: Variability Processing – magyar részvétel (KOGT) • CU8: Astrophysical Parameters • CU9: Catalogue Access – később hívják életre
22
95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 20 21
19
94
19
19
93
Időrend Javaslat Technológiai tanulmány Küldetés jóváhagyása Újabb megvalósíthatósági tanulmány B1 fázis Definálás Fővállalkozó (EADS Astrium) kiválasztása B2 fázis C/D fázis
Megvalósítás
Felbocsátás: 2012 tavasz Tudományos mérések
Működés Tanulmányok
Szoftverfejlesztés Adatfeldolgozás Adatfeldolgozás Közbülső
A küldetés végeredményei
Michael Perryman és François Mignard alapján
Most
Végleges 23
Tudományos célok összefoglalása
24
