HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllec7ng Satellite)

Átírás

1 HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllec7ng Satellite) ESA, Első űrbéli asztrometriai műhold 120,000 csillag, 1 mas pontosság Magnitúdólimit M V = % pontosság parallaxisban >10 mas, távolságban <100 pc 10% hibával 5% pontosság, <200pc 20% hibával 1 kpc határig van Leeuwen (2007!): második adatredukálás h^p:// 1

2

3 3

4

5 A Hipparcos nagyon fontos eredményekre vezete^, de a pontosság igénye megnő^ - - Gaia

6 A Gaia-projekt Klagyivik Péter MTA KTM CsKI

7 Gaia: tervezési szempontok Asztrometria (V < 20): 20 magnitúdóig teljes (fedélzeti detektálás) 10 9 csillag pontosság: 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 ΔT eff ~ 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 ( nm) 7

8 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) EADS-Astrium alapján 8

9 A távcső és a műszerek két SiC főtükör 106,5 -ra 1,45 0,50 m 2 forgástengely (6 h) alapszögellenőrző rendszer SiC toroidális szerkezet (optikai pad) a két látómező egyesítése (FoV) kombinált fókuszsík (CCD-k) EADS-Astrium alapján 9

10 Az elkészült tórusz 10

11 fókuszsík Alex Short alapján 104,26cm 42,35cm Wave Front Sensor Basic Angle Monitor Wave Front Sensor Ké k fot o mé ter C C D- i Vö rö s fot o mé ter C C D- i Radiálissebességspektrométer CCD-i Basic Angle Monitor csillagtérképező CCD-i teljes látómező: - aktív terület: 0,75 négyzetfok - CCD-k: x 1966 pixel (TDI) - pixelméret = 10 µm x 30 µm = 59 mas x 177 mas asztrometriai mező CCD-i csillagok mozgása 10 s alatt csillagtérképező: fotometria: - mindent detektál 20 m -ig - spektrofotométer - kozmikus sugárzást kihagyja- kék és vörös CCD-k asztrometria: spektroszkópia: - detektálási zaj: ~6 e - - nagy felbontású színképek - vörös CCD-k 11

12 Az égbolt szkennelésének elve 45 o forgástengely: 45 o a Naphoz; haladás: 60 ívmásodperc s -1 ; forgási periódus: 6 óra Forrás: Karen O Flaherty 12

13 A szkennelés eredménye 13

14 A radiális sebesség mérése látómező RVS spektrográf CCD-detektorok F3 óriás RVS spektrumai (V=16 m ) S/N = 7 (egyetlen mérés) S/N = 130 (a misszióra összegezve) David Katz alapján 14

15 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 Michael Perryman alapján 15

16 Az adatok redukálásának elve Michael Perryman alapján legnagyobb pontosság a szkennelési irány mentén 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

17 Az adatok redukálásának elve sáv szélessége: 0,7 Michael Perryman alapján legnagyobb pontosság a szkennelési irány mentén 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

18 Az adatok redukálásának elve sáv szélessége: 0,7 Michael Perryman alapján legnagyobb pontosság a szkennelési irány mentén 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

19 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 m 2 1,45 0,50 m 2, 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

20 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

21 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

22 Exobolygók várható felfedezése Asztrometriai felmérés: több százezer FGK csillag monitorozása ~200 pc-ig detektálási határ: ~1M J 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 M Föld -ig 10 pc-en belül Fotometriai tranzit: ~

23 Kisbolygók stb.: minden mozgó objektum detektálása (20 magnitúdóig) homogén módon ~ 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: A Naprendszer vizsgálata Amor, Apollo és Aten típusúak (2591, 3097, 512 ismert most) ~1600 Föld-pályát keresztező >1 km esetén (1055 ismert most) detektálási határ: m 1 CsE esetén, az albedótól függően 20

24 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: ~ közbülső katalógusok a lehetőség szerint tudományos riasztás esetén azonnali adathozzáférés nincs előjog az adatokhoz 21

25 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

26 Időrend Javaslat Definálás Technológiai tanulmány Küldetés jóváhagyása Újabb megvalósíthatósági tanulmány B1 fázis Fővállalkozó (EADS Astrium) kiválasztása Megvalósítás Működés B2 fázis C/D fázis Felbocsátás: 2012 tavasz Tudományos mérések Adatfeldolgozás Tanulmányok Szoftverfejlesztés Adatfeldolgozás A küldetés végeredményei Közbülső Végleges Michael Perryman és François Mignard alapján Most 23

27 Tudományos célok összefoglalása 24