HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllec7ng Satellite) ESA, 1989-1993 Első űrbéli asztrometriai műhold 120,000 csillag, 1 mas pontosság Magnitúdólimit M V =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) 10 9 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 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 (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) EADS-Astrium alapján 8
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
Az elkészült tórusz 10
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: 14 + 62 + 14 + 12-4500 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
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
A szkennelés eredménye 13
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
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
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
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
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
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
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: ~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: ~5000 19
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: 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: 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
Időrend 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2005 2010 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Javaslat Definálás 2004 2003 2002 2001 Technológiai tanulmány Küldetés jóváhagyása Újabb megvalósíthatósági tanulmány B1 fázis 2009 2008 2007 2006 2014 2013 2012 2011 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
Tudományos célok összefoglalása 24