[論文レビュー] Astrometry with the Wide-Field InfraRed Space Telescope

Robyn E. Sanderson, Andrea Bellini+15 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 113被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、広視野赤外望遠鏡（WFIRST）が、広視野赤外画像、安定したプラットフォーム、およびポイント spread 関数と幾何的歪みの高度なキャリブレーションを活用することで、相対的自己運動について年間1マイクロアーセコンド未塔の変換的測定精度を達成すると提案している。データパイプラインおよびアーカイブの初期段階から高精度の測定解を統合すべきであり、長期的な科学的有用性を確保するとともに、高価なリプレースを回避する。

ABSTRACT

The Wide-Field InfraRed Space Telescope (WFIRST) will be capable of delivering precise astrometry for faint sources over the enormous field of view of its main camera, the Wide-Field Imager (WFI). This unprecedented combination will be transformative for the many scientific questions that require precise positions, distances, and velocities of stars. We describe the expectations for the astrometric precision of the WFIRST WFI in different scenarios, illustrate how a broad range of science cases will see significant advances with such data, and identify aspects of WFIRST's design where small adjustments could greatly improve its power as an astrometric instrument.

研究の動機と目的

• 赤外線領域における明るくない、遠方の星の正確な測定天文学の欠如に対処すること。特に、混雑しているか高密度な領域において。
• 現在の測定天文学ミッション（例：Gaia（明るい星に限定）やHST（視野が狭い））の制限を克服すること。
• 全WFI視野にわたり、明るくない、遠方の源に対して高精度の測定天文学を可能にすること。
• 測定天文学の精度が、すべてのデータ処理レベルおよびアーカイブ製品を通じて保持され、伝達されることを保証すること。
• ミッションのデータシステムに初期段階から堅牢な測定天文学キャリブレーションを統合することで、長期的な開発コストを最小限に抑えること。

提案手法

• WFIRSTの広視野イメージャ（WFI）データの基準フレームとして、Gaiaから得られる高精度のガイド星位置を使用すること。
• 地上での検証と定期的な更新を通じて、WFCの幾何的歪み（GD）モデルを維持し、100 μas未塔の精度を達成すること。
• レベル2パイプラインで、WFIRSTの源をGaiaカタログと照合することで、事後的に一致を実施するステップを導入すること。
• 画像メタデータに、Gaiaに基づく測定天文学的解を優先解として組み込み、不確実性の伝播を実施すること。
• レベル3およびレベル4のデータ製品が、洗練された測定天文学的解を引き継ぎ、伝播することを保証すること。
• アーカイブが複数の測定天文学的解を、完全な履歴と不確実性追跡とともに保存・配布できるように設計すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WFIRSTは、広視野にわたり、明るくない、遠方の星に対してどの程度の測定天文学的精度を達成できるか？
• RQ2 WFIRSTのデータパイプラインおよびアーカイブは、ミッション期間中に高精度測定天文学を保持・伝播するために、どのように強化できるか？
• RQ3 測定天文学の向上が、系外惑星微小レンズ効果、星の運動学、およびダークマターのマッピングといった主要な科学分野に与える影響は何か？
• RQ4 GaiaデータをWFIRST処理に統合することで、絶対的測定天文学的精度がどのように向上し、系統的誤差がどのように低減されるか？
• RQ5 設計段階で高度な測定天文学キャリブレーションをミッションのデータシステムに統合するのと、後からリプレースするのとを比較した場合、コストと実現可能性のトレードオフは何か？

主な発見

• WFIRSTの広視野イメージャは、適切に露出された点源に対して、1回の露光で約1.1 masの測定天文学的精度を達成できる。
• 1つのフィールドを100回露光することで、相対的測定天文学的精度は約0.1 masに向上する。
• 絶対的測定天文学的精度は約0.1 masに達すると予想され、天の川全域での正確な源位置決めが可能になる。
• 高緯度調査から得られる相対的自己運動は、年間25 μasに達し、星の運動学的研究の大幅な向上が見込まれる。
• 系外惑星微小レンズ効果調査では、全調査期間を通じて、相対的測定天文学が年間3–10 μasの精度に達し、惑星質量関数の検出が可能になる。
• 空間走査技術を用いることで、複数回露光により1 μas未塔の精度（マイクロアーセコンド未塔）に達することができ、WFIRSTは高精度測定天文学に最適な機器である。