[論文レビュー] Gaia Early Data Release 3: The astrometric solution

L. Lindegren, S. A. Klioner+95 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用数 90

ひとこと要約

この論文は Gaia EDR3 の天体測定の入力データ、モデル、処理、および検証を説明し、DR2 に対する改良点と色依存の較正の取り扱いを含む。1.468 billion sources の full five-parameter astrometry と 882 million sources の six-parameter solutions を報告する。

ABSTRACT

Gaia Early Data Release 3 (Gaia EDR3) contains results for 1.812 billion sources in the magnitude range G = 3 to 21 based on observations collected by the European Space Agency Gaia satellite during the first 34 months of its operational phase. We describe the input data, the models, and the processing used for the astrometric content of Gaia EDR3, as well as the validation of these results performed within the astrometry task. The processing broadly followed the same procedures as for Gaia DR2, but with significant improvements to the modelling of observations. For the first time in the Gaia data processing, colour-dependent calibrations of the line- and point-spread functions have been used for sources with well-determined colours from DR2. In the astrometric processing these sources obtained five-parameter solutions, whereas other sources were processed using a special calibration that allowed a pseudocolour to be estimated as the sixth astrometric parameter. Compared with DR2, the astrometric calibration models have been extended, and the spin-related distortion model includes a self-consistent determination of basic-angle variations, improving the global parallax zero point. Gaia EDR3 gives full astrometric data (positions at epoch J2016.0, parallaxes, and proper motions) for 1.468 billion sources (585 million with five-parameter solutions, 882 million with six parameters), and mean positions at J2016.0 for an additional 344 million. Solutions with five parameters are generally more accurate than six-parameter solutions, and are available for 93% of the sources brighter than G = 17 mag. The median uncertainty in parallax and annual proper motion is 0.02-0.03 mas at magnitude G = 9 to 14, and around 0.5 mas at G = 20. Extensive characterisation of the statistical properties of the solutions is provided, including the estimated angular power spectrum of parallax bias from the quasars.

研究の動機と目的

• Gaia EDR3 天文測定のデータ、モデル、および処理の概要を説明する。
• 特に較正と色の取り扱いにおける Gaia DR2 への改善点を説明する。
• 天体測定結果の検証と特性を提示する。
• 整列と基準座標系のための入力データセグメント、反復処理サイクル、補助データの使用を議論する。

提案手法

• Gaia 天文測定全局反復解法（AGIS）を、反復 CALIPD および AGIS のステップとともに用いる。
• 有効波数 nu_eff によるライン・スプレッド関数（LSF/PSF）の色依存較正を組み込む。
• 色情報が乏しい源について sixth parameter として pseudocolour を用い six-parameter solutions を推定する。
• 色差の影響を減らすため CALIPD と AGIS を反復（CALIPD 3.1、AGIS 3.1、CALIPD 3.2、AGIS 3.2）する。
• 参照座標系の整合および太陽系天体暦のために外部補助データ（ICRF3 frame、Hipparcos、INPOP10e ephemerides）を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gaia EDR3 は DR2 と比べて天体測定の較正と色収差の補正をどのように改善したか。
• RQ2 5-parameter 解と 6-parameter 解を受ける源の割合はどのくらいで、等級に対して不確かさはどのように変化するか。
• RQ3 nu_eff が利用不能な場合、色依存の較正と pseudocolour は天体測定精度をどのように支援するか。
• RQ4 EDR3 における天体測定の系外的バイアスとゼロ点（視差バイアス）の特徴は何か。

主な発見

• EDR3 は 1.468 billion sources の full astrometric data（epoch J2016.0 の位置、視差、適切な動度）を提供し、585 million は five-parameter、882 million は six-parameter である。
• J2016.0 における平均位置および視差/適切な動度の中央値不確かさは 0.02–0.03 mas（G=9–14）および ~0.5 mas（G=20）である。
• 色依存の CALIPD/AGIS 処理と反復的較正により色収差は大幅に抑制され、nu_eff が利用できない場合には pseudocolour が用いられる。
• 色収差の収束を促すために 2 回の反復（CALIPD 3.1 および 3.2）が実施され、自洽的な基本角変動の決定を援用した。
• EDR3 には 344 million の追加の mean positions at J2016.0 が、五-または六-parameter ソリューションが不完全な源に対して含まれている。
• Gaia の参照座標系の整合は ICRF3 optical counterparts と Hipparcos ベースの残差を用いて、天体座標系の一貫性を確保している。