[論文レビュー] Progress on VLBI Ecliptic Plane Survey

Fengchun Shu, Leonid Petrov+6 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2016

GNSS positioning and interference被引用数 3

ひとこと要約

VLBI黄道面サーベイ（VEPS）は、深宇宙探査の位相校正用に、黄道面から7.5°以内のコンパクトな電波源を特定し、高精度で位置を決定することを目的としている。2216個の明るい源（5 GHzでS > 100 mJy）と4802個のやや明るい源（50–100 mJy）を観測し、3回以上の観測で435個の源を検出。高感度VLBA観測により、71個の校正用源の位置精度を1.8 nrad未満まで向上させ、宇宙ミッションに向けた校正ネットワークの大幅な向上を実現した。

ABSTRACT

We launched the VLBI Ecliptic Plane Survey program in 2015. The goal of this program is to find all compact sources within 7.5 degrees of the ecliptic plane which are suitable as phase calibrators for anticipated phase referencing observations of spacecrafts. We planned to observe a complete sample of the sources brighter than 50 mJy at 5 GHz listed in the PMN and GB6 catalogues that have not yet been observed with VLBI. By April 2016, eight 24-hour sessions have been performed and processed. Among 2227 observed sources, 435 sources were detected in three or more observations. We have also run three 8-hour segments with VLBA for improving positions of 71 ecliptic sources.

研究の動機と目的

• 深宇宙探査ミッションの位相校正用に、黄道面から7.5°以内に位置する新たなコンパクト電波源を発見すること。
• 位置誤差が1.5 nradを超える既存の校正用源の位置決め精度を向上させること。
• PMNおよびGB6カタログに掲載され、かつ以前にVLBIで検出されていなかった、5 GHzで50 mJy以上の明るさを持つ源を観測すること。
• 将来の校正用源の精緻化に向け、アジアおよびオセアニアの電波望遠鏡を含む高感度VLBIネットワークを構築すること。
• 宇宙探査機の位相参照観測に使用される校正用源の位置誤差を1.5 nrad未満に低減すること。

提案手法

• 2015年2月から2016年3月にかけて、中国のステーション（Seshan25、昆明、ウルムチ）と国際ステーション（Kashima34、Sejong、Hobart26）を含むコアネットワークを用いて、8回の多日間24時間連続VLBI観測を実施した。
• Xバンド（800 MHz帯域幅、16 IFチャンネル、2048 Mbpsデータレート）を用い、2ビットサンプリングで観測し、各ステーションの能力に応じて調整（例：Sejongでは1ビットサンプリング）。
• DiFX相関器を用いてデータを相関処理し、周波数ドメイン変換を用いて混合モードデータ（例：1ビット vs. 2ビット、16 MHz vs. 32 MHz帯域幅）に対応するカスタム処理を実装した。
• 2.3 GHzおよび8.6 GHzで8時間のVLBA観測を3回実施し、5000 kmの基線長で30–50 mJyの相関電波出力を持つ73個の弱い校正用源の位置を改善した。
• 二帯域S/X観測を用いて、ナノラジアン未満の位置精度を達成し、事前位置は単一帯域VLBIデータから導出した。
• 観測前後の位置誤差の統計的分析を実施し、改善度を定量的に評価。誤差分布は時間経過とともに追跡された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5 GHzで50 mJy以上の明るさを持つ源のうち、黄道面から7.5°以内のコンパクト電波源は、VLBI観測で何個検出可能か？
• RQ2 高感度S/XバンドVLBI観測後、弱い校正用源の位置精度はどの程度達成可能か？
• RQ3 基線ごとのシステム等価電波出力（SEFD）は、VEPSプログラムにおける検出限界とデータ品質にどのように影響するか？
• RQ4 アジアおよびオセアニアの電波望遠鏡の導入により、将来の校正用源サーベイの感度とダイナミックレンジはどの程度向上するか？
• RQ5 太陽の影響がPMNサーベイに与える影響は何か？今後のVEPS観測でどのようにこれを軽減できるか？

主な発見

• 観測した2227個の源のうち、435個が3回以上の観測で検出され、調査の高い検出率を示した。
• 71個の校正用源の位置誤差は、高感度VLBA観測（2.3 GHzおよび8.6 GHz）により中央値から6.2 nradから1.8 nradにまで低減された。
• 位置誤差が1.5 nrad未満の校正用源の数は、2016年2月の191個から2016年5月の293個に増加し、位置決めの高精度化が顕著に進んだ。
• 大多数の基線では検出限界が30 mJy未満であったが、Sejongを除き、SEFDが3000～5000の変動を示し、指向性やシステム効率の問題が懸念された。
• PMNサーベイにおける太陽の影響により、黄道経度約200°付近に源のカバーが空いている2か所のギャップが同定され、今後の観測で代替カタログを用いて解消される予定である。
• 2016年5月時点で、黄道面から±7.5°以内の既知の校正用源は合計1167個に達し、そのうち23%が位置精度1.5 nrad未満であった。