[논문 리뷰] Absolute astrometry in the next 50 years

E. Høg|arXiv (Cornell University)|2014. 08. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 20인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 2033년까지 밀리초보각에서 마이크로초보각 이하의 정밀도를 달성하기 위해 가이아를 이어받는 차세대 천체측위 임무를 제안한다. 이는 고도화된 저공궤도 천체측위, VLBI, E-ELT의 MICADO 기구, 그리고 LSST를 활용한다. 이 임무는 모든 천문학적 척도에서 근본적인 천체측위를 위해 필수적이라고 주장한다. 이는 외계행성에서 암흑물질의 준구조에 이르기까지이다.

ABSTRACT

With Gaia in orbit since December 2013 it is time to look at the future of fundamental astrometry and a time frame of 50 years is needed in this matter. A space mission with Gaia-like astrometric performance is required, but not necessarily a Gaia-like satellite. It should be studied whether this can be obtained within the budget of a medium-size ESA mission. A dozen science issues for a Gaia successor mission in twenty years, with launch about 2033, are presented and in this context also other possibilities for absolute astrometry with milliarcsecond (mas) or sub-mas accuracies are discussed. The three powerful techniques: VLBI, the MICADO camera on the E-ELT, and the LSST are described and documented by literature references and by an extensive correspondence with leading astronomers who readily responded with all the information I needed. In brief, the two Gaia-like missions would provide an astrometric foundation for all branches of astronomy from the solar system and stellar systems, including exo-planet systems, to compact galaxies, quasars and dark matter (DM) substructures by data which cannot be surpassed in the next 50 years. - In April 2017 ESA selected our proposal Hobbs et al. (2016) for study of a detector with NIR sensitivity for a Gaia successor mission, called GaiaNIR.

연구 동기 및 목표

• 다음 50년간 개선된 천체측위 성능을 갖춘 가이아 후속 임무의 과학적 및 기술적 요구사항을 정의하기 위해.
• 중형급 유럽우주국(ESA) 임무가 근적외선 감도를 포함해 가이아 수준의 천체측위 정밀도를 향상시켜 달성할 수 있는지 평가하기 위해.
• 밀리초보각 또는 마이크로초보각 수준의 절대 천체측위가 필요한 주요 천체물리학 과학적 동력원을 특정하기 위해.
• 가이아 이후 천체측위 정밀도를 유지하기 위해 보완적인 지상 기반 및 공간 기반 기법—VLBI, E-ELT/MICADO, LSST—을 평가하기 위해.
• 다양한 천문학적 연구를 수십 년간 뒷받질할 수 있는 통합된 장기 전략을 촉진하기 위해.

제안 방법

• 천구 전역에서 고정밀 절대 천체측위를 위해 최적화된, 가이아 수준의 성능을 갖춘 공간 기반 천체측위 임무를 제안한다.
• ESA의 가이아NIR 연구 제안 기반으로 근적외선(NIR) 감도를 갖춘 가이아 후속 임무를 고려하여 먼지가 많은 영역까지 천체측위 범위를 확장한다.
• 장기 기준점 프레임워크 유지 및 밀리초보각 이하 정밀도 달성을 위해 매우 장거리 간섭측위(VLBI)를 보완 기법으로 평가한다.
• 초거대망원경(E-ELT)의 MICADO 기구가 광학 및 근적외선 영역에서 고정밀 천체측위를 달성할 잠재력을 분석한다.
• 시간 시리즈 분석을 통해 밀리초보각 이하 정밀도를 달성할 잠재력이 있는 넓은 천구 영역, 깊은 천체를 대상으로 한 천체측위를 위한 대규모 광학적 순환 탐사망원경(LSST)을 검토한다.
• 문헌과 전문가의 의견을 종합하여 각 제안된 방법의 실현 가능성과 과학적 수익을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다음 50년간 천체물리학에서 밀리초보각 또는 마이크로초보각 정밀도가 필요한 과학적 목표는 무엇인가?
• RQ2 중형급 ESA 임무가 근적외선에서의 감도 향상까지 고려해 가이아 수준의 천체측위 성능을 달성할 수 있는가?
• RQ3 E-ELT의 MICADO 기구 및 LSST와 같은 지상 기반 시설이 장기적인 천체측위 정밀도 유지에 있어 공간 기반 임무와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 VLBI는 천구 기준점 프레임워크 유지 및 태양계 외부 천체측위 지원에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 2033년까지 가이아 후속 임무를 도입하기 위한 기술적 및 재정적 제약 조건은 무엇이며, 이를 어떻게 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 근적외선 감도를 갖춘 가이아 후속 임무(GaiaNIR)는 중형급 ESA 임무로서 실현 가능하고 과학적으로 설득력 있는 옵션이다.
• VLBI는 천구 기준점 프레임워크 유지 및 장거리 천체측위에서 마이크로초보각 이하 정밀도 달성을 위해 여전히 핵심적인 기법이다.
• 초거대망원경(E-ELT)의 MICADO 기구는 특히 밝은 천체에 대해 광학 및 근적외선 영역에서 고정밀 천체측위를 제공할 것으로 기대된다.
• LSST는 깊은 시간 영역 이미징과 고도의 데이터 처리를 통해 넓은 천구 영역에서 마이크로초보각 이하 정밀도의 천체측위를 제공할 잠재력을 지닌다.
• 공간 기반, 지상 기반, VLBI 기법의 조합은 향후 50년간 견고한 다중 플랫폼 천체측위 기반을 제공할 수 있다.
• 단일 플랫폼은 두 대의 가이아 수준의 임무가 제공하는 데이터 품질과 커버리지 수준을 초월할 수 없으며, 이는 수십 년간 정밀도와 범위 면에서 여전히 뛰어난 수준을 유지할 것이다.