[논문 리뷰] Gaia Early Data Release 3: The astrometric solution

L. Lindegren, S. A. Klioner외 95명|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 06.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 37인용 수 90

한 줄 요약

이 논문은 Gaia EDR3 astrometry의 입력 데이터, 모델, 처리 및 검증에 대해 설명하며 DR2 대비 개선 및 색상 의존 보정의 처리를 다룬다. 전체 다섯 매개변수 astrometry는 1.468 billion sources에 대해, 여섯 매개변수 해는 882 million sources에 대해 보고한다.

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.

연구 동기 및 목표

• Gaia EDR3 astrometry에 사용된 데이터, 모델, 처리 과정을 설명한다.
• 특히 보정 및 색상 처리에서 Gaia DR2 대비 개선점을 설명한다.
• 초기 위치측정 결과의 검증 및 특성을 제시한다.
• 정렬 및 기준 프레임을 위한 입력 데이터 세그먼트, 반복 처리 주기 및 보조 데이터를 논의한다.

제안 방법

• AGIS(gaia astrometric global iterative solution)와 CALIPD 및 AGIS의 반복 단계를 사용한다.
• 실효 파수(nu_eff)로 색 의존 보정의 선로-퍼스트 함수(LSF/PSF) 보정을 도입한다.
• 색 정보가 신뢰할 수 없는 소스에 대해 여섯 매개변수 해를 추정하기 위해 pseudocolour를 여섯번째 매개변수로 사용한다.
• 색상 편향을 줄이기 위해 CALIPD와 AGIS를 CALIPD 3.1, AGIS 3.1, CALIPD 3.2, AGIS 3.2로 반복한다.
• 참조 프레임 정합을 위해 외부 보조 데이터(ICRF3 프레임, Hipparcos, INPOP10e 에페메디드) 를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Gaia EDR3가 항성 위치 측정 보정 및 색상 보정에서 DR2 대비 어떻게 개선되었는가?
• RQ2 소스 중 다섯 매개변수 해와 여섯 매개변수 해를 받는 비율은 얼마나 되며, 등거리의 불확실성은 등급에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 nu_eff 및 pseudocolour가 색 정보가 불완전한 경우 항성 위치 측정 정확도에 어떻게 도움을 주는가?
• RQ4 EDR3에서 항성 위치 측정의 바이어스와 영점(parallax bias)의 특징은 무엇인가?

주요 결과

• EDR3는 1.468 billion sources에 대해 항성 위치(J2016.0의 에포크 위치), 연주(Parallaxes), 고유운동을 포함하는 전체 항성 위치 데이터를 제공한다(585 million 다섯 매개변수, 882 million 여섯 매개변수).
• J2016.0의 평균 위치와 파랄랙시스/고유운동의 중앙값 불확실성은 0.02–0.03 mas(G=9–14) 및 G=20에서 약 0.5 mas의 수준이다.
• 색상 편향은 nu_eff를 사용할 수 없는 경우에도 pseudocolour가 사용되는 등 색 의존 CALIPD/AGIS 처리 및 반복 보정으로 크게 완화된다.
• 색상 보정이 수렴하도록 두 차례의 반복(CALIPD 3.1 및 3.2)이 수행되었고, 기본 각도 변화를 자체 일관적으로 규정하는 데 도움이 되었다.
• EDR3는 다섯 매개변수나 여섯 매개변수 해가 덜 완전한 소스에 대해 J2016.0의 추가 평균 위치 344 million 개를 포함한다.
• Gaia 참조 프레임 정합은 천문 프레임의 일관성을 보장하기 위해 ICRF3 광학 대응체와 Hipparcos 기반 잔재를 사용한다.