[論文レビュー] Absolute astrometry in the next 50 years

E. Høg|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 20被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、2033年までにミリアーキセコンドからマイクロアーキセコンド未満の精度を達成する次世代の天測定ミッションを提案し、Gaiaに続くものとして、高度な宇宙ベースの天測定、VLBI、E-ELTのMICADO機器、およびLSSTを活用する。このミッションは、系外惑星からダークマターの小構造に至るまで、あらゆる天文学的スケールにおける基盤的天測定の必要性を強調している。

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.

研究の動機と目的

• 今後50年間における、Gaiaに次ぐミッションの科学的・技術的要件を定義すること。
• 中型クラスのESAミッションが、近赤外感度を向上させた上で、Gaiaと同等の天測定精度を達成できるかどうかを評価すること。
• ミリアーキセコンドまたはマイクロアーキセコンド未満の絶対天測定を必要とする、主要な天文学的科学的動機を特定すること。
• Gaia以降の天測定精度を維持するための補完的地上・宇宙技術（VLBI、E-ELT/MICADO、LSST）を評価すること。
• 多様な天文学的研究を数十年にわたり支援するため、根本的天測定分野における協働的で長期的な戦略を提唱すること。

提案手法

• 天球全域にわたり高精度・絶対天測定を最適化した、Gaiaと同等の性能を持つ宇宙ベースの天測定ミッションを提唱する。
• ESAのGaiaNIR研究計画に基づき、赤外線感度を備えたGaia後続ミッションを検討し、チリの領域への天測定範囲を拡大する。
• 非常に長基線干渉計測定（VLBI）を、地上基準フレームとミリアーキセコンド未満の精度を維持するための補完的技術として評価する。
• 極大望遠鏡（E-ELT）のMICADO機器が、光学的および近赤外域で高精度天測定を達成する可能性を分析する。
• 大スケールスカイ調査望遠鏡（LSST）が、時間領域の画像解析を通じて、広域・深空天測定をミリアーキセコンド未満の精度で実現する可能性を検討する。
• 文献と専門家との照合を統合し、各提案手法の実現可能性と科学的帰結を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 今後50年間における天文学的科学的目標で、ミリアーキセコンドまたはマイクロアーキセコンド未満の絶対天測定が必要となるものは何か？
• RQ2 中型クラスのESAミッションが、特に近赤外域での感度を向上させた上で、Gaiaと同等の天測定性能を達成できるか？
• RQ3 E-ELTのMICADOやLSSTといった地上施設は、宇宙ベースのミッションと比較して、長期的な天測定精度を維持する上でどのように異なるか？
• RQ4 VLBIは、天球基準フレームの維持および深宇宙天測定を支援するために、どのような役割を果たすか？
• RQ5 2033年までにGaia後続ミッションを実装するための技術的・財政的制約は何か。それらはどのように克服できるか？

主な発見

• 近赤外線感度を備えたGaia後続ミッション（GaiaNIR）は、中型クラスのESAミッションとして実現可能かつ科学的に説得力がある選択肢である。
• VLBIは、天球基準フレームの維持および長基線天測定におけるマイクロアーキセコンド未満の精度を達成する上で、依然として不可欠な技術である。
• E-ELTのMICADO機器は、特に明るい天体に対して、光学的および近赤外域で高精度天測定を実現すると予想される。
• LSSTは、深さのある時間領域画像と高度なデータ処理を活用することで、広域天測定をミリアーキセコンド未満の精度で実現する可能性を有する。
• 宇宙ベース、地上ベース、VLBI技術の組み合わせにより、今後50年間の強固なマルチプラットフォーム天測定基盤を構築できる。
• いかなる1つのプラットフォームでも、2つのGaiaと同等のミッションのデータ品質とカバー範囲を凌駒することはできない。これらは、数十年にわたり、精度とスコープの面で他を凌駕し続けるだろう。