[論文レビュー] Gaia Universe Model Snapshot : A statistical analysis of the expected contents of the Gaia catalogue

A. C. Robin, X. Luri+18 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Feb 1, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 44被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、Gaia天体測量ミッションのカタログに含まれる内容の期待値を、機器的要因を除いて統計的に分析したものである。5年間のミッション期間中に、Gaiaは約11億顆の星（うち2%が変光星、3%が系外惑星を有する）、数百万個の銀河、50万～100万個のクェーサー、5万個の超新星を観測すると予測される。本研究はミッション準備およびデータシミュレーションの基盤的基準を提供する。

ABSTRACT

Context. This study has been developed in the framework of the computational simulations executed for the preparation of the ESA Gaia astrometric mission. Aims. We focus on describing the objects and characteristics that Gaia will potentially observe without taking into consideration instrumental effects (detection efficiency, observing errors). Methods. The theoretical Universe Model prepared for the Gaia simulation has been statistically analyzed at a given time. Ingredients of the model are described, giving most attention to the stellar content, the double and multiple stars, and variability. Results. In this simulation the errors have not been included yet. Hence we estimate the number of objects and their theoretical photometric, astrometric and spectroscopic characteristics in the case that they are perfectly detected. We show that Gaia will be able to potentially observe 1.1 billion of stars (single or part of multiple star systems) of which about 2% are variable stars, 3% have one or two exoplanets. At the extragalactic level, observations will be potentially composed by several millions of galaxies, half million to 1 million of quasars and about 50,000 supernovas that will occur during the 5 years of mission. The simulated catalogue will be made publicly available by the DPAC on the Gaia portal of the ESA web site http://www.rssd.esa.int/gaia/.

研究の動機と目的

• ミッション運用以前に、Gaiaカタログの理論的内容をシミュレートし、統計的に分析すること。
• Gaiaが潜在的に観測可能な星、銀河、銀河系外天体の数と分布を推定すること。
• DPACフレームワーク内での機器シミュレーション、データ処理、ミッション計画のための基準モデルを提供すること。
• シミュレートされた宇宙モデルにおける潜在的な制限および改善の余地を特定すること。
• 科学的・技術的検証のため、ESA Gaiaポータルを通じてシミュレートカタログへの公開を可能にすること。

提案手法

• 星、銀河、クェーサー、超新星のための集団合成技術を用いて、合成的宇宙表現であるGaiaユニバースモデルが生成された。
• モデルには、銀河の構造と進化に基づく、明るさ、色、距離、運動学的分布を含む詳細な星族が含まれている。
• 既知の天文学的データから導かれた統計的分布を用いて、星の変動性、連星系、系外惑星を有する星が組み込まれた。
• 銀河のタイプは、形態的分布（例：58%が渦巻銀河、25%が不規則銀河、13%が楕円銀河）を用いて割り当てられ、赤方偏移と明るさの分布も含めた。
• クェーサーと超新星は、観測調査と理論的モデルに基づく赤方偏移と明るさの分布を用いて生成された。
• シミュレーションは、1つの時刻における全天スナップショットとして実行され、検出感度や測定誤差などの機器的要因は除外された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Gaiaは5年間のミッションで、何億顆の星、銀河、クェーサー、超新星を観測すると予想されるか？
• RQ2 シミュレートされたGaiaカタログ内での変光星、連星、系外惑星を有する星の分布はどのようになるか？
• RQ3 シミュレートされた星族の光度、位置・距離測定、スペクトル特性はそれぞれどのように分布するか？
• RQ4 異なるタイプや明るさの銀河およびクェーサーの赤方偏移と明るさの分布は、どのように比較されるか？
• RQ5 シミュレートモデルがデータ処理および機器シミュレーション計画に与える影響は何か？

主な発見

• Gaiaは約11億顆の星を観測すると予想され、そのうち2%が変光星、3%が1～2個の系外惑星を有する。
• 5年間で約5万個の超新星がシミュレートされ、そのうち76.74%がIa型、7.36%がIb/c型、14.24%がII-L型、1.65%がII-P型である。
• 約100万個のクェーサーがシミュレートされ、最も遠方のものは赤方偏移z ≈ 5に達する。
• 銀河は、58%が渦巻銀河（Sa–Sd、Sbc）、25%が不規則銀河、13%が楕円銀河（E2、E-S0）として分布し、赤方偏移z ≈ 0.75まで延びる。
• シミュレートカタログにおける星の天の川密度は、1平方度あたり約30.425個であり、Hipparcosに比べて顕著に高い。
• シミュレートカタログは、科学的・技術的検証のため、ESA Gaiaポータル（http://www.rssd.esa.int/gaia/）を通じて一般公開される予定である。