[論文レビュー] Joint astrometric solution of Hipparcos and Gaia: A recipe for the Hundred Thousand Proper Motions project

Daniel Michalik, L. Lindegren+2 more|Jul 15, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 16被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、10万を超える共通星のための正確な自己運動測定を著しく向上させるために、ハイパルコスと初期のギャリアデータを統合した共同アストロメトリック解法を提案する。修正されたアストロメトリック・グローバル反復解法（AGIS）に、視差効果を扱うために新しく考案された「スケーリングされた運動論的モデル」（SMOK）を組み合わせることで、自己運動の不確実性を14–134 μas yr⁻¹まで低減し、ハイパルコス単独の結果と比較して約30倍の改善が達成された。これにより、完全なギャリアデータが入手可能になる以前から、長周期連星系や系外惑星の検出が可能になる。

ABSTRACT

The first release of astrometric data from Gaia is expected in 2016. It will contain the mean stellar positions and magnitudes from the first year of observations. For more than 100 000 stars in common with the Hipparcos Catalogue it will be possible to compute very accurate proper motions due to the time difference of about 24 years between the two missions. This Hundred Thousand Proper Motions (HTPM) project will be part of the first release. Our aim is to investigate how early Gaia data can be optimally combined with information from the Hipparcos Catalogue in order to provide the most accurate and reliable results for HTPM. The Astrometric Global Iterative Solution (AGIS) was developed to compute the astrometric core solution based on the Gaia observations and will be used for all releases of astrometric data from Gaia. We adapt AGIS to process Hipparcos data in addition to Gaia observations, and use simulations to verify and study the joint solution method. For the HTPM stars we predict proper motion accuracies between 14 and 134 muas/yr, depending on stellar magnitude and amount of Gaia data available. Perspective effects will be important for a significant number of HTPM stars, and in order to treat these effects accurately we introduce a scaled model of kinematics. We define a goodness-of-fit statistic which is sensitive to deviations from uniform space motion, caused for example by binaries with periods of 10-50 years. HTPM will significantly improve the proper motions of the Hipparcos Catalogue well before highly accurate Gaia- only results become available. Also, HTPM will allow us to detect long period binary and exoplanetary candidates which would be impossible to detect from Gaia data alone. The full sensitivity will not be reached with the first Gaia release but with subsequent data releases. Therefore HTPM should be repeated when more Gaia data become available.

研究の動機と目的

• ハイパルコスと初期ギャリアミッションのアストロメトリックデータを統合して、第1期リリースのギャリアデータのみで達成可能な精度を超える自己運動の精度を向上させる、信頼性の高い手法を開発すること。
• 高動径速度星における非線形効果（視差加速度）を扱うために、正確な共同解法を可能にする新しい運動論的モデル（SMOK）を導入すること。
• ハイパルコスとギャリアの観測間の24年間の基準期間を活用して、長周期連星系や系外惑星系の早期検出を可能にすること。
• ΔQ適合度統計量を用いて、均一な空間運動からの逸脱に感応するフレームワークを提供し、将来のデータリリースに対応すること。
• 250万顆星のための類似した共同解法アプローチにティコ-2とギャリアデータを統合することを提案し、ティコ・ギャリア自己運動カタログ（TGPM）を構築すること。

提案手法

• アストロメトリック・グローバル反復解法（AGIS）を変更し、ハイパルコスとギャリアの観測を一度の最小二乗解法で同時に処理できるようにすること。
• 高動径速度星における視差加速度と非線形座標変換を正確にモデル化するための「スケーリングされた運動論的モデル」（SMOK）形式を導入すること。
• シミュレーションを用いて共同解法の有効性を検証し、異なる星の等級とギャリアデータ量における自己運動不確実性の改善度を定量すること。
• 均一な線形空間運動からの逸脱に感応する適合度統計量ΔQを実装し、潜在的な連星系や系外惑星系の兆候を示す。
• 系統的誤差を避けるために、共同解法においてハイパルコスが提供する自己運動を除外し、代わりに統合された解法に依存すること。
• 10万顆の自己運動プロジェクト（htpm）にこの手法を適用し、将来的にはティコ-2とギャリアデータを含めたより広範な星のサンプルへの拡張を想定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイパルコスと初期ギャリアのアストロメトリックデータを、両カタログに共通する星の自己運動精度を最適に向上させるために、どのように統合できるか？
• RQ2 高動径速度星における視差加速度と非線形運動論的効果を正確にモデル化するための形式は何か？
• RQ3 共同解法は、ギャリアデータのみで検出できない長周期連星系や系外惑星系を、どの程度まで検出可能にするか？
• RQ4 ΔQ適合度統計量は、非均一な空間運動の検出にどの程度有効か？また、径方向速度の情報は誤検出の低減にどのような役割を果たすか？
• RQ5 この共同解法は、ティコ-2の位置を含めるように拡張可能か？その場合、250万顆星のための平均自己運動不確実性はどの程度に改善されるか？

主な発見

• 共同解法により、htpm星の自己運動不確実性は14–134 μas yr⁻¹にまで低減され、ハイパルコス単独の結果と比較して約30倍の改善が達成された。
• SMOK形式は、視差加速度と非線形座標変換を効果的にモデル化でき、高動径速度星の正確なアストロメトリック解法を可能にした。
• ΔQ統計量は、均一な空間運動からの逸脱を効果的に検出でき、特に径方向速度と併用することで、長周期連星系や系外惑星系の兆候を特定する可能性を秘めている。
• 共同解法では、より良いパララックスが得られるが、非ハイパルコス星に対してギャリア単独の5パrameter解が利用可能でない限り、バイアスが生じる可能性がある。
• htpmプロジェクトは、ギャリアミッション全体を通じて重要性を保ち続ける。長基準期間のおかげで、初期データではまだ検出できない軌道的シグネチャーの感度が向上する。
• この手法をティコ-2とギャリアデータに拡張すれば、明るい星（V_T < 9）の平均自己運動不確実性を0.3 mas yr⁻¹まで改善でき、ティコ-2の内部誤差7 masよりも著しく向上する。