[论文解读] Predictions on the number of variable stars for the GAIA space mission and for surveys as the ground-based International Liquid Mirror Telescope

L. Eyer, Jan Cuypers|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 4

一句话总结

本文使用基于恒星族模型、Hipparcos数据和调查外推的多种方法，预测了GAIA空间任务和地基国际液面望远镜（ILMT）可探测到的变星数量。估计GAIA巡天中可探测到约1800万颗变星，其中包括500万颗周期性变星；ILMT深空巡天中可探测到约10,000颗新变星，尤其是食双星和RR Lyrae变星，为变星科学提供了关键的预任务预期。

ABSTRACT

Future space and ground-based survey programmes will produce an impressive amount of photometric data. The GAIA space mission will map the complete sky down to mag V=20 and produce time series for about 1 billion stars. Survey instruments as the International Liquid Mirror Telescope will observe slices of the sky down to magnitude V=23. In both experiments, the opportunity exists to discover a huge amount of variable stars. A prediction of the expected total number of variable stars and the number of variables in specific subgroups is given.

研究动机与目标

• 估算在灵敏度达到V=20的条件下，GAIA空间任务可探测到的总变星数量。
• 预测深空地基巡天（特别是国际液面望远镜ILMT）可探测到的变星数量，其测光精度达到亚mag级别。
• 评估不同巡天参数下特定变星亚型（如RR Lyrae、造父变星和食双星）的预期产出数量。
• 比较多种估算技术（如基于Hipparcos的速率、GCVS外推、微引力透镜探测率）的一致性和可靠性。
• 通过预测未来巡天中变星群体的规模和多样性，为任务规划和数据分析策略提供基础。

提出的方法

• 将Hipparcos巡天在特定(V-I)色指数区间的观测变星比例，应用于Figueras等人提出的星数模型（方法A），并按星等极限进行缩放。
• 利用Hipparcos视 parallaxes 和恒星特性推导的银河系星密度模型，估算表面星密度并在全天球积分（方法B），但不包括银河系银心区域。
• 基于星等极限和理论星等上限，假设GCVS中检测完全，从《变星总目视表》（GCVS）进行外推（方法C）。
• 整合微引力透镜巡天（如OGLE、MACHO）的探测率，以验证对RR Lyrae和造父变星群体的估算结果。
• 使用Fernie数据库推导造父变星的空间密度（每kpc² 15–20颗），并外推至GAIA可探测的总数。
• 应用不同消光律的消光校正星数，以评估结果对尘埃分布假设的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在全天空范围内，GAIA任务可探测到多少颗变星（包括特定亚型）？其极限星等为G < 20。
• RQ2 在具有高精度测光（如ILMT）的深空地基巡天中，预计可探测到多少颗变星，特别是食双星和RR Lyrae变星？
• RQ3 不同估算方法（如基于Hipparcos的速率、GCVS外推、微引力透镜探测率）在预测变星数量方面有何差异？
• RQ4 星际消光和天区（如银道面与银心）对变星可探测性和数量估算有何影响？
• RQ5 在GAIA和ILMT巡天中，预计可探测到多少颗长周期变星（如Mira型和半周期变星）？

主要发现

• GAIA预计将在全天空范围内探测到约1800万颗变星，其中包括约500万颗‘经典’周期性变星，极限星等为G < 20。
• 使用方法A和C估算的δ Scuti变星数量约为60,000颗，但使用方法B估算可达240,000颗，凸显了建模假设对结果的敏感性。
• 使用方法B估算，RR Lyrae变星数量约为70,000颗；基于OGLE和MACHO探测率，银河系银心区域预计有15,000至40,000颗。
• 银河系中造父变星总数估算为2,000至8,000颗，其中使用Fernie数据库推导的密度（每kpc² 15–20颗）估算，GAIA可探测到5,200至6,900颗。
• 假设每kpc²密度为500颗，Mira型及类似长周期变星在银河系中预计有140,000至170,000颗。
• ILMT巡天（5年内每颗星进行500次测量，测光精度≤0.01 mag）预计可探测到约10,000颗新变星，包括6,000颗暗淡食双星、200颗RR Lyrae变星和300颗长周期变星。