[论文解读] Gaia Data Release 1: The reference frame and the optical properties of ICRF sources

F. Mignard, S. A. Klioner+19 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2016

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一句话总结

本文基于盖亚数据释放1（Gaia DR1）首次为2,191个ICRF2类星体提供了光学天体测量解算，实现了亚毫角秒级精度（中位形式误差<0.76 mas）。该研究验证了光学与射电参考系之间的对齐，发现除约0.15 mas以内的系统性偏差外无显著系统性偏移，并确认超过10 mas的差异主要源于观测或处理误差，而非物理性的光学-射电偏移。

ABSTRACT

As part of the data processing for Gaia Data Release~1 (Gaia DR1) a special astrometric solution was computed, the so-called auxiliary quasar solution. This gives positions for selected extragalactic objects, including radio sources in the second realisation of the International Celestial Reference Frame (ICRF2) that have optical counterparts bright enough to be observed with Gaia. A subset of these positions was used to align the positional reference frame of Gaia DR1 with the ICRF2. We describe the properties of the Gaia auxiliary quasar solution for a subset of sources matched to ICRF2, and compare their optical and radio positions at the sub-mas level. Their formal standard errors are better than 0.76~milliarcsec (mas) for 50% of the sources and better than 3.35~mas for 90%. Optical magnitudes are obtained in Gaia's unfiltered photometric G band. The comparison with the radio positions of the defining sources shows no systematic differences larger than a few tenths of a mas. The fraction of questionable solutions, not readily accounted for by the statistics, is less than 6%. Normalised differences have extended tails requiring case-by-case investigations for around 100 sources, but we have not seen any difference indisputably linked to an optical-radio offset in the sources.

研究动机与目标

• 利用盖亚的辅助类星体解算方案，为ICRF2类星体建立高精度光学参考系。
• 验证盖亚光学位置与基于射电的ICRF2参考系之间的天体测量对齐。
• 识别并诊断光学-射电位置差异较大的源。
• 评估在测量误差之外，类星体中是否存在物理性的光学-射电偏移。
• 为未来参考系对齐提供盖亚DR1中ICRF2源的测光与天体测量数据。

提出的方法

• 利用盖亚天体测量处理流水线执行辅助类星体解算，以确定具有光学对应体的ICRF2源的光学位置。
• 通过交叉识别与位置交叉相关，将盖亚源与ICRF2射电源匹配。
• 为2,191个高概率匹配源计算形式位置不确定度和$G$-波段星等。
• 使用角距离与VSH（向量球谐）分析，在亚毫角秒级别对光学与射电位置进行统计比较。
• 利用在线天空资源与数据处理诊断，分析离群源（分离度>10 mas）以识别其成因，如宿主星系或邻近恒星。
• 通过比较盖亚与ICRF2的联合形式不确定度，评估ICRF2射电位置不确定度的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 盖亚对ICRF2类星体的光学位置天体测量精度如何？其随星等的变化趋势如何？
• RQ2 盖亚的光学位置在亚毫角秒级别与基于射电的ICRF2参考系对齐程度如何？
• RQ3 是否存在光学与射电位置之间的系统性差异，可能表明参考系错位或物理偏移？
• RQ4 光学-射电位置差异超过形式不确定度的主要原因是什么？
• RQ5 是否有源显示出超过几毫角秒的物理光学-射电偏移？

主要发现

• 在2,191个匹配源中，50%的源形式标准误差优于0.76 mas，90%的源优于3.35 mas。
• $G$-波段星等范围为12.4至21.0等，其中大多数源位于17至20等之间。
• 94%的源光学与射电位置之间的角距离小于10 mas，其中44%小于1 mas。
• 在94个定义ICRF2的源中，98%的分离度小于10 mas，71%小于1 mas。
• VSH分析中未发现显著的光学-射电系统性偏移，仅发现振幅约0.15 mas的小幅漂移。
• 仅6%的源（137个）分离度大于10 mas，且其中大多数偏移与形式不确定度一致；无任何情况显示明确的物理偏移。