[论文解读] Gaia Early Data Release 3: Parallax bias versus magnitude, colour, and position

L. Lindegren, U. Bastian+15 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用 41

一句话总结

本文将 Gaia EDR3 视差偏差（零点）随星等、颜色和位置的函数建模，覆盖五参数和六参数解，并利用类星体、LMC 恒星及其他差分方法来指导一个多参数修正模型。

ABSTRACT

Gaia Early Data Release 3 (Gaia EDR3) gives trigonometric parallaxes for nearly 1.5 billion sources. Inspection of the EDR3 data for sources identified as quasars reveals that their parallaxes are biased, that is systematically offset from the expected distribution around zero, by a few tens of microarcsec. We attempt to map the main dependencies of the parallax bias in EDR3. In principle this could provide a recipe for correcting the EDR3 parallaxes. For faint sources the quasars provide the most direct way to estimate parallax bias. In order to extend this to brighter sources and a broader range of colours, we use differential methods based on physical pairs (binaries) and sources in the Large Magellanic Cloud. The functional forms of the dependencies are explored by mapping the systematic differences between EDR3 and DR2 parallaxes. The parallax bias is found to depend in a non-trivial way on (at least) the magnitude, colour, and ecliptic latitude of the source. Different dependencies apply to the five- and six-parameter solutions in EDR3. While it is not possible to derive a definitive recipe for the parallax correction, we give tentative expressions to be used at the researcher's discretion and point out some possible paths towards future improvements.

研究动机与目标

• 量化 Gaia EDR3 视差偏差（零点）在星等、颜色和位置上的主要依赖关系。
• 为五参数和六参数解开发描述偏差的函数形式 Z5 与 Z6。
• 为研究人员在天体物理分析中应用，提供实用、初步的修正表达式。

提出的方法

• 使用类星体作为在较暗星等和更广范围颜色上的直接视差偏差探针。
• 通过物理对（双星）和 Large Magellanic Cloud 数据的差分方法，将偏差映射扩展到更亮的恒星及更广的颜色范围。
• 将偏差建模为多参数函数 Z(G, nu_eff, beta)，在星等、颜色和黄道纬度上进行基函数展开。
• 拟合195个参数（13 x 5 x 3），并通过迭代过拟合控制获得可处理的模型。
• 将 EDR3 与 DR2 视差进行比较，以了解偏差结构并指导 Z5 和 Z6 的函数形态。
• 提出一个实用但初步的修正框架，并讨论局限性及改进方向。

实验结果

研究问题

• RQ1 五参数和六参数解下， Gaia EDR3 视差偏差在星等（G）、有效波数 nu_eff 和黄道纬度 beta 的主要依赖关系是什么？
• RQ2 是否可以构建多参数修正函数 Z5 和 Z6，以在 EDR3 全样本中近似视差零点，并在与外部指示器（如类星体、LMC）验证时表现如何？
• RQ3 EDR3 视差偏差与 DR2 有何不同，这些差异揭示了哪些潜在的系统误差？
• RQ4 所提偏差模型的局限性有哪些，未来改进的路径是什么？

主要发现

• Gaia EDR3 的视差偏差在星等、颜色和黄道纬度上的依赖并非简单线性，五参数与六参数解呈现不同的依赖。
• 一个参数化的多维偏差函数 Delta Z(G, nu_eff, beta) 模型化了 EDR3–DR2 的视差差异，并为 Z5 和 Z6 提供信息；在基于显著性裁剪后，保留了137个非零系数。
• 类星体在较暗星等（G 大约大于 14）且 nu_eff 的范围有限时提供直接的偏差估计，而通过差分方法（LMC、双星）将映射扩展到更明亮的区域和更广的颜色范围。
• 作者给出对 Z5 和 Z6 的初步表达，并记录了主要的残留系统误差，指出区域和颜色相关的特征以及在颜色/截断边界附近的一些非线性。
• 类星体的全局偏移大致中位视差约为 -17 到 -21 微角秒，且随扫描规律和黄道纬度的空间变化而变化。
• 需要注意的是，该校正并非最终定论；论文讨论了局限性并提出未来改进的方向。