[论文解读] 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 6

一句话总结

本文对盖亚宇宙模型快照进行了统计分析，模拟了盖亚天体测量任务目录中预期的天体内容，不考虑仪器效应。预测盖亚在5年内将观测到约11亿颗恒星（其中2%为变星，3%拥有系外行星）、数以百万计的星系、50万至100万个类星体，以及5万颗超新星，为任务准备和数据模拟提供了基础参考。

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/.

研究动机与目标

• 在任务运行之前，对盖亚目录的理论内容进行模拟与统计分析。
• 估算盖亚可能观测到的恒星、星系和星系外天体的数量与分布。
• 为DPAC框架内的仪器模拟、数据处理和任务规划提供参考模型。
• 识别模拟宇宙模型中潜在的局限性及可改进之处。
• 通过欧空局盖亚门户网站向公众提供模拟目录，以支持科学与技术验证。

提出的方法

• 使用恒星、星系、类星体和超新星的群体合成技术，生成了盖亚宇宙模型，作为宇宙的合成表示。
• 该模型包含详细的恒星群体，其星等、颜色、距离和运动学分布基于银河系结构与演化模型。
• 通过已知天文数据推导出的统计分布，纳入了恒星变异性、多星系统和系外行星宿主恒星。
• 星系类型根据形态分布（如58%为旋涡星系，25%为不规则星系，13%为椭圆星系）分配，并结合红移与星等分布。
• 类星体与超新星根据观测调查与理论模型生成，其红移与星等分布基于实测数据。
• 模拟以单个时间点的全天球快照形式运行，不包含检测效率或测量误差等仪器效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 盖亚在其5年任务中预计会观测到多少颗恒星、星系、类星体和超新星？
• RQ2 变星、多星系统和系外行星宿主恒星在模拟的盖亚目录中如何分布？
• RQ3 模拟恒星群体的测光、天体测量和光谱特性是什么？
• RQ4 不同类型与光度的星系和类星体的红移与星等分布有何异同？
• RQ5 该模拟模型对数据处理与仪器模拟规划有何影响？

主要发现

• 盖亚预计会观测到约11亿颗恒星，其中2%为变星，3%拥有一个或两个系外行星。
• 模拟目录中5年内将包含约5万颗超新星，其类型分布为：76.74%为Ia型，7.36%为Ib/c型，14.24%为II-L型，1.65%为II-P型。
• 模拟了约100万个类星体，最远的红移达到 z ≈ 5。
• 星系分布为：58%为旋涡星系（Sa–Sd, Sbc），25%为不规则星系，13%为椭圆星系（E2, E-S0），红移范围延伸至 z ≈ 0.75。
• 模拟目录中恒星的天球密度约为每平方度30.425颗，显著高于依巴谷星表。
• 该模拟目录将通过欧空局盖亚门户网站（http://www.rssd.esa.int/gaia/）向公众开放，以支持科学与技术验证。