Varför behövs pikoradianastronomi? Att mäta stjärnor...

Transkript

1 Varför behövs pikoradianastronomi? eller Att mäta stjärnor... Lennart Lindegren Institutionen för astronomi, Lunds universitet Astronomiska Sällskapet Tycho Brahe, Malmö, 25 september 2008 Hipparchos, ca f.kr. Använde möjligen en armillarsfär för positionsmätningar

2 Tycho Brahes murkvadrant (ca 1580) Enligt Tycho var den graderad ner till 10 bågsekunder med hjälp av transversaler Murkvadrant tillverkad av J. Sisson (London, 1739) John Flamsteed ( ), den första Astronomer Royal vid Greenwich-observatoriet

3 Meridiancirkeln vid Lunds Observatorium (ca 1920) Vinkel i bågsekunder Årtal Bessels heliometermätningar från gav p = 0,294" för 61 Cyg (modernt värde 0,286") Friedrich Wilhelm Bessel ( )

4 36 inch Lick telescope, Lick Observatory, California (1915) Apparat för att mäta fotografiska plåtar (1916) Vinkelnoggrannheten i optisk astronomi 1 radian 1 millirad 1 mikrorad Hipparchos abs Tycho Brahe Flamsteed stora kvadranter kikarsikten graderade cirklar satellit 1 grad 1 bågminut 1 bågsekund 1 nanorad atmosfär rel okularmikrometrar Bessel fotografi Hipparcos 1 millibågsekund 1 pikorad stora vinklar (absoluta positioner) små vinklar (relativa positioner, t.ex. parallax) Gaia SIM 150 f.kr mikrobågsekund Årtal

5 Meridiancirkeln i Lund demonstreras av intendent Nils Hansson (ca 1970)

6 En av testmodellerna för Hipparcossatelliten vid Matra Espace i Toulouse (januari 1986) Pierre Lacroûte Erik Høg Hipparcos ( ) mätte ca stjärnor med en noggrannhet av 1 millibågsekund (mas)

7 Astrometri = mätning av stjärnors positioner och ändringarna i dessa Positionsändringarna beror på stjärnans egenrörelse (i förhållande till solen) parallax (återspegling av jordens rörelse kring solen) ev. störningar från annan kropp (planet) i bana kring stjärnan egenrörelse egenrörelse + parallax en stjärnas skenbara rörelse på himlen under 5 år Hur man mäter en stjärnas parallax (p) - klassisk metod J2 bild tagen när Jorden är vid J1 solen p p J1 bild tagen när Jorden är vid J2 p = halva vinkelförskjutningen av stjärnan jämfört med bakgrundsstjärnorna 2p

8 Hur man mäter en stjärnas parallax (p) utan hjälp av bakgrundsstjärnor stjärna 2p Α Β referensstjärna 2p = Α Β (A, B = stora vinklar) Hipparcos - observationsprincip

9 Jämförelse mellan de bästa markbaserade positionerna (FK5) och Hipparcos The combination of stellar distances, kinematics and photometry is a key to unravelling the formation history of our Galaxy Hipparcos HR diagram colour-coded according to transverse velocity: black: red: yellow: green: cyan: blue: magenta: 0-10 km/s km/s km/s km/s km/s km/s > 200 km/s Selection: σ π π 0.2 and V 7.3 or π 0.02" or μ 0.2"/ yr (Andrew Gould, 2004: astro-ph/ not submitted to a journal)

10 Gaia Project status and schedule Proposal Concept & Technology Study Mission Selection now Definition Re-Assessment Study Phase B1 Selection of Prime Contractor (EADS Astrium) Implementation Operation Data Processing Studies Phase B2 Phase C/D Launch 2011-Dec-01 Scientific operation Software Development Mission Data Processing Mission Products Intermediate Final

11 Vad är Gaia idag? Gaia är ett beslutat och fullt finansierat ESA-projekt, med planerad uppkjutning i december 2011 Under 5 years kommer Gaia att genomföra en komplett astrometrisk genommönstring av de 10 9 ljusaste stjärnorna (ner till 20 mag) Jämfört med ESAs Hipparcos-satellit ( ): 100 ggr noggrannare, ggr så många stjärnor Astrometriska mätningar ger positioner, parallaxer och årliga egenrörelser med en noggrannhet på ca 20 μarcsec (100 pikorad) vid 15 mag Databehandlingen är ett mycket stort företag som genomförs i ett europeiskt konsortium av astronomer och dataexperter - Lunds Observatorium spelar en viktig roll Slutresultaten ( Gaia-katalogen ) släpps omkring 2020 Gaia i jämförelse med Hipparcos Magnitudomfång Hipparcos 0-12 Gaia 6-20 Observationsprogram förvalda objekt alla punktobjekt Antal objekt Noggrannhet (G2V) V = 9 8 V < V = V = 20

12 Parallax horizon for K5III stars (no extinction) 20% 10% 10 kpc 5% 2% 1% You are here Pinwheel Galaxy (M101) Credit: ESA/NASA/CFHT/NOAO Vad kan man göra med Gaia-data? Individuella stjärnavstånd med noggrannhet < 1 % för 10 7 stjärnor bestämning av stjärnornas fysiska egenskaper (Luminositet, massa, ålder) testning och förbättring av teoretiska stjärnmodeller Astrometrisk upptäckt av många tusen exoplaneter Jupiter-liknande planeter kan detekteras kring alla typer av stjärnor Stjärnors fördelning och rörelser i Vintergatan bestämning av den Vintergatans gravitationspotential och fördelningen av (mörk) materia systematiska rörelsemönster kan ge upplysning om galaxkollisioner Asteroider och kometer: massor, exotiska banor Fundamentalfysik: testning av Einsteins teorier (PPN-parametrarna γ och β)

13 Gaia launch and orbit (credit: EADS Astrium) 5-6 years of (almost) continuous observation Lissajous orbit around L 2 ~1 orbit correction per month ~1 month transfer orbit to L 2 L 2, a = 1.01 AU Soyuz/Fregat launch from Kourou (French Guyana) Earth-Moon barycentre, a = 1 AU optiskt instrument (under höljet) i ständig skugga solceller utfällbar solskärm, 10 m diam.

14 Optical instrument 2 off-axis telescopes 1.45 x 0.5 m 2 aperture 35 m focal length common focal plane, 106 CCDs (1 Gigapixel) 0.93 x 0.42 m 2 Gaia scanning (1): Revolving motion of the spin axis spin axis 4 rev/day 45 sun path of sun over 4 months path of spin axis over 4 months

15 Gaia scanning (2): Fast sky coverage through revolving motion + spin path of spin axis over 4 days path of viewing directions over 4 days Astrometri = att mäta himlavalvet

16