CTuron Gaia PNG - obspm. Gaia – Revue des Exigences prأ©liminaires 1 GAIA Catherine Turon Observatoire

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  • Gaia – Revue des Exigences préliminaires 1

    GAIAGAIA

    Catherine Turon Observatoire de Paris

    GEPI / UMR CNRS 8111

    Journées PNG - PNC 31 Mars-2 Avril 2008

  • Catherine Turon Gaia Journées PNG - PNC, 31 Mars - 2 Avril 2008 2

    Sommaire Introduction Le projet

    Le satellite et l’instrument Le traitement des données L’organisation du Consortium DPAC

    La science Performances et objectifs Quelques exemples d’applications scientifiques

    Gaia et les autres Le contexte en 2011 Observations au sol indispensables à la mission Préparer l’exploitation scientifique

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    Gaia L’une des « Pierres Angulaires » du programme Horizon 2000+ de l’ESA

    Originalités Astrométrie de très haute précision (10-100 µas) Vitesses radiales et caractérisation

    astrophysique des objets observés en astrométrie

    Observation systématique jusqu’à V = 20 Un milliard d’objets observés sur tour le ciel Etoiles, objets du Système Solaire, QSO

    Lancement et orbite Décembre 2011, Soyouz depuis Kourou Point de Lagrange L2 pour 5 ans (+ 1 an)

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    Les étapes de la mission

    1993 Première proposition

    1994 Recommandation pour une mission astrométrique interférométrique avec une précision de 10µas

    Oct. 2000 Sélection par l’ESA (Ariane V, σ = 10 µas à V=15)

    Fév 2006 Confirmée (coût 557 M€, Soyouz, σ = 20 µas à V=15)

    Mai 2007 Sélection du DPAC par l’ESA

    2011-12 Lancement

    2012-2017 Opérations (extension possible 1 an)

    2020 Publication du Catalogue

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    Le satellite, l’instrument, l’organisation

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    Gaia: le satellite

    Masse totale : 2 tonnes Débit: 4 - 8.2 Mbps

    Panneaux solaires

    Lancement: déc. 2011 Durée: > 5 ans Lanceur: Soyouz-Fregat Orbite: point L2

    Figure courtesy of EADS Astrium

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    Loi de balayage

    Champ 1

    Champ 2

    Vitesse de rotation: 60 arcsec/s

    Période: 6 heures

    Angle de base 106.5 ° Champ 2 observé

    106.5 mn après le champ 1

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    Miroirs primaires 1.45 x 0.5 m Angle de base 106.5 ° Longueur focale 35 m

    plan focal T = 170 K

    Télescope

    Champ 2

    Champ 1

    Figure courtesy of EADS Astrium

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    plan focal

    Chemin optique et plan focal

    Figure courtesy of EADS Astrium

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    Le Radial Velocity Spectrometer (RVS)

    Spectre RVS d’une géante F3 (V=16) S/N = 7 (une mesure)

    S/N = 130 (sur toute la mission)

    Champ Spectrographe RVS Détecteurs CCD

    Figures courtesy David Katz

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    Plan focal

    360° en 6h

    Pixel : 10 x 30 µm2 = 59 x 177 mas2

    Champ: 0.6 degré 2 106 CCDs

    Un CCD 4500 px

    1966 px

    Repéreurs d’étoiles

    Contrôle de l’angle de base Figure courtesy of EADS Astrium

    FoV1

    FoV2

    Analyseurs de front d’onde

  • Catherine Turon Gaia Journées PNG - PNC, 31 Mars - 2 Avril 2008 12

    Sélection et observation à bord

    Confirmation

    Détection des objets Première sélection

    Sélection finale Observations Courtesy F. Arenou

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    Le traitement des données:

    Un défi !

  • Catherine Turon Gaia Journées PNG - PNC, 31 Mars - 2 Avril 2008 14

    Traitement des données: difficile ? Important volume de données

    ~109 objets observés en astrométrie et photométrie V

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    Structure d'ensemble du traitement de données

    Spectroscopie

    Photométrie

    Etoiles secondaires

    Caractérisation astrophysique L, Teff, Fe/H ..

    Systèmes multiples

    Variabilité

    Système solaire

    Exo-planètes

    Itérations Quotidien

    ~ 6 mois

    Solution astrométrique

    Formulation relativiste

    Système de référence/QSOs

    Modèle de rotation gal.

    Solution Astrométrique

    itérative Astrométrie

    AttitudeCalibration Meilleurs param. instrumentaux

    Données orbitales

    Vitesse radiale

    Éphémérides Syst. Sol. First Look

    Catalogue intermédiaire Attitude de bord

    Identif. sources

    données CCD

    Param. d'image PSF/LSF

    Courtesy F. Mignard

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    DPAC: Data Processing and Analysis Consortium

    Groupe Européen sélectionné par l’ESA pour l’analyse des données Gaia (document de 700 pages fourni à l’ESA)

    • présidé par F. Mignard (OCA) • 290 scientifiques de 11 pays + 12 à l’ESAC,

    soit 165 équivalents temps pleins + 10.5 à l’ESAC dont 73 Français pour 43 équivalents temps pleins

    • 9 Unités de Coordination (CUs)

    • 6 Centres de Traitement de Données (DPC): ESAC, CNES Toulouse + IAC (Cambridge) + ISDC (Genève) + BPC (Barcelone) + OATo (Turin).

    Au CNES: traitement des données spectroscopiques, des objets particuliers, paramètres astrophysiques, et simulations

    + forte contribution à l’architecture d’ensemble du système, ainsi qu’à la gestion du projet dans son ensemble

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    La communauté française dans Gaia

    Pionnière dans Hipparcos Très impliquée dans Gaia

    • Président DPAC • 5 coordinateurs ou co-coordinateurs de CUs (CU1, 2, 4, 6, 8) • 6 membres de Steering Committee de CUs (CU4 et 6) • CNES = centre de traitement le plus important après l’ESAC

    La France est le premier contributeur au Consortium • 73 chercheurs et ingénieurs • = 43 équivalents temps plein • = environ 25 % de l’effectif total

    EADS Astrium Toulouse est maître d’œuvre du satellite

  • Catherine Turon Gaia Journées PNG - PNC, 31 Mars - 2 Avril 2008 18

    Gaia

    Performances Quelques applications

    Observations complémentaires

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    La troisième dimension: de plus en plus loin

    Au voisinage solaire Distances jusqu’à ~ 30 pc

    Au voisinage solaire Distances jusqu’à ~ 200 pc

    Dans toute la Galaxie Distances jusqu’à ~ 10 000 pc

    Dans le bulbe de la Galaxie Distances jusqu’à ~ 10 000 pc

    Dans le Groupe Local Distances jusqu’à ~ 30 000 pc

    Au sol, Hubble Précision: 3-5 mas

    Hipparcos (1989-1993)-2007 Exactitude: (0.1) - 0.2-1 mas

    Gaia (2012-2018) Exactitude: 10-20 µas

    Jasmine (?) Précision: 10 µas

    SIM (?, > 2018) Précision: 3 µas

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    Atouts de Gaia

    Une mission unique avec trois instruments Données astrométriques, photométriques et spectroscopiques

    Couverture largement uniforme du ciel Échantillonnage régulier sur cinq ans

    • ~ 80 observations  analyse photométrique, variabilité, orbites des systèmes doubles et des astéroïdes

    Mission de relevé sans sélection autre que la magnitude

    Système de détection interne et autonome

    Astrométrie globale d'extrême précision métrologie interne, auto-calibration, contrôle thermique

    Communauté scientifique expérimentée (Hipparcos) et motivée  support scientifique et industriel

  • Catherine Turon Gaia Journées PNG - PNC, 31 Mars - 2 Avril 2008 21

    Performances pour étoile G2 V

    Astrométrie:

    Photométrie: précision sur G

    Spectroscopie

    240 20

    20 15

    6Précision [µas] < 10Magnitude

    V=20V=15

    0.0030.0002Fin de mission [mag] 0.030.002Par observation [mag]

    15< 1Précision VR [km/s] V=16.5V=12.5Magnitude

  • Catherine Turon Gaia Journées PNG - PNC, 31 Mars - 2 Avril 2008 22

    Performances : Photométrie

    Système à deux canaux B (330-660 nm) et V (650-1000 nm) Images dispersées par des prismes Globalement équivalent à ~ 25-30 bandes

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