Gaia spectroscopic processing
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Atelier PNCG Grands relevés en optique 28 Avril 2014 IAP Gaia D. Katz La mission Gaia • Pierre angulaire de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) • Lancé le 19 Décembre 2013 • Actuellement en commissioning (6 mois) • Durée de la mission: 5 – 6 ans • Relevé complet du ciel G ≤ 20 • > 109 sources ponctuelles • 3 instruments – Astrométrie – Spectrophotométrie – Spectroscopie Implication de la communauté Française Préparation de la mission et traitements des données • Début de l’implication française 1995 • Comité de pilotage scientifique: F. Mignard (OCA), C. Soubiran (Bordeaux) • Depuis 2006, traitement au sol des données Gaia: Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) – 24 Pays • France ~110 membres (total ~450) • 9 groupes (Coordination Units) + 1 comité de pilotage: – 2 Lead + comité pilotage: C. Babusiaux, P. Sartoretti (Paris-GEPI) – 5 Co-Lead: P. Tanga, F. Thévenin (OCA), D. Katz, P. Panuzzo, Y. Viala (ParisGEPI) – 1 Lead validation catalogue: F. Arenou (Paris-GEPI) Exploitation scientifique • Action Spécifique (AS) Gaia: ~120 personnes Agences impliquées dans le projet • CNRS, CNES, ESA Objectifs scientifiques Etude de la Voie Lactée comme archétype des grandes galaxies spirales • Structure, cinématique, dynamique. • Histoire dynamique, chimique et archéologie galactique. • Carte 3D du milieu interstellaire. • Mécanismes de formation et d’évolution des galaxies spirales. • Satellites proches de la Voie Lactée. • Test local de la formation hiérarchique des structures. Autres objectifs scientifiques • Echelle des distances dans l’Univers. • Système de référence et 500 000 quasars. • 1 000 000 galaxies. • Détection de 6 000 super-novae dont 85% SNI (sur alerte). • • • • Physique stellaire, étoiles variables, étoiles multiples. Milieu interstellaire. Planètes extra-solaires. Système solaire. • Physique fondamentale : test de la relativité générale. Instruments et performances Astrométrie et spectrophotométrie • Relevé complet sources ponctuelles G ≤ 20 → > 109 sources. • 70 époques en 5 ans. • Parallaxes: 5-14 µas V<12-14, 9-26 µas V=15, 100-300 µas V=20 • Mouvements propres, magnitude G (bande large). • Spectrophotométrie, 2 intervalles : Bp [330, 680] nm et Rp [640, 1050] nm • Magnitudes Bp, Rp, Teff, logg, [Fe/H], [α/Fe] (étoiles), rougissement interstellaire, etc… Spectroscopie • Relevé complet sources ponctuelles V=17 (étoiles K) à V=12-13 ( étoiles O-B). • 40 époques en 5 ans. • Résolution R = 11 500 • Domaine spectral : [845, 872] nm • Vitesses radiales: 10-15 km/s à V=17 (étoile K) • Vitesses de rotation, paramètres atmosphériques, abondances individuelles (Si, Mg, etc… V<12-13), rougissement interstellaire (via Bande Interstellaire Diffuse – DIB 862 nm), etc… Données complémentaires Données nécessaires à la mission • Position du satellite → observer Gaia depuis le sol (Ground-based Optical tracking - GBOT). • Les instruments sont auto-calibrés → étoiles standards: vitesse radiale, standards photométriques, benchmark stars (paramètres atmosphériques). Plusieurs programmes pour bâtir des catalogues de standards notamment avec Sophie@OHP et Narval@Pic-du-midi. • Alignement des systèmes ICRF et Gaia → observations VLBI pour sélectionner les quasars brillants et sans asymétrie. Données maximisant le retour scientifique: données complémentaires à Gaia • Chimie détaillée V > 12-13 (en particulier jusqu’à V=16 → distances Gaia très précises). Spectroscopie multi-objet HR (R > 20 000) T4-10 m grand champ. • Vitesses radiales V > 16-17. Spectroscopie multi-objet MR (R > 5 000) T4-10 m grand champ. Participation au réseau alertes Gaia: notamment SN (6000 détections Gaia estimée), astéroïdes, etc… Accès aux données Pas de période propriétaire pour les membres du DPAC! Publications incrémentales sous forme de catalogues intermédiaires (calendrier prévisionnel): 1st release: Fin 2015 Positions (α,δ) and G magnitudes Proper motions for Hipparcos stars Vr for Hipparcos stars 2nd release: Mi 2016 5 astrometric parameters (single stars) Integrated G, Bp, Rp photometry Mean Vr (single stars) 3rd release: Mi 2017 5 astrometric parameters (improved) BP/RP spectra (if parameterized) Source classification and parameterization Epoch and mean Vr 4th release: Mi 2019 Improved precision and accuracy Solar system objects Variable stars Non-single stars Final release: 2022 Everything Risque et concurrence Participation française à Gaia • Depuis 20 ans • Actuellement > 100 personnes dans le DPAC • 24% du budget scientifique de l’ESA (en 2014) → retour scientifique à la hauteur de notre investissement ? → accès données spectroscopiques Haute et Moyenne résolution T4-10m ? Plusieurs pays ont/vont développer des programmes dédiés pour maximiser l’exploitation des données Gaia: Par exemple: spectrographe HERMES (Australie): • Relevé pilote: Octobre 2013 – Janvier 2014 • Relevé GALAH: débuté en Février 2014 • GALAH: période propriétaire (Australie): 1.5 à 2 ans. • Gaia: aucune période propriétaire! France, projet Gyes: spectrographe multi-objet HR grand champ pour CFHT → pas sélectionné Opportunités Relevé en cours • Gaia-ESO Survey (GES) – GIRAFFE + UVES; 300 nuits sur 5 ans; 100 000 étoiles dont ~5 000 abondances détaillées – Au-delà de GES, GIRAFFE et UVES seront très complémentaires à Gaia Instruments en projet (actuellement) • MOONS (PI Edinburgh, Co-PI H. Flores Paris-GEPI) – VLT, multi-objets infra-rouge champ = 25 arcmin – Zones denses et absorbées: centre et plan Galactique • 4-MOST (PI AIP Potsdam) – – • VISTA, multi-objets visible grand-champ Plus d’implication de la communauté Gaia/Voie Lactée WEAVE (PI Cambridge) – WHT Canaries (hémisphère nord), multi-objets (1 000 fibres), moyenne (R=4000/7000) et haute (R=20000) résolution, grand champ (2 degrés). – Parfaitement adapté pour collecter à la fois vitesses radiales et abondances chimiques complémentaires à Gaia. – Participation française repose sur une demande de financement déposée à la région Ile-de-France. Instrument en projet (prochaine décennie) • Mauna-Kea Spectroscopic Explorer (MSE – précédemment ngCFHT) – Télescope 10 m dédié à 1 instrument: spectrographe basse (R=2000), moyenne (R=6500) et haute résolution (R=20000) pour grands relevés Galactiques. – Parfaite synergie avec Gaia au moment de la sortie du catalogue final. Conclusions • L’instrument en cours de développement le plus polyvalent pour maximiser le retour scientifique de Gaia est WEAVE. Le financement par la région Ile-de-France est donc particulièrement important pour permettre la participation de la France à ce projet. • Le Mauna-Kea Spectroscopic Explorer sera en parfaite synergie avec Gaia au moment de la sortie du catalogue final. • Pour la communauté Gaia-Galaxie, il est essentiel que le rôle clef de ces 2 instruments pour maximiser le retour scientifique de la mission Gaia, soit clairement mis en évidence dans la prospective INSU.
