Gaia: un projecte europeu

Jordi Torra

Universitat de Barcelona-IEEC

Institut de Ciències del Cosmos

1

Gaia: missió d’astrometría global de la ESA Objectiu principal: estudiar l’evolució dinàmica i química de la nostra Galaxia, -

fins l’època de la seva formació -, i estudiar la seva cinemàtica, dinàmica i

estructura Realitza una gran exploració (mil milions d’estrelles!) en 3D de la Vía Láctea (I més enllà) Basada en els principis demostrats a la missió Hipparcos (astrometría global de grans angles)

3

• Gaia es la Cornerstone Mission 6 a “Horizon 2000+” (ESA)

• Aprovada el 2001

• 2001-2003: Fase A (estudis de factibilitat)

• 2005-2006: Fase B (diseny detallat)

• 2006-2013: Fase C/D (construcció)

• 19-Dic-2013: Llançament

• 2013-2018: Operacions nominals (+1any d’extensió)

• 2013-2022: Reducció de dades

Calendari de la missió

4

Gaia: capacidades

• Posiciones, movimientos propios y paralajes para mas de mil millones de estrellas (G < 20)

• Espectrofotometría para mil millones de estrellas, que permiten estimar Teff, logg, Av and [Fe/H]

• Velocidades radiales para 150 millones de estrellas (G < 16)

• Parámetros atmosféricos, enrojecimiento, velocidades rotacionales para 5 millones de estrellas (G < 12)

• Abundancias químicas detalladas para 2 millones de estrellas (G <11)

5

6

Dos grans problemes:

- Construir el satèl.lit: - Estabilitat tèrmica i mecànica molt altes

- Alta precissió

- El pla focal més gran a l’espai + TDI sincronitzat amb la rotació

del satèl.lit

- Processat de dades:

- Complexes relacions entre astrometría, fotometría i

espectroscopia. Temps i espai.

- ~1 PetaByte de dades, 1020-21 flop

- μas precissió, 0.1 μas = 10-13 rad, 10-9 s

- Aproximació Hipparcos (fitxers, proces sequencial) no aplicable

- Sense catàleg d’entrada

Industry/ESA CSG/ESOC

One consortium: the DPAC

(2013)

The final

responsibility

of the Mission is

in the hands of ESA

Data reduction is a

responsibility of the

scientific community,

funded by the member states

• 459 members

• 24 Funding Agencies

• 93% in the 10 largest

• With a 5 years mission, ~33% of

DPAC cost will be dedicated to

Operations

MLA duration: 2007-2022

FTEs/year up to 2011: 270

Average yearly cost: ~30Meuros

Global cost: ~500M€

Data Processing and Analysis Consortium (DPAC)

Launch December 19 2013 09:12:19 UTC

9

First 1h43m: First signal acquisition and

automatic start-up sequence monitoring

transmitter, gyroscopes, PLM

bipod release, CPS priming,

thermal control configuration

DSA deployment end 10:38 UTC

One year of Nominal Operations

Regions of the sky scanned and processed every day:

Initial data treatment

Nominal mission time: 340 days

Raw data received: ~9 TB (~26GB/day)

Astro/photometric transits received: > 22 billion (~64M/day)

Astrometric CCD measurements: > 220 billion

Photometric CCD measurements: > 44 billion

Spectroscopic transits received: > 1.5 billion (~4.5M/day)

Spectroscopic CCD measurements: > 4.5 billion

Main DB size: ~70 TB

IDT processing:

Processor cores used: ~300-600 (Up to 26 nodes x 16-32 cores, 32-64GB RAM/node)

Some figures after 11 months of Nominal Operations:

Transits received per day

GPS 2015 1+2 (onboard deletion)

Recepció de dades

Processament de dades

Centre d’Operacions Científiques:

ESAC (Villafranca del Castillo, vora Madrid)

• Sistemes d’operacions de càrrega útil

• Equip de Calibració

• Interfície amb el Centre d’Operacions de la Missió (MIT)

• Descompressió de dades (DCS)

• Sistema de processament diari (IDT)

• Sistema de diagnòstic inicial i determinació de calibracions (FL)

• Seguir amb aquest processament diari fins al final de missió (finals 2019… en principi!)

• Acumulació regular de dades, distribuïnt-ho (com fins ara) als altres centres de processament de dades (incloent MareNostrum)

• Execució dels sistemes iteratius (cíclics) de reducció de dades

• Primera versió del catàleg: 2016

Següents passos

16

Reducció de dades

• 1012 Mesures individuals

• 1010 Incògnites

- 5000 106 incògnites (pos, pm., par.,) estrelles

- 150 106 incògnites en actitut del satèl.lit

- 10-50 106 incògnites en calibració

- Unes decenes de paràmetres “globals”

Tots ells estàn relacionats Determinació simultània

17

Data Processing and Analysis Consortium (DPAC)

BCN

DPC

18

Solución Astrometrica Global e Iterativa

First release:

Summer 2016

• Positions (a,d) and G-mag for single-like stars (90% of the sky)

• Ecliptic pole data during commissioning

• the Hundred Thousand Proper Motions (HTPM) catalogue based on the Hipparcos stars Tycho-Gaia

(TGAS)?

Second release:

Early 2017

• Positions, proper motions, parallaxes and G-mag (90% of the sky)

• Integrated XP photometry for sources with Astrophysical parameters estimated with appropriate standard

errors.

• Mean radial velocities for stars with non-variable radial velocity (90% of the sky)

Third release:

2017/2018

• Astrometric solutions + radial velocity + orbital solutions for binaries (2 months – 75% of the observing time)

• Object classification and astrophysical parameters, together with XP and RVS spectra for well-behaved

objects.

• Mean radial velocities and atmospheric parameter estimates for non-variable stars.

Fourth release:

2018/2019

• Variable star classifications and parameters as available, and the epoch photometry

• Solar system results with preliminary orbital solutions and individual epoch observations

• Non-single star catalogue

Final release:

2022

• Full astrometric, photometric, radial velocity catalogue

• All available variables and non-single stars solutions

• Source classifications (probabilities) + multiple astrophysical parameters derived from BP/RP, RVS and

astrometry for stars, unresolved binaries, galaxies and quasars. Some parameters may not be available for

faint(er) stars.

• List of exoplanets.

• All epoch and transit data for all sources

• All Ground Based Observations made for data processing purposes (or links to it)

Data release scenario http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/release

Catàleg de Gaia

Catàleg Hipparcos:

100 000 estrelles.

5 volums. 1 CD

El catàleg de Gaia ocuparia

50000 llibres.

1 Petabyte =200000 DVD

21

Tycho Gaia Astrometric Solution (TGAS)

- Tycho: 2.5 milions d’estrelles

- 6 – 12 mesos d’observacions de Gaia: sol.lució a dos paràmetres

- Precissió sub-mas per posicions, mov. Propis i paral.laxis

Coordination

Management

Simulation

CU0

System

architecture CU1

CU2

Web Portal: on-line catalogue and visualization

Ca

talo

gu

e a

nd

We

b P

ort

al C

U9

Service desk

Un

ive

rsity o

f B

arc

elo

na

D

PC

B

CN

ES

Toulo

use D

PC

C

ES

A M

ad

rid

DP

CE

Ob

se

rva

tory

o G

en

eva

D

PC

G

Un

ive

rsity o

f C

am

brid

ge

DP

CI

ALT

EC

To

rin

o D

PC

T

Co

re p

roce

ssin

g C

U3

Ob

ject p

roce

ssin

g C

U4

Ph

oto

me

tric

pro

ce

ssin

g C

U5

Sp

ectr

oscop

ic p

roce

ssin

g C

U6

Va

ria

bili

ty p

roce

ssin

g

CU

7

Astr

op

hysic

al p

ara

me

ters

CU

8

Data extraction from the DPAC MDB

Coordination Unit 9: Archive and catalogue acces

Archive architecture at SOC (current ideas)

A possible “cloudy” future

Euclid Management in SMP

Black arrows: reporting/management

Red arrows: coordination/advise

26

1,000,000,000 stars

1,000,000,000 pixels

1,000,000,000,000,000 bytes

more than 1,000 people

More info

27

http://www.cosmos.esa.int/web/gaia

http://blogs.esa.int/gaia/

http://gaia.ub.edu

Gaia App (iPhone, Android)