A new approach to stellar occultations in the Gaia era - Université Côte d'Azur Access content directly
Theses Year : 2020

A new approach to stellar occultations in the Gaia era

Occultations stellaires. Une nouvelle approche grâce à la mission Gaia

Abstract

Asteroids are involved in understanding several key issues in Solar System science and the space environment of our planet, such as the conditions of the Solar System during its formation, the delivery of water and organic molecules to Earth, the potential danger of NEA and their role in affecting Earth's climate.Stellar occultation events are a unique opportunity to obtain from the ground very accurate asteroid astrometry, close to the performance of Gaia, and shapes/sizes. When an asteroid hides the light of a star, the uncertainty of its instantaneous position can be similar to that of the target star. By exploiting the accuracy of Gaia DR2 on both asteroids and stars, stellar occultation prediction and exploitation becomes an effective method to systematically collect asteroid astrometry.The improvement of predictions through Gaia DR2 is proven via statistics of real predictions and comparison between stellar occultation predictions with Gaia DR2 for asteroids and other, such as Astorb and MPCORB, to verify which fit better to observed chords of past occultations.At the same time, asteroid occultations can offer the possibility to confirm or discover double stars, in a range of small angular separations very complementary to the resolution accessible to Gaia itself. We will present statistics and simulations showing the improvement expected in the prediction of asteroid occultations thanks to Gaia astrometry, in particular regarding the smaller uncertainties on the proper motion of target stars.Through a bayesian approach, the Bayesian Inference Method (BIM), we determine in the parameter space (duration; centre epoch; flux drop; star brightness) the domain of detectable events from a single site. Our study prepares the exploitation of the 0.5-m robotic telescope at "Plateau de Calern" (Southern France) UniversCity, for which we determine the range of asteroid size and star brightness that we expect to reach. This facility will start operations after this work is over. The results obtained regarding the performance were compared with the previously used method to deriving all the relevant parameters (Least Squares Fit), with false positive signals to determine when these are most likely, and with several real observations, to verify the viability of this new method.After this work simulating the expected performance of UniversCity with the available equipment, the plan is to apply these limitations to predicted events and maximize the efficiency of the telescope's use. For that end, and accounting for all these factors, a survey was made to estimate how many events would be observable with a robotic telescope in a 1-year period with the current star and asteroid catalogues. To account for improvements in the asteroid uncertainties thanks to Gaia, for each event we checked what the impact on the likelihood would be if the asteroid had an uncertainty 2, 5, 10 or 20 times smaller, and results for each regime were compiled.We also analyzed the data of the 14 099 asteroids present DR2, how this impacted the semi-major axis (a) uncertainty, and how that would translate into improvements on stellar occultation predictions. This was made for two different weighting schemes, the one used for AstDyS (Farnocchia et al.) and one developed by the team, using observation residuals and occultations from the past to verify that the new weighting scheme would bring an improvement.Thanks to the collaboration with several astronomers, 16 observations were made throughout this work, with the three positives being analyzed with the new bayesian approach, which was also used for a few other observations where the photometric data was shared.
Les astéroïdes participent à la compréhension de plusieurs problèmes clés liés à la science du système solaire et à l’environnement spatial de notre planète, tels que les conditions du système solaire lors de sa formation, l’apport d’eau et de molécules organiques sur la Terre, le danger potentiel des astéroïdes proches de la Terre et leur rôle dans l’influence du climat de la Terre.Les occultations stellaires sont une occasion unique d’obtenir du sol une astrométrie astéroïde très précise, proche de la performance de Gaia, ainsi que des formes pour les astéroïdes. Lorsqu’un astéroïde cache la lumière d’une étoile, l’incertitude de sa position instantanée peut être similaire à celle de l’étoile cible. En exploitant la précision de Gaia DR2 sur les astéroïdes et les étoiles, la prédiction et l’exploitation des occultations stellaires deviennent une méthode efficace pour collecter systématiquement l’astrométrie des astéroïdes.L’amélioration des prévisions via Gaia DR2 est prouvée par des statistiques de prévisions réelles et une comparaison entre les prédictions d’occultations stellaires avec Gaia DR2 pour les astéroïdes et autres données, comme Astorb et MPCORB, afin de vérifier lesquelles correspondent le mieux aux cordes observées d’occultations passées.En même temps, les occultations d’astéroïdes peuvent offrir la possibilité de confirmer ou de découvrir des étoiles doubles, dans une gamme de petites séparations angulaires très complémentaires de la résolution accessible à Gaia elle-même. Nous présentons des statistiques et des simulations montrant l’amélioration attendue de la prédiction des occultations d’astéroïdes grâce à l’astrométrie de Gaia, en particulier en ce qui concerne les incertitudes plus petites sur le mouvement propre des étoiles cibles.Par une approche bayésienne, le Modèle d’Inférence bayésienne, nous déterminons dans l’espace des le domaine des événements détectables à partir d’un site unique. Notre étude prépare l’exploitation du télescope robotique de 0,5 m UniversCity dans le "Plateau de Calern" (sud de la France), pour lequel nous déterminons l’étendue de la taille de l’astéroïde et de la luminosité de l’étoile que nous espérons atteindre. Cette installation ne sera pas opérationnelle qu’après le fin de ce travail. Les résultats obtenus concernant la performance du système sont comparés avec le méthode utilisé avant (Moindres Carrés), avec des signaux faux positifs, pour déterminer quand ils sont plus probables, et avec des observations réelles, pour vérifier la viabilité de de nouveau méthode.Après ce travail de simulation des performances attendues d’UniversCity avec le matériel disponible, il est prévu d’appliquer ces limitations aux événements prévus et d’optimiser l’efficacité de l’utilisation du télescope. Avec cet objectif, et compte tenu de tous ces facteurs, on a fait une estimation du nombre d’événements qui peuvent être observés pendant un période d’1 année avec les catalogues actuels d’étoiles et d’astéroïdes. Pour prendre en compte les améliorations des incertitudes des astéroïdes grâce à Gaia, pour chaque événement, on a vu l’impact sur ça probabilité si l’incertitude de l’astéroïde soit 2, 5, 10 ou 20 fois plus petite, et les résultats sont compilés pour chaque régime.Nous avons aussi analysé les données de DR2 pour les 14 099 astéroïdes sur le catalogue, comment ça impacte leur incertitude du demi-axe majeur, et comment ça change les prévisions d’occultations stellaires. Ça a été fait pour 2 méthodes de pondération, ce qui est utilisé dans AstDyS et un autre développé par l’équipe de Nice. En utilisant des résidus d’observation et occultations archivées, on a vérifié si ce nouveau méthode améliore les orbites.Grâce a des collaborations avec plusieurs astronomes, 16 observations ont été faîtes pendant ce travail, avec 3 occultations positives analysées par le méthode bayésien, qui a été utilisé aussi pour des autres observations avec les données de photométrie partagés avec nous
Fichier principal
Vignette du fichier
2020COAZ4084.pdf (11.69 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03185433 , version 1 (30-03-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03185433 , version 1

Cite

Joao Ferreira. A new approach to stellar occultations in the Gaia era. Astrophysics [astro-ph]. Université Côte d'Azur; Universidade de Lisboa. Faculdade de ciências (Lisboa, Portugal), 2020. English. ⟨NNT : 2020COAZ4084⟩. ⟨tel-03185433⟩
156 View
178 Download

Share

Gmail Facebook X LinkedIn More