ICRF與Gaia-CRF參考架特性分析

劉牛

(南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院南京210023;巴黎天文臺SYRTE實(shí)驗(yàn)室巴黎75014)

天體測量學(xué)的核心任務(wù)之一就是建立一個(gè)高精度天文參考系，以便利用這樣的慣性參照系來描述天體的位置和運(yùn)動(dòng)、研究銀河系的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及對同一天體在不同波段的對應(yīng)體進(jìn)行位置認(rèn)證和比較.當(dāng)前的天文參考系是參照銀河系外天體(主要是活動(dòng)星系核)的位置來定義的，稱為國際天球參考系(ICRS).在實(shí)測上，與之相對應(yīng)的基本星表為國際天球參考架(ICRF)，它由甚長基線干涉測量(VLBI)技術(shù)在S/X、K和X/Ka波段的觀測資料解算而得，位置精度達(dá)到數(shù)十微角秒(μas)水平.另一方面，Gaia衛(wèi)星的觀測也將在光學(xué)波段建立類似精度的光學(xué)參考架(Gaia-CRF).ICRF與Gaia-CRF的連接成為天體測量領(lǐng)域需要解決的重大問題之一，這要求對ICRF與Gaia-CRF參考架特性進(jìn)行細(xì)致深入的分析.

首先，分析了ICRF的整體特性.VLBI星表的內(nèi)部符合精度估計(jì)值在10μas和40μas之間，依賴于射電源的觀測次數(shù).這一結(jié)果一方面驗(yàn)證了ICRF3星表給出的位置噪聲水平，也說明了VLBI技術(shù)在天體測量方面的潛力.利用Gaia的河外源位置為參考，分析了歷代ICRF星表的外部符合精度，指出ICRF3 X/Ka波段參考架存在約200μas的系統(tǒng)誤差.最后，發(fā)明了一種評估射電源全天分布均勻性的量化指標(biāo)并改進(jìn)了ICRF定義源篩選策略，結(jié)果表明相較于ICRF2而言，這一方法能將ICRF軸指向穩(wěn)定性提高2至3倍.這些工作很好地解釋并補(bǔ)充了國際上ICRF3工作組的相關(guān)結(jié)果.

其次，研究Gaia-CRF的參考架性質(zhì).使用了相對于依巴谷參考架的全局旋轉(zhuǎn)和結(jié)合銀河系動(dòng)力學(xué)分析兩種方法來評估Gaia-CRF1的慣性水平，指出Gaia-CRF1可能存在約0.3mas·yr-1的剩余旋轉(zhuǎn).對于Gaia-CRF2，研究了其系統(tǒng)精度與河外源樣本極限星等的依賴關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Gaia-CRF2的整體精度幾乎不受星等差的影響.這一結(jié)果可作為未來ICRF與Gaia-CRF連接源選擇的參考.

活動(dòng)星系核的光學(xué)-射電位置差是影響參考架連接精度的重要因素之一.本文首次將光學(xué)-射電位置差研究延伸到K和Ka波段，并研究其與河外源性質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn):光學(xué)-射電位置差與星等的相關(guān)性是由于星等差而非真實(shí)的物理原因造成的，因此在前人工作中被忽略的暗源也有可能作為ICRF與Gaia-CRF連接源.此外，本文提出了一種新的參考架連接方法，即在Gaia-CRF2框架下重新處理VLBI的歷史觀測資料.先期結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用Gaia-CRF2來替代ICRF3尚不足以顯著提高VLBI產(chǎn)品的精度，但未來在Gaia-CRF參考架精度進(jìn)一步提高后，此方法仍值得進(jìn)一步檢驗(yàn).

本文的研究，一方面指出了ICRF與Gaia-CRF參考架中可能存在的種種問題，另一方面也為將來光學(xué)與射電參考架連接提供了第一手的參考資料.