Ponència a càrrec de Jordi Torra, de la UB, presentada a la 19a edició de la Trobada de l'Anella Científica (TAC) al Tecnocampus Mataró-Maresme el 30 de juny de 2015. Aquesta presentació ha tractat sobre la missió Gaia i el tractament de les dades estel·lars d’aquesta missió espacial.

1. Gaia: un projecte europeu
Jordi Torra
Universitat de Barcelona-IEEC
Institut de Ciències del Cosmos
1

2. 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. 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. 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. 5

6. 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

7. 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

8. • 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)

9. 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

10. One year of Nominal Operations
Regions of the sky scanned and processed every day:

11. 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:

12. Transits received per day
GPS 2015 1+2
(onboard deletion)

13. Recepció de dades

14. 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)

15. • 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. 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. 17
Data Processing and Analysis Consortium (DPAC)
BCN
DPC

18. 18
Solución Astrometrica Global e Iterativa

19. 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

20. Catàleg de Gaia
Catàleg Hipparcos:
100 000 estrelles.
5 volums. 1 CD
El catàleg de Gaia ocuparia
50000 llibres.
1 Petabyte =200000 DVD

21. 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

22. Coordination
Management
Simulation
CU0
System
architecture
CU1
CU2
Web Portal: on-line catalogue and visualization
CatalogueandWebPortalCU9
Service desk
UniversityofBarcelonaDPCB
CNESToulouseDPCC
ESAMadridDPCE
ObservatoryoGenevaDPCG
UniversityofCambridgeDPCI
ALTECTorinoDPCT
CoreprocessingCU3
ObjectprocessingCU4
PhotometricprocessingCU5
SpectroscopicprocessingCU6
VariabilityprocessingCU7
AstrophysicalparametersCU8
Data extraction from the DPAC MDB
Coordination Unit 9: Archive and catalogue acces

23. Archive architecture at SOC (current ideas)

24. A possible “cloudy” future

25. Euclid Management in SMP
Black arrows: reporting/management
Red arrows: coordination/advise

26. 26
1,000,000,000 stars
1,000,000,000 pixels
1,000,000,000,000,000 bytes
more than 1,000 people

27. More info
27
http://www.cosmos.esa.int/web/gaia
http://blogs.esa.int/gaia/
http://gaia.ub.edu
Gaia App (iPhone, Android)