Combining Hipparcos and Gaia data: Improved Astrometric Calculations With Orvara

Abstract

Hipparcos and Gaia are two missions intended to catalogue positions and motions of stellar objects. Orvara is a computer program which aims to combine the data from these two missions to calculate Keplerian parameters for stellar systems. In practice, Orvara can use any combination of radial velocity, relative astrometry and Hipparcos-Gaia data to generate results.

I present an investigation of Orvara’s approach to calculate these parameters as well as orbital parameters for AF Leporis b, Smethells 119 B, Gliese 105 C and Gliese 86 B. The results were produced using Orvara and radial velocity data and relative astrometry data gathered from a variety of sources. The results in this thesis show the following: The exoplanet AF Leporis b was confirmed to exist with similar attributes as in other articles and the red dwarf companion Gliese 105 C was also confirmed to exist but with attributes that differ to some degree when compared to articles. For the two binary star systems, Gliese 86 and Smethells 119, the resulting parameters were quite different to those presented in other articles. The investigation of Orvara is conducted by observing how the posterior parameters change when data is removed or changed. It turns out that Orvara calculates accurate results when it is given all data that it can be given. From the results of this thesis one can conclude that there is a super Jupiter planet around AF Leporis, there is a red dwarf as the tertiary star in Gliese 105 and finally that Gliese 86 and Smethells 119 are binary systems of mass ratios 0.58 and 0.227. One can also conclude that Orvara only generates accurate results if all sets of data are given.

Popular Abstract (Swedish)

Vi har alla fastnat med ögonen på en himmel full av stjärnor. Det är en helt naturlig reaktion att bli förtrollad av en stjärnklar natthimmel, vilket människor har blivit sedan urminnes tider. Ung eller gammal, klipsk eller enfaldig, alla har sin egen anledning till att låta ögonen dansa vals över natthimlen. Att veta vart stjärnor befinner sig vid olika tider har varit extremt viktigt för till exempel navigation och därmed skapades den äldsta versionen av astronomi: astrometri vilket är ämnet om kartläggandet av himlaobjekts position och rörelse. De tidigaste astronomerna var filosofer från antikens Grekland och Arabien och kartlade rörelsen och positionen hos många stjärnor som var synliga endast med ögonen. Här i Skåne är vi stolta över astronomen Tycho Brahe som använde instrument för att kunna kartlägga stjärnhimlen med mer precision än någonsin tidigare. Den moderna astrometrin använder sig av instrument som är så noggranna att de kan urskilja två stjärnor som kretsar runt varandra på andra sidan Vintergatan. Denna uppsats kommer hantera ett program som kombinerar data från två olika astrometriska uppdrag, Hipparcos och Gaia, i syfte att kunna räkna ut attribut av olika solsystem långt utanför vårt eget.

Hipparcos var en satellit som var aktiv under åren 1989-1993 och hade som uppdrag att kartlägga rörelserna och positionerna av ca 100 000 stjärnor vilket den kunde göra med en noggrannhet av 1 tusendels bågsekund, eller 2.8 · 10^−7 grader. Detta innebär att Hipparcos kunde mäta fel på positionen av objekt med ±1 tusendels bågsekund. Detta uppdrag var sedan uppföljt av Gaia vilket också var en satellit som sköts upp i omloppsbana år 2013 med uppdraget att kartlägga position och rörelse av miljardtals himlaobjekt och Gaia är 100 gånger så noggrann i jämförelse med Hipparcos. Programmet som ska undersökas heter Orvara och det kan med hjälp av vilken kombination av data, däribland både Hipparcos och Gaia data, hitta olika egenskaper för alla möjliga typer av stjärnsystem. Till exempel ett stjärnsystem som har planeter runt sig eller ett stjärnsystem med två eller fler stjärnor i sig och så vidare. Skaparna av Orvara påstår att det kan hantera alla möjliga olika kombinationer av datatyper och att den kan hantera många olika typer av stjärnsystem.

I denna uppsats kommer jag att, med hjälp av Orvara, generera resultat för
följande stjärnsystem: AF Leporis, som påstås ha en planet ungefär 4 gånger så massiv som Jupiter runt sig. Gliese 105, som påstås vara ett trinärt stjärnsystem där en av stjärnorna endast ska ha ungefär 1% av solens massa. De två sista systemen påstås vara binära stjärnsystem vid namn Gliese 86 och Smethells 119. Orvara kommer även att undersökas för att se dess svagheter och styrkor samt att undersöka hur programmet prioriterar de olika typerna av data och hur väl det fungerar utan vissa typer av data.

• author: Tham, Melvin
• supervisor: David Hobbs
• organization: Astrophysics; Department of Physics
• course: ASTK03 20231
• year: 2023
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: Astrometry, Af Leporis, Smethells 119, Gliese 105, Gliese 86, Orvara, Hipparcos, Gaia
• report number: 2023-EXA216
• language: English
• id: 9126952
• date added to LUP: 2023-06-20 17:07:00
• date last changed: 2023-08-30 15:07:30