1. ESA Voyage 2050 white paper -- Faint objects in motion: the new frontier of high precision astrometry
- Author
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Malbet, Fabien, Abbas, U., Alves, J., Boehm, C., Brown, W., Chemin, L., Correia, A., Courbin, F., Darling, J., Diaferio, A., Fortin, M., Fridlund, M., Gnedin, O., Holl, B., Krone-Martins, A., Léger, A., Labadie, L., Laskar, J., Mamon, G., McArthur, B., Michalik, D., Moitinho, A., Oertel, M., Ostorero, L., Schneider, J., Scott, P., Shao, M., Sozzetti, A., Tomsick, J., Valluri, M., Wyse, R., Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino (OATo), Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Universität Wien, Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique (LAPTH), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), M2A 2016, Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB), Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Physics, Czech Academy of Sciences [Prague] (CAS), Laboratoire d'Astrophysique [Versoix] (LASTRO), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Research and Scientific Support Department, ESTEC (RSSD), European Space Research and Technology Centre (ESTEC), Agence Spatiale Européenne = European Space Agency (ESA)-Agence Spatiale Européenne = European Space Agency (ESA), Heckscher-Klinikum, Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'astrophysique spatiale (IAS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (IMCCE), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'Astrophysique de Paris (IAP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universidade de Lisboa = University of Lisbon (ULISBOA), Laboratoire Univers et Théories (LUTH (UMR_8102)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), State Joint Key Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, College of Environmental Sciences and Engineering [Peking], Peking University [Beijing]-Peking University [Beijing], Space Sciences Laboratory [Berkeley] (SSL), University of California [Berkeley] (UC Berkeley), University of California (UC)-University of California (UC), Institut Planetologie Astrophysique de Grenoble, Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), AUTRES, Academy of Sciences of the Czech Republic, Laboratoire d'Astrophysique, European Space Agency (ESA)-European Space Agency (ESA), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universidade de Lisboa (ULISBOA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), University of California [Berkeley], University of California-University of California, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
- Subjects
Astrophysics - Solar and Stellar Astrophysics ,Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics ,Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics ,Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics ,Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics ,[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,Astrophysics - Astrophysics of Galaxies ,Astrophysics::Galaxy Astrophysics ,Astrophysics - Cosmology and Nongalactic Astrophysics ,Astrophysics - Earth and Planetary Astrophysics - Abstract
Sky survey telescopes and powerful targeted telescopes play complementary roles in astronomy. In order to investigate the nature and characteristics of the motions of very faint objects, a flexibly-pointed instrument capable of high astrometric accuracy is an ideal complement to current astrometric surveys and a unique tool for precision astrophysics. Such a space-based mission will push the frontier of precision astrometry from evidence of earth-massed habitable worlds around the nearest starts, and also into distant Milky way objects up to the Local Group of galaxies. As we enter the era of the James Webb Space Telescope and the new ground-based, adaptive-optics-enabled giant telescopes, by obtaining these high precision measurements on key objects that Gaia could not reach, a mission that focuses on high precision astrometry science can consolidate our theoretical understanding of the local universe, enable extrapolation of physical processes to remote redshifts, and derive a much more consistent picture of cosmological evolution and the likely fate of our cosmos. Already several missions have been proposed to address the science case of faint objects in motion using high precision astrometry ESA missions: NEAT for M3, micro-NEAT for S1 mission, and Theia for M4 and M5. Additional new mission configurations adapted with technological innovations could be envisioned to pursue accurate measurements of these extremely small motions. The goal of this white paper is to address the fundamental science questions that are at stake when we focus on the motions of faint sky objects and to briefly review quickly instrumentation and mission profiles.
- Published
- 2019