Gaia衛星の「Excess Noise」を利用して未知の連星伴星質量を推定(Gaia’s ‘Excess Noise’ Helps Constrain the Masses of Hidden Binary Companions)

2026-07-28 中国科学院(CAS)

中国科学院(CAS)上海天文台(SHAO)の研究チームは、Gaia DR3カタログに記録される「アストロメトリック・エクセスノイズ(astrometric excess noise)」を利用して、連星系の軌道傾斜角を推定し、観測できない伴星の質量を高精度に制約する新手法を開発した。研究成果はAstronomy & Astrophysicsに掲載された。連星では伴星の重力によって主星がわずかに揺れ動くが、この運動が単独星モデルで説明できない場合、Gaiaではエクセスノイズとして記録される。研究チームは軌道傾斜角ごとのエクセスノイズを数値シミュレーションで再現し、観測値と比較することで最も妥当な傾斜角を推定した。既知の軌道を持つ221個の連星で検証した結果、83.7%で既知の傾斜角と一致し、信号が強い系では一致率は92.1%に達した。また、Gaia BH1、Gaia BH2、LB-1などブラックホール候補を含む暗い伴星を持つ系にも適用し、軌道傾斜角と伴星質量の不確実性を大幅に低減した。本手法はGaia DR4で公開予定の詳細データと組み合わせることで、ブラックホールなど暗い天体の質量決定精度をさらに向上させることが期待される。

Gaia衛星の「Excess Noise」を利用して未知の連星伴星質量を推定(Gaia’s ‘Excess Noise’ Helps Constrain the Masses of Hidden Binary Companions)
Schematic representation of constraining binary orbital inclination using Gaia DR3 astrometric excess noise. The blue region represents the simulated range of excess noise corresponding to different orbital inclinations, while the red line indicates the excess noise provided by the Gaia DR3 catalog. (Image by SHAO)

<関連情報>

Gaia DR3の天体位置測定過剰ノイズを用いた連星系軌道傾斜角の制約 Constraining the inclination of binary system orbits with the astrometric excess noise from Gaia DR3

Shilong Liao, Ye Ding, Shangyu Wen, Zhaoxiang Qi and Qiqi Wu
Astronomy & Astrophysics  Published:01 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452921

Abstract

Context. Orbital inclination is crucial in determining the binary mass. The astrometric excess noise contains the orbital motion information, which can be used to constrain the inclination.

Aims. We aim to constrain the orbital inclination of a binary system by combining radial velocity measurements with the astrometric excess noise from the Gaia DR3 solution.

Methods. The astrometric excess noise is directly related to the orbital parameters. For a binary system with a radial velocity solution, it can be treated as a function of the orbital inclination. Using the Gaia nominal scanning law and the estimated centroid uncertainties, we simulate Gaia astrometric epoch observations to reproduce the expected excess noise. By sampling different inclinations and comparing the resulting simulated excess noise with the value reported in Gaia DR3, we can constrain the inclination to a specific interval.

Results. We have developed a method to constrain the orbital inclination within a specific range, enabling a more accurate determination of the binary mass, particularly for spectroscopic binaries. Internal and external validations demonstrate the robustness of the method, although certain limitations remain. It is most reliable for systems exhibiting a strong astrometric signal of binary motion, while caution is required when applying it to binaries with weak astrometric wobbles or poorly sampled orbits.

1701物理及び化学
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