Gaia skaber det rigeste stjernekort over vores galakse – og videre

ESA's Gaia-mission har produceret det rigeste stjernekatalog til dato, inklusive højpræcisionsmålinger af næsten 1,7 milliarder stjerner og afsløring af tidligere usete detaljer om vores hjemlige galakse.

Et væld af opdagelser er i horisonten efter denne længe ventede udgivelse, som er baseret på 22 måneders kortlægning af himlen. De nye data inkluderer positioner, afstandsindikatorer og bevægelser af mere end en milliard stjerner, sammen med højpræcisionsmålinger af asteroider i vores solsystem og stjerner ud over vores egen Mælkevejsgalakse.

Foreløbig analyse af disse fænomenale data afslører fine detaljer om sammensætningen af ​​Mælkevejens stjernebestand og om, hvordan stjerner bevæger sig, væsentlig information til at undersøge dannelsen og udviklingen af ​​vores hjem galakse.

"Observationerne indsamlet af Gaia omdefinerer grundlaget for astronomi, "Siger Günther Hasinger, ESA direktør for videnskab.

"Gaia er en ambitiøs mission, der er afhængig af et enormt menneskeligt samarbejde for at give mening i en stor mængde meget komplekse data. Den viser behovet for langsigtede projekter for at garantere fremskridt inden for rumvidenskab og -teknologi og for at implementere endnu mere vovede videnskabelige missioner af de kommende årtier."

Gaia blev lanceret i december 2013 og startede videnskabelige operationer året efter. Den første dataudgivelse, baseret på godt et års observationer, blev udgivet i 2016; den indeholdt afstande og bevægelser af to millioner stjerner.

Den nye dataudgivelse, som dækker perioden mellem 25. juli 2014 og 23. maj 2016, fastlægger positionerne af næsten 1,7 milliarder stjerner, og med en meget større præcision. For nogle af de klareste stjerner i undersøgelsen, præcisionsniveauet svarer til, at jordbundne observatører kan få øje på en euromønt, der ligger på Månens overflade.

Med disse nøjagtige målinger er det muligt at adskille stjernernes parallakse – et tilsyneladende skift på himlen forårsaget af Jordens årlige kredsløb om Solen – fra deres sande bevægelser gennem galaksen.

Det nye katalog viser parallaksen og hastigheden over himlen, eller korrekt bevægelse, for mere end 1,3 milliarder stjerner. Ud fra de mest nøjagtige parallaksemålinger, omkring ti procent af det samlede beløb, astronomer kan direkte estimere afstande til individuelle stjerner.

"Den anden Gaia-dataudgivelse repræsenterer et stort spring fremad med hensyn til ESA's Hipparcos-satellit, Gaias forgænger og den første rummission for astrometri, som undersøgte omkring 118 000 stjerner for næsten tredive år siden, " siger Anthony Brown fra Leiden University, Holland.

Anthony er formand for Gaia Data Processing and Analysis Consortium Executive, tilsyn med det store samarbejde mellem omkring 450 forskere og softwareingeniører, der har til opgave at oprette Gaia -kataloget ud fra satellitdataene.

"Alene det store antal stjerner, med deres holdninger og bevægelser, ville allerede gøre Gaias nye katalog ret forbløffende, " tilføjer Anthony.

"Men der er mere:dette unikke videnskabelige katalog indeholder mange andre datatyper, med information om stjernernes og andre himmellegemers egenskaber, gør denne udgivelse virkelig enestående."

Noget for enhver smag

Det omfattende datasæt giver en bred vifte af emner til astronomisamfundet.

Samt stillinger, dataene inkluderer lysstyrkeoplysninger for alle undersøgte stjerner og farvemålinger af næsten alle, plus oplysninger om, hvordan lysstyrken og farven på en halv million variable stjerner ændrer sig over tid. Den indeholder også hastighederne langs sigtelinjen for en delmængde af syv millioner stjerner, overfladetemperaturerne på omkring hundrede millioner og virkningen af ​​interstellart støv på 87 millioner.

Gaia observerer også objekter i vores solsystem:den anden datafrigivelse omfatter positionerne for mere end 14 000 kendte asteroider, som tillader præcis bestemmelse af deres baner. En meget større asteroideprøve vil blive samlet i Gaias fremtidige udgivelser.

Længere væk, Gaia lukkede ind på positionerne som en halv million fjerne kvasarer, lyse galakser drevet af aktiviteten af ​​de supermassive sorte huller i deres kerne. Disse kilder bruges til at definere en referenceramme for de himmelske koordinater for alle objekter i Gaia-kataloget, noget, der rutinemæssigt udføres i radiobølger, men nu for første gang også er tilgængeligt ved optiske bølgelængder.

Store opdagelser forventes at komme, når forskerne begynder at udforske Gaias nye udgivelse. En indledende undersøgelse udført af datakonsortiet for at validere kvaliteten af ​​kataloget har allerede afsløret nogle lovende overraskelser – herunder ny indsigt i stjernernes udvikling.

Galaktisk arkæologi

"De nye Gaia-data er så kraftfulde, at spændende resultater bare springer på os, "Siger Antonella Vallenari fra Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) og det astronomiske observatorium i Padua, Italien, næstformand i databehandlerkonsortiets direktion.

"For eksempel, vi har bygget det mest detaljerede Hertzsprung-Russell-diagram over stjerner, der nogensinde er lavet på fuld himmel, og vi kan allerede se nogle interessante tendenser. Det føles som om, vi indvier en ny æra af galaktisk arkæologi."

Opkaldt efter de to astronomer, der udtænkte det i begyndelsen af ​​det tyvende århundrede, Hertzsprung-Russell-diagrammet sammenligner stjernernes iboende lysstyrke med deres farve og er et grundlæggende værktøj til at studere populationer af stjerner og deres udvikling.

En ny version af dette diagram, baseret på fire millioner stjerner inden for fem tusinde lysår fra solen valgt fra Gaia-kataloget, afslører mange fine detaljer for første gang. Dette inkluderer signaturen af ​​forskellige typer hvide dværge - de døde rester af stjerner som vores sol - sådan at der kan skelnes mellem dem med brintrige kerner og dem, der domineres af helium.

Kombineret med Gaia-målinger af stjernehastigheder, diagrammet gør det muligt for astronomer at skelne mellem forskellige populationer af stjerner i forskellige aldre, der er placeret i forskellige områder af Mælkevejen, såsom disken og glorie, og det dannede sig på forskellige måder. Yderligere undersøgelser tyder på, at de hurtigt bevægende stjerner, der menes at tilhøre glorien, omfatter to stjernepopulationer, der opstod via to forskellige dannelsesscenarier, kræver mere detaljerede undersøgelser.

"Gaia vil i høj grad fremme vores forståelse af universet på alle kosmiske skalaer, " siger Timo Prusti, Gaia-projektforsker ved ESA.

"Selv i nærheden af ​​Solen, hvilket er den region, vi troede, vi forstod bedst, Gaia afslører nye og spændende funktioner."

Galaxy i 3D

For en undergruppe af stjerner inden for et par tusinde lysår fra Solen, Gaia har målt hastigheden i alle tre dimensioner, afslører mønstre i stjernernes bevægelser, der kredser om galaksen med lignende hastigheder.

Fremtidige undersøgelser vil bekræfte, om disse mønstre er forbundet med forstyrrelser produceret af den galaktiske bar, en tættere koncentration af stjerner med en langstrakt form i centrum af galaksen, af Mælkevejens spiralarmsarkitektur, eller ved samspillet med mindre galakser, der smeltede sammen med det for milliarder af år siden.

Med Gaias præcision, det er også muligt at se stjerners bevægelser i nogle kuglehobe – gamle systemer af stjerner bundet sammen af ​​tyngdekraften og fundet i Mælkevejens glorie – og i vores nabogalakser, de små og store magellanske skyer.

Gaia-data blev brugt til at udlede banerne for 75 kuglehobe og 12 dværggalakser, der kredser om Mælkevejen, giver vigtige oplysninger for at studere den tidligere udvikling af vores galakse og dens miljø, tyngdekraften der er i spil, og fordelingen af ​​det undvigende mørke stof, der gennemsyrer galakser.

"Gaia er astronomi, når det er bedst, siger Fred Jansen, Gaia mission manager hos ESA.

"Forskere vil have travlt med disse data i mange år, og vi er klar til at blive overrasket over lavinen af ​​opdagelser, der vil låse op for vores galakse hemmeligheder."