La nuova Gaia Data Release rivela rare lenti gravitazionali, nuclei di ammassi stellari e fenomeni scientifici inaspettati

Gaia si sta occupando di mappare la nostra galassia con straordinari dettagli multidimensionali completando così il censimento stellare più accurato di sempre. Ma non è tutto, la missione sta delineando infatti anche un quadro dettagliato della nostra collocazione nell'Universo, permettendoci di comprendere meglio i diversi oggetti che lo popolano.

L'ultima "Focused Product Release", o FPR, della missione fornisce numerose nuove informazioni di incredibile qualità sullo spazio che ci circonda. La Focused Product Release presenta infatti aspetti scientifici entusiasmanti e imprevisti, scoperte che vanno ben oltre quello per cui Gaia era stata inizialmente concepita e che ci permettono d’indagare a fondo la nostra storia cosmica.

Quali sono quindi le novità di Gaia?

Mezzo milione di nuove stelle: la modalità di osservazione di Gaia è stata estesa per svelare i nuclei degli ammassi

La Gaia Data Release 3 (DR3) conteneva dati riguardanti oltre 1,8 miliardi di stelle, consentendo così di ottenere una visione piuttosto completa della Via Lattea  e delle galassie vicine. Tuttavia, la mappa presentava alcune lacune. Gaia non aveva infatti ancora esplorato a fondo le aree del cielo particolarmente ricche di stelle, trascurando in particolare le stelle meno brillanti.

Gli ammassi globulari costituiscono un chiaro esempio: si tratta di alcuni degli oggetti più antichi dell'Universo, il che li rende particolarmente preziosi per coloro che si occupano di studiare il nostro passato cosmico. Purtroppo, i loro nuclei luminosi e densi di stelle possono mettere in difficoltà i telescopi che cercano di ottenerne una chiara visione. Per questo motivo, rappresentano ancora dei tasselli mancanti nelle mappe di Gaia.

Per colmare queste lacune Gaia ha selezionato Omega Centauri, il più grande ammasso globulare visibile dalla Terra, un ottimo esempio di ammasso "tipico". Anziché concentrarsi solo sulle singole stelle, come avviene di solito, Gaia ha attivato una speciale modalità per mappare nei dettagli una porzione più ampia di cielo intorno al nucleo dell'ammasso ogni qualvolta questo diventa visibile.

"In Omega Centauri, abbiamo scoperto più di mezzo milione di nuove stelle che Gaia non aveva mai visto prima, e tutto questo in un solo ammasso!", spiega l'autrice Katja Weingrill del Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), in Germania, che fa parte del consorzio di Gaia.

"Non si tratta solo di colmare le lacune della nostra mappa, anche se questo è di per sé prezioso", aggiunge Alexey Mints, coautore, membro del consorzio di Gaia, e parte dell'AIP. "I nostri dati ci hanno permesso di individuare stelle troppo vicine tra loro per essere misurate correttamente nella normale modalità operativa di Gaia. Con i nuovi dati ci è possibile studiare importanti fenomeni, fra cui la struttura dell'ammasso, la distribuzione delle stelle che lo compongono, il loro movimento e molto altro ancora: possiamo così creare una mappa completa su vasta scala di Omega Centauri. Stiamo sfruttando Gaia al massimo delle sue potenzialità: abbiamo utilizzato questo straordinario strumento alla massima potenza".

Questo risultato non solo raggiunge, ma addirittura supera, il potenziale previsto per Gaia. Il team ha utilizzato una modalità di osservazione studiata al fine di monitorare il corretto funzionamento di tutti gli strumenti di Gaia. “Non ci aspettavamo di utilizzarlo per scopi scientifici, il che rende questo risultato ancora più entusiasmante”, aggiunge Katja.

Le nuove stelle emerse in Omega Centauri caratterizzano una delle regioni più dense finora esplorate dalla missione.

Gaia sta attualmente esplorando altre otto regioni utilizzando questa modalità e i risultati saranno inclusi nella Gaia Data Release 4. Questi dati aiuteranno la comunità scientifica a comprendere cosa veramente accade all'interno di questi mattoni costitutivi del Cosmo, un traguardo cruciale per coloro che mirano a confermare l'età della nostra galassia, a localizzarne il centro, a capire se ha subito collisioni in passato, a verificare come le stelle cambiano nel corso della loro vita, a delineare i modelli di evoluzione galattica e, infine, a dedurre la possibile età dell'Universo stesso.

Panning across new Gaia view of Omega Centauri
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Alla ricerca di lenti gravitazionali: Gaia, cosmologa per caso

Anche se Gaia non è stata progettata per la cosmologia, le sue nuove scoperte indagano in profondità l'Universo lontano, alla ricerca di oggetti sfuggenti e straordinari che contengono indizi su alcune delle più grandi domande dell'umanità sul cosmo: le lenti gravitazionali.

Il fenomeno della lente gravitazionale si verifica quando l'immagine di un oggetto lontano viene deformata da una massa, ad esempio una stella o una galassia, che si trova tra noi e l'oggetto osservato. Questa massa intermedia agisce come una gigantesca lente d'ingrandimento, in grado di amplificare la luminosità della luce e di proiettare sul cielo immagini multiple della sorgente lontana. Queste curiose e rare configurazioni sono visivamente affascinanti e rivestono un immenso valore scientifico poiché svelano indizi inediti sui primissimi giorni e sui costituenti dell'Universo.

"Gaia è una vera e propria cacciatrice di lenti", afferma la coautrice Christine Ducourant del Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, in Francia, e parte del consorzio di Gaia. "Grazie a Gaia, abbiamo scoperto che alcuni degli oggetti che vediamo non sono semplicemente stelle, anche se ne hanno l'aspetto. In realtà, si tratta di quasar molto distanti che vediamo tramite lenti gravitazionali: nuclei galattici estremamente luminosi e ricchi di energia, alimentati da buchi neri. In quest'occasione presentiamo 381 potenziali quasar con lenti gravitazionali. Di questi, 50 hanno una alta probabilità di essere veramente dei quasar visti attraverso delle lenti gravitazionali: una miniera d'oro per la cosmologia, dato che si tratta del più grande gruppo di candidati mai pubblicato in una sola volta".

Il team ha identificato i candidati all'interno di un'ampia lista di possibili quasar (tra cui quelli di Gaia DR3). Cinque delle possibili lenti gravitazionali sono potenziali croci di Einstein, rari sistemi di lenti con quattro diverse componenti dell'immagine che formano una croce. (Vedere 12 configurazioni di questo tipo scoperte da Gaia nel 2021.)

Trovare quasar con lenti gravitazionali è una vera sfida. Le immagini costitutive di un sistema di lenti gravitazionali possono raggrupparsi nel cielo in modo confuso e la maggior parte di queste sono molto lontane, il che le rende deboli e difficili da individuare.

"Il bello di Gaia è che osserva tutto il cielo, quindi possiamo trovare lenti gravitazionali senza la necessità di sapere dove cercare", aggiunge il coautore Laurent Galluccio dell'Université Côte d’Azur, in Francia, appartenente al consorzio di Gaia. "Grazie a questa Data Release, Gaia è la prima missione a realizzare un'indagine delle lenti gravitazionali ad alta risoluzione su tutto il cielo ".

L'estensione dell'utilità di Gaia alla cosmologia comporta una sinergia con la missione Euclid dell'ESA, recentemente lanciata per esplorare l'Universo oscuro. Sebbene le missioni si occupino in generale di parti diverse del cosmo, Euclid della mappatura di miliardi di galassie, Gaia della mappatura di miliardi di stelle, i quasar con lenti gravitazionali scoperti da Gaia potranno essere utilizzati per orientare le future esplorazioni di Euclid.

Asteroidi, luce stellare impilata e stelle pulsanti

Altri dati pubblicati oggi offrono ulteriori informazioni sullo spazio che ci circonda e sui diversi e talvolta misteriosi oggetti che lo compongono.

Gaia ci offre ulteriori informazioni su 156.823 asteroidi già identificati nell'ambito di Gaia DR3. Il nuovo set di dati individua le posizioni di questi corpi rocciosi in un arco di tempo quasi doppio rispetto a quello precedente, rendendo la maggior parte delle loro orbite, basate sulle sole osservazioni di Gaia, 20 volte più precise rispetto ai dati di Gaia DR3. In futuro, Gaia DR4 completerà questo set includendo accurate informazioni su comete e satelliti planetari e raddoppiando il numero di asteroidi al fine di migliorare la nostra conoscenza dei piccoli corpi del Sistema Solare.

Altri dati mappano il disco della Via Lattea tracciando i deboli segnali visibili nella luce stellare che arriva a noi, deboli impronte del gas e della polvere che fluttuano tra le stelle. Il team di Gaia ha sommato sei milioni di spettri costituendo un set di dati incredibilmente ricco. Così facendo ha evidenziato caratteristiche debolissime che non sono mai state misurate prima d'ora in un campione così ampio. Il set di dati permetterà alla comunità scientifica di individuare finalmente la fonte di questi segnali, che il team sospetta essere una molecola organica complessa presente nel gas e nella polvere tra le stelle. Conoscere meglio la provenienza di questo segnale ci aiuterà a studiare i complessi e articolati processi fisici e chimici attivi in tutta la nostra galassia e comprendere meglio il materiale interstellare.

Infine, un set di dati non meno importante descrive le velocità di 10.000 stelle giganti rosse pulsanti e binarie, in quello che è di gran lunga il più vasto database di questo tipo disponibile ad oggi. Queste stelle facevano parte di un catalogo di due milioni di potenziali stelle variabili pubblicato in Gaia DR3 e sono fondamentali per calcolare le distanze cosmiche, confermare le caratteristiche stellari e chiarire come si evolvono le stelle nel cosmo. La nuova Focused Product Release consente di capire meglio come queste affascinanti stelle cambino nel tempo.

"Questa Data Release dimostra ulteriormente il valore profondo di Gaia, anche su aspetti per i quali non era stata inizialmente concepita", ha dichiarato Timo Prusti, Project Scientist di Gaia presso l'ESA.

"Sebbene il suo obiettivo principale sia quello di rilevare le stelle, Gaia sta esplorando tutto, dai corpi rocciosi del Sistema Solare ai quasar con immagini multiple che si trovano a miliardi di anni luce di distanza, ben oltre i confini della Via Lattea. La missione ci sta fornendo una visione davvero unica dell'Universo e degli oggetti che lo popolano, e stiamo sfruttando al massimo la sua ampia visuale sui cieli che ci circondano".

I prossimi passi

La precedente Data Release, Gaia DR3, è stata pubblicata il 13 giugno 2022. Si è trattato dell'indagine più dettagliata della Via Lattea mai effettuata fino ad oggi. Una miniera di dati sugli strani "terremoti stellari", sulle stelle in moto asimmetrico, sul DNA stellare e altro ancora. Gaia DR3 conteneva nuove informazioni per quasi due miliardi di stelle della Via Lattea e includeva il più grande catalogo di stelle binarie, migliaia di oggetti del Sistema Solare e, spingendoci più lontano, al di fuori della nostra Galassia, milioni di galassie e quasar.

La prossima Data Release, Gaia DR4, è prevista non prima della fine del 2025. Questo evento estenderà sia Gaia DR3 che questa Focused Product Release per migliorare ulteriormente la comprensione della Via Lattea a più dimensioni. Inoltre, Gaia DR4 perfezionerà la nostra conoscenza dei colori, delle posizioni e dei movimenti delle stelle, fornirà informazioni sui sistemi di stelle variabili e multiple, identificherà e caratterizzerà quasar e galassie, elencherà i potenziali esopianeti e molto altro ancora.

Qui gli aggiornamenti sulle tempistiche della Gaia Data Release.

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Note per i redattori

Maggiori dettagli su questa release, denominata FPR (Focused Product Release) di Gaia, sono disponibili qui: [link da aggiungere]

https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr

https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/focused-product-release

I dati di Gaia sono accessibili all'indirizzo https://gea.esac.esa.int/archive/

Documenti che costituiscono la FPR di Gaia

https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/fpr-papers 

• "Gaia Focused Product Release: Sources from Service Interface Function image analysis - half a million new sources in omega Centauri", Gaia Collaboration, K. Weingrill et al.
• "Gaia Focused Product Release: Radial velocity time series of long-period variables", Gaia Collaboration, M. Trabucchi et al.
• "Gaia Focused Product Release: Asteroid orbital solution", Gaia Collaboration, P. David et al.
• "Gaia Focused Product Release: Spatial distribution of two diffuse interstellar bands Gaia Collaboration", M. Schultheis et al.
• "Gaia Focused Product Release: A catalogue of sources around quasars to search for strongly lensed quasars", Gaia Collaboration, A. Krone-Martins et al.

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