Katalog miliarda gwiazd teleskopu Gaia sugeruje nowe odkrycia
14 września został opublikowany pierwszy katalog ponad miliarda gwiazd wykonany przez obserwatorium Gaia – jest to największy do tej pory przegląd i spis obiektów astronomicznych całego nieboskłonu.
Aby wykonać najdokładniejszą trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej, teleskop Gaia określił precyzyjne położenie oraz jasność 1 142 milionów gwiazd.
Publikacja obejmuje również odległości oraz ruch wzdłuż nieboskłonu ponad dwóch milionów gwiazd, a jest jedynie zapowiedzią dokładniejszego katalogu, który zostanie opublikowany w przyszłości.
„Gaia wyprzedza wszystko, co do tej pory dokonaliśmy w astrometrii, mapuje niebo z niedostępną wcześniej dokładnością”, mówi Alvaro Giménez, dyrektor ds. badań naukowych w ESA.
„Dzisiejsza publikacja daje nam pierwszy wgląd w ekscytujące dane, które wkrótce otrzymamy i które zrewolucjonizują nasze zrozumienie tego, jak gwiazdy są rozmieszczone i jak poruszają się w naszej Galaktyce”.
Wystrzelony ponad 1000 dni temu teleskop Gaia rozpoczął badania naukowe w lipcu 2014 roku. Katalog jest pierwszą publikacją danych zebranych w ciągu pierwszych czternastu miesięcy obserwacji nieba, które trwały do września 2015 roku.
„Ta piękna mapa, którą dzisiaj publikujemy, pokazuje gęstość rozłożenia gwiazd zmierzoną przez Gaię na całym nieboskłonie. Potwierdza ona, że w trakcie pierwszego roku obserwacji zebraliśmy niesamowite dane”, mówi Timo Prusti, główny naukowiec projektu Gaia w ESA.
Access the video
Paski i inne artefakty w obrazie ukazują, jak Gaia skanuje niebo. Będą one stopniowo znikały, w miarę jak w ciągu pięcioletniej misji sondy przybywać będzie obserwacji.
„Teleskop pracuje dobrze, a my pokazaliśmy, że możemy sobie poradzić z analizą miliarda gwiazd. Pomimo że obecne dane są wstępne, chcieliśmy je już udostępnić społeczności astronomicznej, aby jak najszybciej mogły zostać spożytkowane”, dodaje dr Prusti.
Przetworzenie surowych danych w użyteczne i wiarygodne pozycje gwiezdne na niespotykanym wcześniej poziomie dokładności jest wyjątkowo skomplikowanym procesem. Powierzony został on konsorcjum około 450 naukowców i inżynierów oprogramowania z całej Europy, pracujących w ramach DPAC (Gaia Data Processing Analysis Consortium).
„Dzisiejsza publikacja jest wynikiem wyjątkowo skrupulatnej, wspólnej pracy wykonanej w ciągu ostatniej dekady”, mówi przewodniczący konsorcjum Anthony Brown z Uniwersytetu w Lejdzie.
„Wraz z ekspertami szeregu różnych specjalności musieliśmy się przygotować jeszcze przed startem samych obserwacji, następnie przetworzyć dane i ułożyć je w zrozumiałe astronomiczne wyniki, jak i zweryfikować ich naukową zawartość”.
W ramach tworzenia nowego katalogu naukowcy dokładnie porównywali dane około dwóch milionów gwiazd obserwowanych w pierwszym roku pracy teleskopu Gaia, które również występują w katalogach Hipparcos oraz Tycho-2, powstałych w wyniku prac misji ESA Hipparcos obserwującej niebo ponad dwie dekady temu.
Dzięki połączeniu danych z teleskopu Gaia z informacjami z mniej dokładnych katalogów możliwe było zmierzenie efektu paralaksy i ruchu własnego gwiazd, chociaż dostępne były jedynie dane z pierwszego roku obserwacji. Paralaksa to mała różnica w pozornym położeniu gwiazdy pojawiająca się przy zmianie miejsca obserwacji, która wynika z ruchu Ziemi wokół Słońca. Zależy ona również od odległości gwiazdy od Ziemi. Ruch własny jest zaś parametrem zależnym od fizycznego ruchu gwiazd w Galaktyce.
W ten sposób uczeni byli w stanie określić odległość i ruch dwóch milionów gwiazd z całego nieboskłonu, który został spisany w katalogu TGAS (Tycho-Gaia Astrometric Solution).
Ten nowy spis jest dwa razy dokładniejszy i zawiera dwadzieścia razy więcej gwiazd niż poprzedni spis referencyjny dla astrometrii – Katalog Hipparcosa.
W ramach prac weryfikujących katalog uczeni z DPAC prowadzili badania nad otwartymi gromadami kulistymi – grupami relatywnie młodych gwiazd, które powstały w tym samym miejscu. Studium wykazało znaczną poprawę jakości dostępnych danych.
„Z danych z Hipparcosa mogliśmy tylko analizować strukturę trójwymiarową oraz dynamikę gwiazd w Hiadach, najbliższej Słońcu gromadzie otwartej, oraz zmierzyć dystans około osiemdziesięciu gromad leżących w odległości do 1600 lat świetlnych od Ziemi”, mówi Antonella Vallenari z Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) oraz Obserwatorium Astronomicznego w Padwie.
„Ale dzięki pierwszym danym z teleskopu Gaia można zmierzyć odległości oraz ruch własny gwiazd w około czterystu gromadach leżących w odległości do 4800 lat świetlnych.
Nowe dane o najbliższych czternastu gromadach kulistych pokazują, że wiele gwiazd znajduje się zaskakująco daleko od centrum swojej gromady i z czasem najpewniej oddalą się w inne regiony Galaktyki”.
Wiele kolejnych gromad gwiezdnych zostanie odkrytych i jeszcze bardziej szczegółowo przeanalizowanych dzięki unikatowym danym, które teleskop Gaia będzie zbierał i publikował w najbliższych latach.
Access the video
Nowy spis gwiazd zawiera również 3194 gwiazdy zmienne, które regularnie rozrastają się i kurczą, co prowadzi do okresowych zmian ich jasności.
Wiele gwiazd zmiennych zostało zaobserwowanych przez teleskop Gaia w Wielkim Obłoku Magellana, jednym z naszych galaktycznych sąsiadów, regionie wielokrotnie skanowanym w trakcie pierwszego miesiąca obserwacji. Pozwoliło to na dokładny pomiar zmiany ich jasności.
Szczegóły dotyczące jasności poszczególnych gwiazd, z których 386 to nowo odkryte obiekty, również zostały ujęte w omawianej publikacji, wraz z pierwszym studium dotyczącym potencjału tych danych.
„Gwiazdy zmienne, takie jak cefeidy czy gwiazdy typu RR Lyrae, są istotnymi wskaźnikami kosmicznych odległości”, tłumaczy Gisella Clementini z INAF oraz Obserwatorium Astronomicznego w Bolonii.
„O ile paralaksy mogą być użyte do bezpośredniego pomiaru odległości do wielu gwiazd Drogi Mlecznej, to gwiazdy zmienne stanowią pośredni, ale istotny element naszej »kosmicznej miarki«, który pozwala wyznaczać odległości do odległych galaktyk”.
Jest to możliwe dzięki szczególnym właściwościom niektórych gwiazd zmiennych. Dla przykładu: im cefeidy mają większą jasność absolutną, tym wolniej następują ich zmiany jasności. To samo zjawisko występuje w przypadku gwiazd typu RR Lyrae, gdy obserwuje się je w świetle podczerwonym. Wzorzec zmian jest łatwy do zmierzenia i może zostać porównany z pozorną jasnością gwiazdy, aby wywnioskować jej jasność absolutną.
W tym miejscu wkracza Gaia: w przyszłości naukowcy będą w stanie bardzo dokładnie określić odległość do dużej próbki gwiazd zmiennych dzięki pomiarowi paralaksy wykonanej przez Gaię. Posiadając te pomiary, będą mogli skalibrować je w stosunku do okresu pulsacji i jasności tych gwiazd, co umożliwi pomiary odległości poza naszą Galaktyką. Wstępne zastosowanie danych z TGAS wygląda bardzo obiecująco.
„To dopiero początek. Zmierzyliśmy już odległość do Wielkiego Obłoku Magellana, aby przetestować jakość danych. Wstępnie wiemy już, że dzięki teleskopowi Gaia dokona się niesamowita poprawa naszego zrozumienia kosmicznych odległości”, dodaje dr Clementini.
Znajomość położenia oraz ruchu gwiazd na niebie z wyjątkową precyzją jest fundamentalnym elementem dla badań nad właściwościami i historią Drogi Mlecznej oraz dla pomiarów odległości do gwiazd i galaktyk. Ma to również szereg innych, bliższych zastosowań – choćby w Układzie Słonecznym.
W lipcu Pluton zasłonił daleką, słabą gwiazdę. Dało to rzadką okazję do obserwacji atmosfery tej planety karłowatej, gdy gwiazda kolejno zniknęła i następnie pojawiła się za Plutonem.
To zakrycie było widzialne jedynie z wąskiego pasma rozciągającego się wzdłuż Europy, podobnego do toru zaćmienia słońca, który wędruje po powierzchni naszej planety. Dokładna znajomość pozycji gwiazdy była konieczna, aby wycelować teleskopy z Ziemi. Wstępna publikacja danych z teleskopu Gaia, określających pozycję gwiazdy dziesięć razy dokładniej niż dotychczas, była kluczowa do udanej obserwacji tego rzadkiego wydarzenia.
Wstępne wyniki wskazują na przerwę w zastanawiającym wzroście ciśnienia w cienkiej atmosferze Plutona. Zjawisko zostało zarejestrowane od 1998 roku, mimo iż planeta oddala się od Słońca, co powinno powodować zmniejszenie się gęstości atmosfery z powodu ochłodzenia.
„Te trzy przykłady ukazują, jak obecne i przyszłe dane z teleskopu Gaia zrewolucjonizują wszystkie obszary astronomii, pozwalając nam na badania naszego otoczenia we Wszechświecie, od lokalnego sąsiedztwa w Układzie Słonecznym, po galaktyczne i jeszcze większe, kosmiczne skale”, tłumaczy dr Brown.
Pierwszy pakiet opublikowanych danych wskazuje, że misja jest na dobrej drodze aby osiągnąć swój ostateczny cel: zmierzyć pozycje, odległości i ruch miliarda gwiazd – czyli około 1% obiektów gwiezdnych znajdujących się w Drodze Mlecznej – w trzech wymiarach z bezprecedensową dokładnością.
„Droga, którą przebyliśmy do dzisiaj, nie obyła się bez przeszkód. Gaia natrafiła na szereg problemów technicznych i dokonaliśmy ogromnego wspólnego wysiłku, aby sobie z nimi poradzić”, mówi Fred Jansen, menadżer misji Gaia w ESA.
„Dzisiaj, 1000 dni po starcie, dzięki ogromnej pracy wykonanej przez wszystkie zaangażowane osoby, z radością możemy zaprezentować pierwszy zbiór danych i już cieszymy się na kolejny pakiet, który pokaże potencjał misji Gaia do badania naszej Galaktyki w sposób niespotykany dotychczas”.
Informacje dla wydawców
Zbiór pierwszych danych teleskopu Gaia dostępny jest pod adresem http://archives.esac.esa.int/gaia.
Zawartość pierwszego zbioru została zaprezentowana podczas medialnego briefingu w Europejskim Centrum Astronomii Kosmicznej (ESAC) w Villanueva de la Cañada pod Madrytem.
Piętnaście publikacji naukowych opisujących dane zawarte w katalogu oraz ich proces walidacji ukaże się w specjalnym numerze pisma Astronomy & Astrophysics.
Gaia to misja ESA obserwująca miliard gwiazd w naszej Galaktyce oraz lokalne otoczenie galaktyczne, jej celem jest stworzenie najdokładniejszej dotychczas trójwymiarowej mapy Drogi Mlecznej i odpowiedź na pytania dotyczące struktury, pochodzenia i ewolucji gwiazd.
Ogromny zespół naukowców i inżynierów oprogramowania z całej Europy pracuje nad przetwarzaniem i walidacją danych z teleskopu Gaia w ramach Konsorcjum Przetwarzania Danych i Analizy (Data Processing and Analysis Consortium), ufundowanego przez wiele państw członkowskich ESA i znajdującego się na terenie jednego z nich. Głównym celem konsorcjum jest stworzenie Katalogu Teleskopu Gaia. Naukowe wykorzystanie danych rozpocznie się w momencie przekazania ich społeczności astronomicznej.
Członkowie konsorcjum pochodzą z dwudziestu krajów Europy (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Estonia, Finlandia, Francja, Grecja, Hiszpania, Holandia, Irlandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Słowenia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania, Węgry i Włochy), jak i spoza niej (Algieria, Brazylia, Izrael i Stany Zjednoczone).
Jednocześnie istotny wkład ESA w konsorcjum to Centrum Przetwarzania Danych (Data Processing Centre) w ESAC, które działa między innymi jako centralny punkt przetwarzania wszystkich danych teleskopu Gaia.
