19. desember 2013, European Space Agency's (ESA) Gaia romfartøy tok plass til verdensrommet med et av de mest ambisiøse oppdragene noensinne. I løpet av det planlagte 5-årige oppdraget (som nylig ble utvidet), ville dette romobservatoriet kartlegge en milliard stjerner, planeter, kometer, asteroider og kvasarer for å lage den største og mest presise 3D-katalogen til Melkeveien noensinne opprettet.
Den første utgivelsen av Gaia data, som fant sted i september 2016, inneholdt avstander og bevegelser fra over to millioner stjerner. Men den andre datautgivelsen, som fant sted 25. april 2018, er enda mer imponerende. Inkludert i utgivelsen er posisjoner, avstandsindikatorer og bevegelser for mer enn en milliard stjerner, asteroider i vårt solsystem og til og med stjerner utenfor Melkeveien.
Mens den første datautgivelsen var basert på et drøyt års observasjoner, dekker den nye datautgivelsen en periode på omtrent 22 måneder - som gikk fra 25. juli 2014 til 23. mai 2016. Foreløpig analyse av disse dataene har avdekket bot detaljer om 1,7 milliarder stjerner i Melkeveien og hvordan de beveger seg, noe som er viktig for å forstå hvordan galaksen vår utviklet seg over tid.
Som Günther Hasinger, ESAs forskningsdirektør, forklarte i en fersk ESAs pressemelding:
“Observasjonene samlet av Gaia omdefinerer grunnlaget for astronomi. Gaia er et ambisiøst oppdrag som er avhengig av et enormt menneskelig samarbeid for å gi mening om et stort volum svært komplekse data. Den demonstrerer behovet for langsiktige prosjekter for å garantere fremskritt innen romfag og teknologi og for å implementere enda mer vågale vitenskapelige oppdrag de kommende tiår.“
Presisjonen til GaiaInstrumenter har tillatt målinger som er så nøyaktige at det var mulig å skille parallaksen fra stjerner - det tilsynelatende skiftet forårsaket av jordens bane rundt solen - fra deres bevegelser gjennom galaksen. Av de 1,7 milliarder katalogene som ble katalogisert, ble parallaksen og hastigheten (aka. Proper motion) på mer enn 1,3 milliarder målt og listet.
For omtrent 10% av disse var parallaksmålingene så nøyaktige at astronomer direkte kan estimere avstander til de enkelte stjernene. Som Anthony Brown fra Leiden universitet, som også er styreleder for Gaia Data Processing and Analysis Consortium Executive Board, forklarte:
“Den andre utgivelsen av Gaia representerer et stort sprang fremover med hensyn til ESA‘s Hipparcos-satellitt, Gaia‘sin forgjenger og det første romfartsoppdraget for astrometri, som kartla rundt 118 000 stjerner for nesten tretti år siden… Det store antallet stjerner alene, med sine posisjoner og bevegelser, ville gjøre Gaia‘sin nye katalog allerede ganske forbløffende. Men det er mer: denne unike vitenskapelige katalogen inkluderer mange andre datatyper, med informasjon om stjernenes og andre himmelobjekter, noe som gjør denne utgivelsen virkelig eksepsjonell.“
I tillegg til de riktige bevegelsene til stjerner, gir katalogen informasjon om et bredt spekter av temaer som vil være av interesse for astronomer og astrofysikere. Disse inkluderer lysstyrke og fargemålinger av nesten alle de 1,7 milliarder stjernene som er katalogisert, samt informasjon om hvordan lysstyrken og fargen endrer seg for en halv million variable stjerner over tid.
Den inneholder også hastighetene langs siktelinjen til syv millioner stjerner, overflatetemperaturene på rundt 100 millioner, og effekten mellomliggende støv har på 87 millioner. Gaia-dataene inneholder også informasjon om objekter i vårt solsystem, som inkluderer posisjonene til 14 000 kjente asteroider (som vil gi en nøyaktig bestemmelse av banene deres).
Utover Melkeveien, Gaia oppnådd mer nøyaktige målinger av posisjonene til en halv million fjerne kvasarer - lyse galakser som avgir enorme mengder energi på grunn av tilstedeværelsen av et supermassivt svart hull i sentrene. I det siste har kvasarer blitt brukt som referanseramme for himmelkoordinatene til alle objekter i Gaia katalog basert på radiobølger.
Imidlertid vil denne informasjonen nå være tilgjengelig med optiske bølgelengder for første gang. Dette, og annen utvikling gjort mulig av Gaia, kunne revolusjonere hvordan vi studerer galaksen og universet. Som Antonella Vallenari, fra Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), det astronomiske observatoriet i Padua, Italia, og nestlederen for Executive Board of Data Processing Consortium, antydet:
“De nye Gaia-dataene er så kraftige at spennende resultater bare hopper på oss. For eksempel har vi bygget det mest detaljerte Hertzsprung-Russell-diagrammet over stjerner noensinne laget på full himmel, og vi kan allerede få øye på noen interessante trender. Det føles som om vi innvier en ny epoke med galaktisk arkeologi.“
Hertzsprung-Russell-diagrammet, som er oppkalt etter de to astronomene som utviklet det på begynnelsen av det 20. århundre, er grunnleggende for studiet av stjernebestanden og deres utvikling. Basert på fire millioner stjerner som ble valgt ut fra katalogen (som alle teller fem tusen lysår fra sola), kunne forsker røpe mange fine detaljer om stjerner utenfor solsystemet vårt for første gang.
Sammen med målinger av hastighetene deres, gjør Gaia Hertzsprung-Russell-diagrammet astronomer i stand til å skille mellom bestander av stjerner i forskjellige aldre, som befinner seg i forskjellige regioner av Melkeveien (dvs. disken og glorie), og som dannet i forskjellige måter. Disse inkluderer hurtig bevegelige stjerner som tidligere ble antatt å tilhøre glorie, men er faktisk en del av to stjernebestander.
"Gaia vil i stor grad fremme vår forståelse av universet på alle kosmiske skalaer," sa Timo Prusti, en Gaia-prosjektforsker ved ESA. "Selv i nærheten av Solen, som er regionen vi trodde vi forsto best, avslører Gaia nye og spennende funksjoner."
For eksempel for en undergruppe av stjerner innen noen få tusen lysår fra sola, Gaia målte hastigheten i alle tre dimensjoner. Fra dette er det blitt bestemt at de følger et lignende mønster som stjerner som kretser rundt galaksen med samme hastighet. Årsaken til disse mønstrene vil bli gjenstand for fremtidig forskning, ettersom det er uklart om dens forårsaket av selve galaksen vår eller er et resultat av samhandling med mindre galakser som fusjonerte med oss tidligere.
Sist men ikke minst, Gaia data vil bli brukt for å lære mer om banene til 75 kuleklynger og 12 dverggalakser som kretser rundt Melkeveien. Denne informasjonen vil belyse videre utviklingen av galaksen vår, gravitasjonskreftene som påvirker den, og rollen som mørk materie spiller. Som Fred Jansen, Gaia misjonssjef i ESA, sa det:
“Gaia er astronomi på sitt fineste. Forskere vil være opptatt med disse dataene i mange år, og vi er klare til å bli overrasket over skredet av funn som vil låse opp hemmelighetene til vår Galaxy.“
Den tredje utgivelsen av Gaia data er planlagt å finne sted i slutten av 2020, med den endelige katalogen som ble publisert på 2020-tallet. I mellomtiden er en utvidelse allerede godkjent for Gaia oppdrag, som nå vil forbli i drift til slutten av 2020 (skal bekreftes på slutten av dette året). En serie vitenskapelige artikler som beskriver hva som er lært fra denne siste utgivelsen, vil også vises i en spesiell utgave av Astronomi og astrofysikk.
Fra evolusjonen av stjerner til utviklingen av galaksen vår, den andre Gaia datautgivelse viser seg allerede å være en velsignelse for astronomer og astrofysikere. Selv etter at oppdraget er avsluttet, kan vi forvente at forskere fortsatt vil analysere dataene og lære mye mer om universets struktur og utvikling.
