Gaia crea la mappa stellare più ricca della nostra Galassia

La missione Gaia dell’Agenzia spaziale europea ha prodotto il più ricco catalogo di stelle fino ad oggi, comprende misurazioni ad alta precisione di quasi 1,7 miliardi di stelle e rivela dettagli inediti della nostra casa Galassia.  Una moltitudine di scoperte è all’orizzonte dopo la mappatura del cielo che si basa su 22 mesi di rilevamento dati della missione Gaia intenta a produrre la più grande e precisa mappa tridimensionale della nostra Galassia mai creata. I nuovi dati includono posizioni, indicatori di distanza e movimenti di oltre un miliardo di stelle, insieme a misurazioni ad alta precisione di asteroidi nel nostro Sistema Solare e stelle oltre la nostra Via Lattea.

Non c’è quasi una branca dell’astrofisica che non sarà rivoluzionata dai dati da Gaia.

L’analisi preliminare di questi dati fenomenali rivela dettagli precisi sulla composizione della popolazione stellare della Via Lattea e su come si muovono le stelle, informazioni essenziali per indagare sulla formazione e l’evoluzione della nostra galassia.

“Le osservazioni raccolte da Gaia stanno ridefinendo le basi dell’astronomia”, ha dichiarato Günther Hasinger, direttore delle scienze dell’ESA. “Gaia è una missione ambiziosa che si basa su un’enorme collaborazione umana per dare un senso a un grande volume di dati altamente complessi. Dimostra la necessità di progetti a lungo termine per garantire progressi nella scienza e tecnologia spaziale e per implementare missioni scientifiche ancora più audaci nei prossimi decenni “.

Questa missione unica è affidata al lavoro dei ricercatori di Cambridge che raccolgono le enormi quantità di dati trasmessi da Gaia a un centro di elaborazione dati presso l’Università, supervisionati da un team dell’Istituto di Astronomia.

“Non c’è quasi una branca dell’astrofisica che non sarà rivoluzionata dai dati di Gaia”, ha detto il professor Gerry Gilmore di Cambridge, Principal Investigator per la partecipazione del Regno Unito al Gaia Data Processing and Analysis Consortium e uno dei proponenti originali della missione all’ESA . “La comunità globale farà progredire la nostra comprensione di ciò che vediamo, da dove viene, da cosa è fatto, da come sta cambiando. Tutto questo è reso disponibile gratuitamente per tutti, in base agli sforzi dedicati di centinaia di persone “.

Gaia è stato lanciato nel dicembre 2013 e ha iniziato le attività scientifiche l’anno successivo. Il primo rilascio di dati, basato su poco più di un anno di osservazioni, è stato pubblicato nel 2016; conteneva distanze e movimenti di due milioni di stelle. La nuova versione dei dati, che copre il periodo compreso tra il 25 luglio 2014 e il 23 maggio 2016, fissa le posizioni di quasi 1,7 miliardi di stelle e con una precisione molto maggiore. Per alcune delle stelle più brillanti del sondaggio, il livello di precisione equivale agli osservatori legati alla Terra che sono in grado di individuare una moneta in euro situata sulla superficie della Luna. Con queste misure accurate è possibile separare la parallasse delle stelle – un cambiamento evidente nel cielo causato dall’orbita annuale della Terra attorno al Sole – dai loro veri movimenti attraverso la Galassia. Il nuovo catalogo elenca la parallasse e la velocità nel cielo, o movimento corretto, per oltre 1,3 miliardi di stelle. Dalle misurazioni della parallasse più accurate, circa il dieci percento del totale, gli astronomi possono stimare direttamente le distanze dalle singole stelle. Il set di dati completo fornisce una vasta gamma di argomenti per la comunità di astronomia. Oltre alle posizioni, i dati includono le informazioni sulla luminosità di tutte le stelle rilevate e le misurazioni del colore di quasi tutte, oltre a informazioni su come la luminosità e il colore di mezzo milione di stelle variabili cambiano nel tempo.

Contiene anche le velocità lungo la linea di vista di un sottogruppo di sette milioni di stelle, le temperature superficiali di circa cento milioni e l’effetto della polvere interstellare su 87 milioni. Gaia osserva anche oggetti nel nostro Sistema Solare: il secondo rilascio di dati comprende le posizioni di oltre 14.000 asteroidi conosciuti, che consente una determinazione precisa delle loro orbite. Un campione di asteroidi molto più grande verrà compilato nelle versioni future di Gaia. Oltre la nostra Galassia, Gaia ha rilevato le posizioni di mezzo milione di quasar lontani, luminose galassie alimentate dall’attività dei buchi neri supermassicci nei loro nuclei. Queste fonti sono utilizzate per definire una cornice di riferimento per le coordinate celesti di tutti gli oggetti nel catalogo Gaia, qualcosa che viene fatto abitualmente nelle onde radio ma ora per la prima volta è disponibile anche a lunghezze d’onda ottiche. Ci si aspetta che le scoperte principali arrivino quando gli scienziati inizieranno ad esplorare la nuova versione di Gaia. Un esame iniziale eseguito dal consorzio di dati per convalidare la qualità del catalogo ha già svelato alcune sorprese promettenti, tra cui nuove intuizioni sull’evoluzione delle stelle. La squadra di Cambridge è guidata dal dott. Floor van Leeuwen, dal dott. Dafydd Wyn Evans, dalla dott.ssa Francesca De Angeli e dal dott. Nicholas Walton.

“Questa versione dei dati ha dimostrato un’entusiasmante sfida per elaborare da immagini di telecamere di veicoli spaziali a cataloghi pronte per la scienza”, ha affermato De Angeli, capo del centro di elaborazione di Cambridge. “Verranno applicate strategie più sofisticate e modelli aggiornati ai dati Gaia per ottenere informazioni fotometriche e spettrofotometriche ancora più precise e accurate, che consentiranno indagini e risultati scientifici ancora più interessanti.”

“Fino ad ora Gaia ha rilevato in media circa 1,7 miliardi di fonti in media circa 200 volte”, ha affermato Evans. “Questo set di dati molto ampio deve rimuovere tutte le risposte del satellite e del cielo che cambiano e tutto viene convertito in una scala ben definita di luminosità e colore. Mentre è una grande sfida, ne vale la pena. “

“Si possono osservare gruppi di galassie nane, comprese le nubi di Magellano, muoversi in orbite molto simili, suggerendo una storia di formazione condivisa”, ha detto van Leeuwen, Project Manager per il lavoro di elaborazione fotometrica del Regno Unito ed europeo. “Allo stesso modo, è stata osservata una coppia di ammassi globulari con caratteristiche orbitali e composizione chimica molto simili, che indicano ancora una storia di formazione condivisa. I precisi movimenti osservati e le posizioni degli ammassi globulari e delle galassie nane forniscono traccianti della distribuzione di massa complessiva della nostra galassia in un modo che non era stato possibile con questo livello di precisione prima. “

“I dati di Gaia saranno una risorsa accessibile a livello globale per la ricerca astronomica nei decenni a venire, consentendo la ricerca futura dei giovani astronomi di oggi nel Regno Unito, in Europa e nel mondo”, ha detto Walton, membro del Gaia Science Team dell’ESA. “Gaia sta suscitando entusiasmo e opportunità, portando la nuova generazione di ricercatori insieme ad affrontare molte domande chiave nella nostra comprensione della Via Lattea”.

Altri dati saranno pubblicati negli anni futuri, con il catalogo Gaia finale che sarà pubblicato negli anni 2020. Questo sarà il catalogo stellare definitivo per il prossimo futuro, giocando un ruolo centrale in una vasta gamma di campi in astronomia.

“Questo enorme passo in una nuova finestra sull’Universo è una rivoluzione nella nostra conoscenza dei contenuti, dei movimenti e delle proprietà del nostro Universo locale”, ha affermato Gilmore. “Attendiamo con impazienza che la comunità astronomica internazionale costruisca questo progetto europeo, con i suoi principali contributi britannici, per interpretare questi dati Gaia per rivoluzionare la nostra comprensione del nostro Universo. Questo è un magnifico raccolto, ma attende una cornucopia. Siamo tutti orgogliosi di far parte di questo magnifico progetto. “

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Il satellite Gaia ha prodotto il più ricco catalogo di stelle fino ad oggi, comprese misurazioni ad alta precisione di quasi 1,7 miliardi di stelle e rivelando dettagli inediti della nostra casa Galaxy.

Approfondimenti

Il Satellite Gaia (in passato acronimo di Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) svolge una missione spaziale astrometrica dall’Agenzia Spaziale Europea, continuazione della missione Hipparcos, e facente parte del programma scientifico Horizon 2000. Il lancio è avvenuto il 19 dicembre del 2013 ( 9:12:18 UTC) e il satellite ora occupato un’orbita di Lissajous attorno al secondo punto lagrangiano del sistema Sole-Terra. L2 e offre ottime caratteristiche per l’osservazione in quanto Sole, Terra e Luna si posizionano fuori dal campo di osservazione del satellite insieme a un basso livello di radiazioni e una buona stabilità termica.

 Il satellite Gaia in un’elaborazione artistica. (Foto: ESA, Medialab)

L’analisi preliminare di questi dati fenomenali rivela dettagli precisi sulla composizione della popolazione stellare della Via Lattea e su come si muovono le stelle, informazioni essenziali per indagare sulla formazione e l’evoluzione della nostra galassia domestica.

” Le osservazioni raccolte da Gaia stanno ridefinendo le basi dell’astronomia”, afferma Günther Hasinger, direttore delle scienze dell’ESA.

” Gaia è una missione ambiziosa che si basa su un’enorme collaborazione umana per dare un senso a un grande volume di dati altamente complessi e dimostra la necessità di progetti a lungo termine per garantire progressi nella scienza e tecnologia spaziali e per implementare missioni scientifiche ancora più audaci dei prossimi decenni.

Gaia è stato lanciato nel dicembre 2013 e ha iniziato le attività scientifiche l’anno successivo. Il primo rilascio di dati, basato su poco più di un anno di osservazioni, è stato pubblicato nel 2016; conteneva distanze e movimenti di due milioni di stelle. La nuova versione dei dati, che copre il periodo compreso tra il 25 luglio 2014 e il 23 maggio 2016, fissa le posizioni di quasi 1,7 miliardi di stelle e con una precisione molto maggiore. Per alcune delle stelle più brillanti del sondaggio, il livello di precisione equivale agli osservatori legati alla Terra che sono in grado di individuare una moneta in euro situata sulla superficie della Luna. Con queste misurazioni accurate è possibile separare la parallasse delle stelle – un cambiamento evidente nel cielo causato dall’orbita annuale della Terra attorno al Sole – dai loro veri movimenti attraverso la Galassia. Il nuovo catalogo elenca la parallasse e la velocità nel cielo, o movimento corretto, per oltre 1,3 miliardi di stelle. Dalle misurazioni della parallasse più accurate, circa il dieci percento del totale, gli astronomi possono stimare direttamente le distanze dalle singole stelle.

” Il secondo rilascio di dati Gaia rappresenta un enorme passo avanti rispetto alla ESA ‘ satellitare s Hipparcos, Gaia ‘ predecessore s e la prima missione spaziale per astrometria, che ha intervistato circa 118 000 stelle quasi trenta anni fa “, dice Anthony Brown della Università di Leiden , Paesi Bassi. Anthony è il presidente del Gaia Data Processing e Analysis Consortium Executive, che supervisiona la grande collaborazione di circa 450 scienziati e ingegneri del software incaricati di creare il catalogo Gaia dai dati satellitari.

 

Mappa della densità per gaiadr2.gaia_source (numero di fonti per grado quadrato). Basato su Healpix (nside 512, 3,14 Mpixel). Coordinate galattiche

 

Mappa della densità per gaiadr1.gaia_source (numero di fonti per grado quadrato). Basato su Healpix (nside 512, 3,14 Mpixel). Coordinate galattiche

 

Mappa della densità per gaiadr1.tgas_source (numero di fonti per grado quadrato). Basato su Healpix (nside 512, 3,14 Mpixel). Coordinate galattiche

 

Gaia: il censimento galattico prende forma.  Credito: ESA / Gaia / DPAC

” Il solo numero di stelle da solo, con le loro posizioni e movimenti, renderebbe già abbastanza sorprendente il nuovo catalogo di Gaia ” , aggiunge Anthony.

” Ma c’è di più: questo catalogo scientifico unico include molti altri tipi di dati, con informazioni sulle proprietà delle stelle e altri oggetti celesti, rendendo questa release davvero eccezionale. ”

Qualcosa per tutti

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Il primo sondaggio sugli asteroidi di Gaia. Credito: ESA / Gaia / DPAC

Il set di dati completo fornisce una vasta gamma di argomenti per la comunità di astronomia. Oltre alle posizioni, i dati includono le informazioni sulla luminosità di tutte le stelle rilevate e le misurazioni del colore di quasi tutte, oltre a informazioni su come la luminosità e il colore di mezzo milione di stelle variabili cambiano nel tempo. Contiene anche le velocità lungo la linea di vista di un sottogruppo di sette milioni di stelle, le temperature superficiali di circa cento milioni e l’effetto della polvere interstellare su 87 milioni. Gaia osserva anche oggetti nel nostro Sistema Solare: il secondo rilascio di dati comprende le posizioni di oltre 14 000 asteroidi conosciuti, che consente una determinazione precisa delle loro orbite. Un campione di asteroidi molto più grande verrà compilato nelle versioni future di Gaia. Più lontano, Gaia chiuse le posizioni di mezzo milione di quasar lontani, luminose galassie alimentate dall’attività dei buchi neri supermassicci nei loro nuclei. Queste fonti sono utilizzate per definire una cornice di riferimento per le coordinate celesti di tutti gli oggetti nel catalogo Gaia, qualcosa che viene fatto abitualmente nelle onde radio ma ora per la prima volta è disponibile anche a lunghezze d’onda ottiche.

Scale cosmiche coperte da Gaia. Credito: ESA / Gaia / DPAC

Ci si aspetta che le scoperte principali arrivino quando gli scienziati inizieranno ad esplorare la nuova versione di Gaia. Un esame iniziale eseguito dal consorzio di dati per convalidare la qualità del catalogo ha già svelato alcune sorprese promettenti, tra cui nuove intuizioni sull’evoluzione delle stelle.

Archeologia galattica

” I nuovi dati Gaia sono così potenti che i risultati entusiasmanti ci stanno solo saltando addosso”, dice Antonella Vallenari dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dell’Osservatorio Astronomico di Padova, Italia, vicepresidente del consiglio esecutivo del consorzio di elaborazione dati. ” Ad esempio, abbiamo costruito il diagramma Hertzsprung-Russell delle stelle più dettagliato mai realizzato nel cielo e possiamo già notare alcune tendenze interessanti: sembra di inaugurare una nuova era dell’archeologia galattica ” .

Diagramma di Hertzsprung-Russell di Gaia.  Credito: ESA / Gaia / DPAC

Prende il nome dai due astronomi che lo inventarono all’inizio del XX secolo, il diagramma di Hertzsprung-Russell confronta la luminosità intrinseca delle stelle con il loro colore ed è uno strumento fondamentale per studiare le popolazioni di stelle e la loro evoluzione. Una nuova versione di questo diagramma, basata su quattro milioni di stelle entro i cinquemila anni luce del Sole selezionati dal catalogo Gaia, rivela per la prima volta molti dettagli eccellenti. Ciò include la firma di diversi tipi di nane bianche – i resti morti di stelle come il nostro Sole – in modo tale che possa essere fatta una differenziazione tra quelli con nuclei ricchi di idrogeno e quelli dominati dall’elio. Combinato con le misurazioni Gaia delle velocità stellari, il diagramma consente agli astronomi di distinguere tra varie popolazioni di stelle di diverse età che si trovano in diverse regioni della Via Lattea, come il disco e l’alone, e che si formano in modi diversi. Un ulteriore esame suggerisce che le stelle in rapido movimento che si ritiene appartengano all’aureo comprendono due popolazioni stellari originate da due diversi scenari di formazione, che richiedono indagini più dettagliate.

” Gaia migliorerà enormemente la nostra comprensione dell’Universo su tutte le scale cosmiche”, dice Timo Prusti, scienziato del progetto Gaia all’ESA.

” Anche nelle vicinanze del Sole, che è la regione che pensavamo di aver capito meglio, Gaia sta rivelando nuove ed eccitanti funzionalità.”

Galassia in 3D

Per un sottoinsieme di stelle entro poche migliaia di anni luce del Sole, Gaia ha misurato la velocità in tutte e tre le dimensioni, rivelando modelli nei movimenti di stelle che orbitano attorno alla Galassia a velocità simili. Studi futuri confermeranno se questi modelli sono collegati alle perturbazioni prodotte dalla barra Galattica, una concentrazione più densa di stelle con una forma allungata al centro della Galassia, dall’architettura a spirale della Via Lattea, o dall’interazione con le galassie più piccole che si è fuso con esso miliardi di anni fa.

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Cluster globulari e galassie nane in orbita attorno alla Via Lattea. Credito: ESA / Gaia / DPAC

Alla precisione di Gaia, è anche possibile vedere i movimenti delle stelle all’interno di alcuni ammassi globulari – antichi sistemi di stelle legati insieme dalla gravità e trovati nell’aureola della Via Lattea – e nelle nostre galassie vicine, le Piccole e Grandi Nubi di Magellano. I dati di Gaia sono stati usati per ricavare le orbite di 75 ammassi globulari e 12 galassie nane che ruotano attorno alla Via Lattea, fornendo informazioni importantissime per studiare l’evoluzione passata della nostra Galassia e del suo ambiente, le forze gravitazionali che sono in gioco, e il distribuzione della materia oscura elusiva che permea le galassie.

” Gaia è l’astronomia al suo meglio”, afferma Fred Jansen, responsabile della missione di Gaia all’ESA.

” Gli scienziati saranno impegnati con questi dati per molti anni e siamo pronti a rimanere sorpresi dalla valanga di scoperte che sbloccheranno i segreti della nostra Galassia ” .

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Parallasse e movimento proprio sul cielo. Credito: ESA / Gaia / DPAC

Referenze

  1. Soyuz ST-B successfully launches Gaia space observatoryNASA.
  2. Gaia overview, su European Space Agency. 
  3. Gaia Collaboration et al. 2016 ) : Descrizione della missione di Gaia (veicoli spaziali, strumenti, principi di rilevamento e misurazione e operazioni);
  4. Gaia Collaboration et al. 2018b ) : Riassunto dei contenuti e proprietà del sondaggio.
  5. Missione Gaia dell’Agenzia spaziale europea (ESA) ( https://www.cosmos.esa.int/gaia ), elaborati dal consorzio di elaborazione e analisi dei dati di Gaia (DPAC, https: // www .cosmos.esa.int / web / gaia / dpac / consorzio ).

 

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