Den 19. december 2013 blev Det Europæiske Rumorganisations (ESA) Gaia rumfartøjer tog plads til rummet med en af de mest ambitiøse missioner nogensinde. I løbet af sin planlagte 5-årige mission (som for nylig blev udvidet), ville dette rumobservatorium kortlægge en milliard stjerner, planeter, kometer, asteroider og kvasarer for at skabe den største og mest præcise 3D-katalog over Mælkevejen nogensinde oprettet.
Den første udgivelse af Gaia data, der fandt sted i september 2016, indeholdt afstande og bevægelser fra over to millioner stjerner. Men den anden dataudgivelse, der fandt sted den 25. april 2018, er endnu mere imponerende. Inkluderet i frigivelsen er positioner, afstandsindikatorer og bevægelser for mere end en milliard stjerner, asteroider i vores solsystem og endda stjerner ud over Mælkevejen.
Mens den første dataudgivelse var baseret på lidt over et års observationer, dækker den nye dataudgivelse en periode på ca. 22 måneder - som løb fra den 25. juli 2014 til den 23. maj 2016. Foreløbig analyse af disse data har afsløret fint detaljer om 1,7 milliarder stjerner i Mælkevejen, og hvordan de bevæger sig, hvilket er vigtigt for at forstå, hvordan vores galakse udviklede sig over tid.
Som Günther Hasinger, ESAs videnskabsdirektør, forklarede i en nylig ESA-pressemeddelelse:
“Observationer indsamlet af Gaia omdefinerer fundamentet for astronomi. Gaia er en ambitiøs mission, der er afhængig af et enormt menneskeligt samarbejde for at give mening om et stort antal meget komplekse data. Det demonstrerer behovet for langsigtede projekter for at garantere fremskridt inden for rumvidenskab og teknologi og til at gennemføre endnu mere dristige videnskabelige missioner i de kommende årtier.“
Præcisionen af GaiaInstrumenter har tilladt målinger, der er så nøjagtige, at det var muligt at adskille parallaxen af stjerner - det tilsyneladende skift forårsaget af Jordens bane rundt om Solen - fra deres bevægelser gennem galaksen. Af de katalogiserede 1,7 milliarder stjerner blev parallaxen og hastigheden (aka. Korrekt bevægelse) på mere end 1,3 milliarder målt og listet.
For ca. 10% af disse var parallaxmålingerne så nøjagtige, at astronomer direkte kan estimere afstande til de enkelte stjerner. Som Anthony Brown fra Leiden Universitet, der også er formand for Gaia Data Processing and Analyse Consortiums bestyrelse, forklarede:
“Den anden Gaia-dataudgivelse repræsenterer et stort spring fremad med hensyn til ESA‘s Hipparcos-satellit, Gaia‘s forgænger og den første rummission for astrometri, der undersøgte omkring 118 000 stjerner for næsten tredive år siden… Det store antal stjerner alene med deres positioner og bevægelser ville gøre Gaia‘s nye katalog allerede meget forbløffende. Men der er mere: denne unikke videnskabelige katalog inkluderer mange andre datatyper med information om stjernernes egenskaber og andre himmelobjekter, hvilket gør denne udgivelse virkelig enestående.“
Ud over de korrekte bevægelser af stjerner giver kataloget oplysninger om en lang række emner, der vil være af interesse for astronomer og astrofysikere. Disse inkluderer lysstyrke og farvemålinger af næsten alle de 1,7 milliarder kataloger, der er katalogiseret, samt information om, hvordan lysstyrken og farven ændrer sig for en halv million variable stjerner over tid.
Det indeholder også hastighederne langs sigtlinjen for syv millioner stjerner, overfladetemperaturerne på ca. 100 millioner og effekten mellemstøvet har på 87 millioner. Gaia-dataene indeholder også information om objekter i vores solsystem, som inkluderer positionerne for 14.000 kendte asteroider (som muliggør en nøjagtig bestemmelse af deres kredsløb).
Ud over Mælkevejen, Gaia opnåede mere nøjagtige målinger af positionerne for en halv million fjerne kvasarer - lyse galakser, der udsender store mængder energi på grund af tilstedeværelsen af et supermassivt sort hul i deres centre. I fortiden er kvasarer blevet brugt som en referenceramme for himmelkoordinaterne for alle objekter i Gaia katalog baseret på radiobølger.
Imidlertid vil denne information nu være tilgængelig ved optiske bølgelængder for første gang. Dette og anden udvikling muliggjort af Gaia, kunne revolutionere, hvordan vi studerer vores galakse og universet. Som Antonella Vallenari fra Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), det astronomiske observatorium i Padua, Italien og næstformanden for Executive Board of Data Processing Consortium, angav:
“De nye Gaia-data er så kraftige, at spændende resultater bare springer på os. For eksempel har vi 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 indviede en ny æra af galaktisk arkæologi.“
Hertzsprung-Russell-diagrammet, der er opkaldt efter de to astronomer, der udtænkte det i begyndelsen af det 20. århundrede, er grundlæggende for studiet af stjernestande populationer og deres udvikling. Baseret på fire millioner stjerner, der blev valgt fra kataloget (som alle tager fem tusinde lysår fra solen), kunne videnskabsmand afsløre mange fine detaljer om stjerner ud over vores solsystem for første gang.
Sammen med målinger af deres hastigheder giver Gaia Hertzsprung-Russell-diagrammet astronomer mulighed for at skelne mellem populationer af stjerner, der er i forskellige aldre, er placeret i forskellige regioner i Mælkevejen (dvs. disken og glorie), og den der dannes i forskellige måder. Disse inkluderer hurtigt bevægende stjerner, der tidligere blev antaget at tilhøre glorie, men er faktisk en del af to stjernestande populationer.
”Gaia vil i høj grad fremme vores forståelse af universet på alle kosmiske skalaer,” sagde Timo Prusti, en Gaia-projektforsker ved ESA. "Selv i nærheden af Solen, som er det område, vi troede, vi forstod bedst, afslører Gaia nye og spændende funktioner."
For eksempel for en undergruppe af stjerner inden for et par tusinde lysår fra solen, Gaia målte deres hastighed i alle tre dimensioner. Fra dette er det blevet bestemt, at de følger et lignende mønster som stjerner, der kredser om galaksen med samme hastighed. Årsagen til disse mønstre vil blive genstand for fremtidig forskning, da det er uklart, om det er forårsaget af vores galakse selv eller er resultatet af interaktioner med mindre galakser, der fusionerede med os i fortiden.
Sidst men ikke mindst, Gaia data vil blive brugt til at lære mere om kredsløb i 75 kugleformede klynger og 12 dværg galakser, der kredser om Mælkevejen. Denne information vil kaste yderligere lys på udviklingen af vores galakse, tyngdekraften, der påvirker den, og den rolle, som mørkt stof spiller. Som Fred Jansen, Gaia-missionschef hos ESA, udtrykte det:
“Gaia er astronomi på sit fineste. Forskere vil have travlt med disse data i mange år, og vi er klar til at blive overrasket over skredet af opdagelser, der vil låse hemmeligheden bag vores galakse op.“
Den tredje udgivelse af Gaia data er planlagt til at finde sted i slutningen af 2020, hvor det endelige katalog offentliggøres i 2020'erne. I mellemtiden er en udvidelse allerede godkendt til Gaia mission, som nu forbliver i drift indtil udgangen af 2020 (skal bekræftes i slutningen af dette år). En række videnskabelige artikler, der beskriver, hvad der er lært af denne seneste udgivelse, vises også i et specialudgave af Astronomi & astrofysik.
Fra udviklingen af stjerner til udviklingen af vores galakse, den anden Gaia dataforsendelse viser sig allerede at være en velsignelse for astronomer og astrofysikere. Selv efter missionen er afsluttet, kan vi forvente, at forskere stadig analyserer dataene og lærer meget mere om strukturen og udviklingen af vores univers.
