Den 19 december 2013 genomförde Europeiska rymdorganisationen (ESA) Gaia rymdskepp tog sig till rymden med ett av de mest ambitiösa uppdragen någonsin. Under det planerade 5-åriga uppdraget (som nyligen utökades) skulle detta rymdobservatorium kartlägga över en miljard stjärnor, planeter, kometer, asteroider och kvasarer för att skapa den största och mest exakta 3D-katalogen över Vintergatan någonsin skapats.
Den första utgåvan av Gaia data, som ägde rum i september 2016, innehöll avstånd och rörelser för över två miljoner stjärnor. Men den andra datautgivningen, som ägde rum den 25 april 2018, är ännu mer imponerande. I utgåvan ingår positioner, avståndsindikatorer och rörelser för mer än en miljard stjärnor, asteroider i vårt solsystem och till och med stjärnor bortom Vintergatan.
Medan det första datalappet baserades på ett drygt års observationsvärde, täcker det nya datalappet en period på cirka 22 månader - som löpt från 25 juli 2014 till 23 maj 2016. Preliminär analys av dessa uppgifter har avslöjat böter detaljer om 1,7 miljarder stjärnor i Vintergatan och hur de rör sig, vilket är avgörande för att förstå hur vår galax utvecklades över tid.
Som Günther Hasinger, ESA: s vetenskapsdirektör, förklarade i ett pressmeddelande från ESA:
“Observationerna som samlats in av Gaia omdefinierar grunden för astronomin. Gaia är ett ambitiöst uppdrag som förlitar sig på ett enormt mänskligt samarbete för att känna till en stor mängd mycket komplexa data. Det visar behovet av långsiktiga projekt för att garantera framsteg inom rymdvetenskap och teknik och för att genomföra ännu djärvare vetenskapliga uppdrag under de kommande decennierna.“
Precisionen av GaiaInstrumenten har tillåtit mätningar som är så exakta att det var möjligt att separera parallaxen av stjärnor - den uppenbara förändringen orsakad av jordens omloppsbana runt solen - från deras rörelser genom galaxen. Av de 1,7 miljarder katalogiserade stjärnorna mättes och listades parallaxen och hastigheten (aka. Rätt rörelse) på mer än 1,3 miljarder.
För cirka 10% av dessa var parallaxmätningarna så exakta att astronomer direkt kan uppskatta avstånd till de enskilda stjärnorna. Som Anthony Brown från Leiden universitet, som också är ordförande för Gaia Data Processing and Analysis Consortium Executive Board, förklarade:
“Den andra utgivningen av Gaia representerar ett stort steg framåt med avseende på ESA‘s Hipparcos satellit, Gaia‘s föregångare och det första rymduppdraget för astrometri, som undersökte cirka 118 000 stjärnor för nästan trettio år sedan… Det stora antalet stjärnor ensam, med sina positioner och rörelser, skulle göra Gaia‘s nya katalog redan ganska förvånande. Men det finns mer: den här unika vetenskapliga katalogen innehåller många andra datatyper, med information om egenskaperna hos stjärnorna och andra himmelsföremål, vilket gör denna utgåva verkligen exceptionell.“
Förutom de riktiga rörelserna för stjärnor, ger katalogen information om ett brett spektrum av ämnen som kommer att vara av intresse för astronomer och astrofysiker. Dessa inkluderar ljusstyrka och färgmätningar av nästan alla 1,7 miljarder katalogiserade stjärnor, samt information om hur ljusstyrkan och färgen förändras för en halv miljon variabla stjärnor över tid.
Den innehåller också hastigheterna längs siktlinjen för sju miljoner stjärnor, yttemperaturerna på cirka 100 miljoner och den interstellära dammeffekten på 87 miljoner. Gaia-uppgifterna innehåller också information om objekt i vårt solsystem, som inkluderar positionerna för 14 000 kända asteroider (som möjliggör en exakt bestämning av deras banor).
Bortom mjölkvägen, Gaia fick mer exakta mätningar av positionerna för en halv miljon avlägsna kvasarer - ljusa galaxer som avger enorma mängder energi på grund av närvaron av ett supermassivt svart hål i deras centrum. Tidigare har kvasarer använts som referensram för himmelkoordinaterna för alla objekt i Gaia katalog baserad på radiovågor.
Men denna information kommer nu att finnas tillgänglig för optiska våglängder för första gången. Detta och annan utveckling möjliggjord av Gaia, kan revolutionera hur vi studerar vår galax och universum. Som Antonella Vallenari, från Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), det astronomiska observatoriet i Padua, Italien, och vice ordförande för datorstyrningskonsortiets verkställande styrelse, angav:
“De nya Gaia-uppgifterna är så kraftfulla att spännande resultat bara hoppar på oss. Vi har till exempel byggt det mest detaljerade Hertzsprung-Russell-diagrammet över stjärnor som någonsin gjorts på full himmel och vi kan redan se några intressanta trender. Det känns som att vi invigar en ny era av galaktisk arkeologi.“
Hertzsprung-Russell-diagrammet, som är uppkallat efter de två astronomerna som utformade det i början av 1900-talet, är grundläggande för studien av stjärnpopulationer och deras utveckling. Baserat på fyra miljoner stjärnor som valts ur katalogen (som alla löper fem tusen ljusår från solen) kunde forskare avslöja många fina detaljer om stjärnor bortom vårt solsystem för första gången.
Tillsammans med mätningar av deras hastigheter möjliggör Gaia Hertzsprung-Russell-diagrammet astronomer att skilja mellan populationer av stjärnor som är i olika åldrar, är belägna i olika regioner i Vintergatan (dvs skivan och gloria), och som bildas i olika åldrar sätt. Dessa inkluderar snabbrörelsestjärnor som tidigare tros tillhöra gloria, men är faktiskt en del av två stjärnpopulationer.
"Gaia kommer i hög grad att främja vår förståelse av universum på alla kosmiska skalor," sade Timo Prusti, en Gaia-projektforskare vid ESA. "Även i närheten av solen, som är den region som vi trodde att vi förstod bäst, avslöjar Gaia nya och spännande funktioner."
Till exempel för en delmängd stjärnor inom några tusen ljusår från solen, Gaia mätte deras hastighet i alla tre dimensioner. Från detta har det fastställts att de följer ett liknande mönster som stjärnor som kretsar kring galaxen med liknande hastigheter. Orsaken till dessa mönster kommer att bli föremål för framtida forskning, eftersom det är oklart om det orsakas av vår galax själv eller är resultatet av interaktioner med mindre galaxer som slogs samman med oss tidigare.
Sist men inte minst, Gaia data kommer att användas för att lära sig mer om banorna i 75 globulära kluster och 12 dvärggalaxier som kretsar kring Vintergatan. Denna information kommer att belysa utvecklingen av vår galax, gravitationskraften som påverkar den och den roll som mörk materia spelar. Som Fred Jansen, Gaia mission manager på ESA, uttryckte det:
“Gaia är astronomi på sitt bästa. Forskare kommer att vara upptagna med denna information under många år, och vi är redo att bli förvånade över snöskredet av upptäckter som kommer att låsa upp vår galaxs hemligheter.“
Den tredje utgåvan av Gaia data planeras ske i slutet av 2020, med den slutliga katalogen publicerad på 2020-talet. Under tiden har en förlängning redan godkänts för Gaia uppdrag, som nu kommer att vara i drift fram till slutet av 2020 (kommer att bekräftas i slutet av detta år). En serie vetenskapliga artiklar som beskriver vad som har lärt sig från denna senaste utgåva kommer också att visas i en specialutgåva av Astronomi & astrofysik.
Från stjärnorna till utvecklingen av vår galax, den andra Gaia datalagring visar sig redan vara en välsignelse för astronomer och astrofysiker. Även efter att uppdraget avslutats kan vi förvänta oss att forskare fortfarande kommer att analysera uppgifterna och lära sig mycket mer om vårt universums struktur och utveckling.
