На 19 декември 2013 г. Европейската космическа агенция (ESA) Gaia космически кораб изведе в космоса с една от най-амбициозните мисии досега. В хода на планираната си 5-годишна мисия (която наскоро беше удължена) тази космическа обсерватория ще картографира над милиард звезди, планети, комети, астероиди и квазари, за да създаде най-големия и прецизен 3D каталог на Млечния път някога създаден.
Първото издание на Gaia данните, които се състояха през септември 2016 г., съдържаха разстоянията и движенията на над два милиона звезди. Но второто публикуване на данни, което се проведе на 25 април 2018 г., е още по-впечатляващо. В изданието са включени позициите, индикаторите за разстояние и движенията на повече от един милиард звезди, астероидите в нашата Слънчева система и дори звездите отвъд Млечния път.
Докато първото публикуване на данни се основаваше на наблюдения на стойност над една година, новото публикуване на данни обхваща период от около 22 месеца - който продължи от 25 юли 2014 г. до 23 май 2016 г. Предварителният анализ на тези данни показа глоба подробности за 1,7 милиарда звезди в Млечния път и как се движат, което е от съществено значение за разбирането как нашата галактика се е развила във времето.
Както Гюнтер Хасинджър, научен директор на ESA, обясни в неотдавнашно съобщение на ESA:
“Наблюденията, събрани от Гая, предефинират основите на астрономията. Gaia е амбициозна мисия, която разчита на огромно човешко сътрудничество, за да осмисли голям обем от изключително сложни данни. Той демонстрира необходимостта от дългосрочни проекти, които да гарантират напредък в космическата наука и технологии и да изпълняват още по-дръзки научни мисии през следващите десетилетия.“
Прецизността на GaiaПриборите позволяват измервания, които са толкова точни, че беше възможно да се раздели паралакса на звездите - очевидното изместване, причинено от орбитата на Земята около Слънцето - от техните движения през галактиката. От каталогизираните 1,7 милиарда звезди бяха измерени и изброени паралакса и скоростта (известна още като правилното движение) от над 1,3 милиарда.
За около 10% от тях измерванията на паралакса бяха толкова точни, че астрономите могат директно да преценят разстоянията до отделните звезди. Както обясни Антъни Браун от университета в Лайден, който е и председател на Изпълнителния съвет на консорциума за обработка на данни и анализ на Gaia:
“Второто издаване на данни на Gaia представлява огромен скок напред по отношение на ESA‘s сателит Хипаркос, Гая‘предшественик и първата космическа мисия за астрометрия, която изследва около 118 000 звезди преди почти тридесет години… Самият брой звезди, само с техните позиции и движения, би направил Гая‘Новият каталог вече е доста изумителен. Но има и още: този уникален научен каталог включва много други типове данни с информация за свойствата на звездите и други небесни обекти, което прави това издание наистина изключително.“
В допълнение към правилните движения на звездите, каталогът предоставя информация по широк спектър от теми, които ще представляват интерес за астрономите и астрофизиците. Те включват яркост и цветови измервания на почти всички катализирани 1,7 милиарда звезди, както и информация за това как яркостта и цвета се променят за половин милион променливи звезди във времето.
Той също така съдържа скоростите по линията на зрение от седем милиона звезди, повърхностните температури от около 100 милиона, а ефектът междузвезден прах има върху 87 милиона. Данните от Gaia съдържат и информация за обекти в нашата Слънчева система, която включва позициите на 14 000 известни астероиди (което ще позволи точното определяне на орбитите им).
Отвъд Млечния път, Gaia получили по-точни измервания на позициите на половин милион далечни квазари - ярки галактики, които излъчват огромни количества енергия поради наличието на супермасивна черна дупка в техните центрове. В миналото квазарите са били използвани като референтна рамка за небесните координати на всички обекти в Gaia каталог, базиран на радиовълни.
Тази информация обаче вече ще е налична за оптични дължини на вълната. Това и други развития стана възможно от Gaia, може да революционизира как изучаваме нашата галактика и Вселената. Както Антонела Валенари, от Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Астрономическата обсерватория в Падуа, Италия, и заместник-председателят на Изпълнителния съвет на Консорциума за обработка на данни, посочи:
“Новите данни на Gaia са толкова мощни, че вълнуващи резултати просто ни подскачат. Например, ние сме изградили най-подробната диаграма на Hertzsprung-Russell на звезди, правени някога в пълното небе и вече можем да забележим някои интересни тенденции. Усеща се, че започваме нова ера на галактическата археология.“
Диаграмата на Hertzsprung-Russell, която е кръстена на двамата астрономи, които са я разработили в началото на 20-ти век, е основна за изследването на звездното население и тяхната еволюция. Въз основа на четири милиона звезди, които бяха избрани от каталога (всички те издържат пет хиляди светлинни години от Слънцето), ученият успя да разкрие много фини детайли за звезди извън нашата Слънчева система.
Наред с измерванията на скоростите им, диаграмата Gaia Hertzsprung-Russell дава възможност на астрономите да правят разграничение между популации от звезди от различна възраст, разположени в различни райони на Млечния път (т.е. диска и ореола) и които са се образували в различни начини. Те включват бързо движещи се звезди, за които преди се е смятало, че принадлежат към ореола, но всъщност са част от две звездни популации.
„Гея ще подобри значително нашето разбиране за Вселената на всички космически мащаби“, каза Тимо Прусти, учен от проекта на Гея в ESA. „Дори в квартала на Слънцето, който е регионът, за който смятахме, че сме го разбрали най-добре, Гея разкрива нови и вълнуващи характеристики.“
Например за подмножество звезди в рамките на няколко хиляди светлинни години от Слънцето, Gaia измерва скоростта им и в трите измерения. От това е установено, че те следват подобен модел на звезди, които обикалят около орбитата на галактиката със сходна скорост. Причината за тези модели ще бъде обект на бъдещи изследвания, тъй като не е ясно дали тя е причинена от самата ни галактика или е резултат от взаимодействия с по-малки галактики, които са се слели с нас в миналото.
Последно, но не на последно място, Gaia данните ще бъдат използвани, за да научите повече за орбитите на 75 кълбовидни клъстери и 12 галактики джуджета, които се въртят около Млечния път. Тази информация ще хвърли допълнителна светлина върху еволюцията на нашата галактика, гравитационните сили, които я засягат, и ролята, която играе тъмната материя. Както казва Фред Янсен, ръководителят на мисията Gaia в ESA:
“Гая е най-добрата астрономия. Учените ще бъдат заети с тези данни дълги години и ние сме готови да бъдем изненадани от лавината от открития, които ще отключат тайните на нашата Галактика.“
Третото издание на Gaia данните са планирани да се проведат в края на 2020 г., като окончателният каталог ще бъде публикуван през 2020 г. Междувременно вече е одобрено разширение за Gaia мисия, която сега ще остане в действие до края на 2020 г. (ще бъде потвърдена в края на тази година). Поредица от научни доклади, описващи наученото от това последно издание, също ще се появи в специален брой на Астрономия и астрофизика.
От еволюцията на звездите до еволюцията на нашата галактика, втората Gaia освобождаването на данни вече се оказва благодат за астрономите и астрофизиците. Дори след приключването на мисията можем да очакваме, че учените все още ще анализират данните и ще научат много повече за структурата и еволюцията на нашата Вселена.
