Οι νέοι χάρτες του Milky Way είναι οι μεγαλύτεροι και καλύτεροι μέχρι τώρα
Στις 13 Ιουνίου, στις 6 π.μ. ET, αστρονόμοι σε όλο τον κόσμο κατέβηκαν στο Αρχείο Gaia:η ιστοσελίδα προσγείωσης για κάθε τελευταίο κομμάτι δεδομένων από την αποστολή Γαλαξίας του Ευρωπαϊκού Διαστημικού Οργανισμού (ESA) – χαρτογράφησης Global Astrometric Interferometer for Astrophysics (Gaia). Μετά από χρόνια βαθμονόμησης και επικύρωσης των μετρήσεων του διαστημικού σκάφους για την κίνηση, την ταχύτητα, τη φωτεινότητα, τη σύνθεση και άλλες ιδιότητες εκατοντάδων εκατομμυρίων άστρων, οι υπεύθυνοι της αποστολής αποκάλυψαν τελικά το Data Release 3 (DR3) στο κοινό. Μεταξύ της ανάγνωσης δελτίων τύπου και της δημοσίευσης εικόνων κέικ με θέμα το τηλεσκόπιο στο Twitter, οι επιστήμονες άρχισαν να ψάχνουν το DR3 για τις επόμενες μεγάλες ανακαλύψεις σε μαύρες τρύπες, αστεροειδείς, γαλαξιακή αρχαιολογία, εξωπλανήτες και πολλά άλλα.
Μέσα σε λίγα λεπτά από την κυκλοφορία, η ESA αποκάλυψε ενημερωμένους τρισδιάστατους χάρτες του Γαλαξία μας και εξαπέλυσε έναν κατακλυσμό νέων πληροφοριών για τα δισεκατομμύρια αστέρια γύρω μας—από τι είναι φτιαγμένα, προς ποια κατεύθυνση ταξιδεύουν και πόσο γρήγορα και παλιά είναι—όλα στην υπηρεσία του θεμελιώδους στόχου της Γαίας να ερευνήσει τον ουρανό για να κατανοήσει καλύτερα τον γαλαξία μας.
«Δεν περίμενα να έχουμε τόσο καλή κάλυψη. Όλοι αυτοί οι χάρτες — το σαγόνι μου έπεσε», λέει ο Ronald Drimmel, αστρονόμος στο Αστροφυσικό Παρατηρητήριο του Τορίνο στο Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής της Ιταλίας και μέλος της Κοινοπραξίας Επεξεργασίας και Ανάλυσης Δεδομένων Gaia (DPAC), ο οποίος εργάζεται στη Γαία από το τέλη της δεκαετίας του 1990.
Ο Drimmel πέρασε μερικούς μήνες πριν από την κυκλοφορία, ελέγχοντας μερικές από τις παρατηρήσεις της Gaia - αρκετή ώρα για να συγκεντρώσει ένα χαρτί, ένα από τα πολλά έγγραφα που έγραψε η ομάδα DPAC για να δείξει τι είναι δυνατό με το DR3. Με νέες μετρήσεις των τρισδιάστατων τροχιών περισσότερων από 33 εκατομμυρίων αστεριών - συμπεριλαμβανομένης της κίνησής τους προς και μακριά από εμάς, όχι μόνο στον ουρανό - ο Drimmel και οι συνεργάτες του χαρτογράφησαν τις αστρικές κινήσεις διαφορετικών τμημάτων του γαλαξία μας, ειδικά εκείνων για οι δύο συρόμενοι σπειροειδείς βραχίονες του Γαλαξία και το πεπλατυσμένο, σε σχήμα ράβδου κέντρο ανάμεσά τους. Γνωρίζοντας πώς κινούνται τα αστέρια σε αυτές τις ανόμοιες περιοχές σήμερα, μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να αναθεωρήσουν την εμφάνιση του χαρακτηριστικού σπειροειδούς σχήματος του γαλαξία μας, καθώς και να κατανοήσουν πώς μπορεί να προκύψουν τέτοιες δομές σε άλλους γαλαξίες.
«Τώρα βρισκόμαστε σε μια εποχή, τουλάχιστον για τον Γαλαξία, όπου μπορούμε να δούμε όλα αυτά τα πολύ δυναμικά πράγματα να συμβαίνουν», λέει ο Adrian Price-Whelan, αστρονόμος στο Κέντρο Υπολογιστικής Αστροφυσικής (CCA) στο Ινστιτούτο Flatiron. στη Νέα Υόρκη, ο οποίος συνέγραψε μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε στον διακομιστή προεκτύπωσης arXiv.org μόλις μία ημέρα μετά την κυκλοφορία του DR3. Χρησιμοποίησαν τις ενημερωμένες αστρικές κινήσεις στο DR3 για να βρουν σημάδια διαταραχών στη δομή του Γαλαξία μας που προκλήθηκαν από γεγονότα όπως παρ' ολίγον ατυχήματα μεταξύ μας και του νάνου γαλαξία Τοξότη - ένα μικρό απομεινάρι ενός γαλαξία που πιάστηκε σε μια σπείρα θανάτου γύρω από τον δικό μας. Η μελέτη αυτού και άλλων «δορυφορικών» γαλαξιών βοηθά τους ερευνητές να εντοπίσουν βασικά γεγονότα στη χαοτική ιστορία του Γαλαξία, αποκαλύπτοντας τις επικές διαγαλαξιακές συγκρούσεις και τις κοντινές κλήσεις που οδήγησαν στη γνώριμη σπείρα των αστεριών μας για δισεκατομμύρια χρόνια. "Η ιστορία του γαλαξία μας είναι αυτό που τα πράγματα έχουν πέσει και απορροφηθεί στον Γαλαξία μας με την πάροδο του χρόνου - αυτό συνδέεται και με τη συσσώρευση του γαλαξία μας αλλά έχει επίσης συνέπειες για τις δομές που βλέπουμε στον γαλαξία", εξηγεί ο Price-Whelan.
Οι ακριβείς κινήσεις που μετρήθηκαν από τη Γαία είναι επίσης βασικές για τον εντοπισμό συστημάτων μικρότερης κλίμακας εντός του γαλαξία, συμπεριλαμβανομένων των δυαδικών αστεριών, καθώς και των αστεριών που περιφέρονται γύρω από πιο εξωτικά αστροφυσικά αντικείμενα, όπως αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπες. Αυτά τα πυκνά «αστρικά υπολείμματα» είναι ουσιαστικά υπολείμματα από τους θανάτους μεγάλων άστρων. Εάν αυτά τα μεγάλα αστέρια βρίσκονται σε δυαδικά συστήματα, οι θεωρίες των αστρονόμων προβλέπουν ότι τα υπολείμματα θα συνεχίσουν να περιφέρονται γύρω από τα μη νεκρά συνοδό τους αστέρια, επομένως οι ερευνητές αναμένουν να βρουν μια μαύρη τρύπα σε ένα δυαδικό σύστημα από τα δεδομένα της Γαίας ανά πάσα στιγμή.
«Είμαστε όλοι ενθουσιασμένοι με τις μαύρες τρύπες. Όλοι αγωνίζονται για να βρουν τη μαύρη τρύπα», λέει η Katie Breivik, αστρονόμος στο CCA. Ωστόσο, χτενίζοντας τον τεράστιο νέο κατάλογο δυαδικών συστημάτων στο DR3 τις μέρες μετά την κυκλοφορία, «είμασταν σαν, «Αλήθεια; Δεν υπάρχει τίποτα? Δεν υπάρχει ούτε μία γιγαντιαία μαύρη τρύπα που να μας ουρλιάζει;» Αλλά δεν πειράζει. Οι ελπίδες μας δεν έχουν διαψευστεί ακόμα."
Ο Μπρέιβικ έχει πολλά περισσότερα να δουλέψει. «Όσον αφορά την πραγματική επιστήμη της «ηλεκτρικής ενέργειας» που νομίζω ότι θα φέρουν τα δεδομένα της Γαίας, είναι απλώς η δυνατότητα να παρατηρεί δυαδικά αστέρια - δυαδικά αστέρια όλων των διαφορετικών μαζών, ειδών και φάσεων εξέλιξης», λέει. Από την απελευθέρωση των δεδομένων, ο Breivik έχει βελτιώσει τις συνθετικές εκδόσεις των δεδομένων Gaia για συστήματα δυαδικών αστέρων. Για να το κάνει αυτό, χρησιμοποιεί μαθηματικά μοντέλα για να δημιουργήσει τεχνητούς πληθυσμούς άστρων για τελική σύγκριση με τα πραγματικά αποτελέσματα της Γαίας, προκειμένου να αναζητήσει πού βρίσκονται οι τρύπες στις τρέχουσες θεωρίες μας.
Η διασκέδαση με τα αστέρια δεν τελειώνει με τα δυαδικά. «Ένα από τα πράγματα που κάνω με το [DR3] αμέσως είναι να δουλεύω σε ένα πολύ κοντινό δείγμα αστεριών», λέει η Jacqueline Faherty, αστροφυσικός στο Αμερικανικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας στη Νέα Υόρκη. Ελπίζει να ανακαλύψει από πού προέρχονται τα αστέρια και πού πάνε στο μέλλον. Το έργο του Faherty βοηθείται από μια πολυαναμενόμενη προσθήκη στο DR3:τα αστρικά φάσματα, τα οποία απεικονίζουν πώς η φωτεινότητα ενός αστεριού ποικίλλει ανάλογα με το μήκος κύματος ή το χρώμα του εκπεμπόμενου φωτός του. Τα φάσματα μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με τη θερμοκρασία και τη χημική σύνθεση των άστρων. Τα δακτυλικά αποτυπώματα διαφορετικών στοιχείων που εντοπίζονται στα φάσματα μπορούν να εντοπίσουν αστέρια που μπορεί να είχαν γεννηθεί στις ίδιες περιοχές. Αυτό βοηθά τους αστρονόμους να «γυρίσουν πίσω το ρολόι» για να καταλάβουν πώς αναδύθηκαν και εξελίχθηκαν διάφοροι αστρικοί πληθυσμοί με την πάροδο του χρόνου, ενώ παράλληλα υπαινίσσεται τι πρόκειται να ακολουθήσει και επιτρέπει στην έρευνα να προβλέψει πότε, πού και πώς μπορεί να σχηματιστούν οι μελλοντικές γενιές άστρων.
Αλλά δεν είναι μόνο οι λάτρεις των σταρ που ενθουσιάζονται με τα φάσματα. Το DR3 περιέχει επίσης φάσματα για περίπου 60.000 αστεροειδείς. Ερευνητές όπως η Federica Spoto του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα φάσματα για να μάθουν από τι αποτελούνται οι μακρινοί αστεροειδείς και να βρουν «οικογένειες» που βασίζονται στη σύνθεση για να βοηθήσουν στη σύνδεση των διάσπαρτων διαστημικών πετρωμάτων με τα αρχικά αντικείμενα από τα οποία αποσπάστηκαν. Χρησιμοποιώντας τις λεπτομερείς μετρήσεις του DR3 για τις κινήσεις των αστεροειδών, καθώς και τα φάσματα τους, το Spoto θέλει να κάνει πίσω κατά μήκος της τροχιάς των αστεροειδών για να εντοπίσει τα βασικά συμβάντα πρόσκρουσης που τους σχημάτισαν και πότε συνέβησαν αυτά τα γεγονότα. "Αν ακολουθήσετε ολόκληρη την κύρια ζώνη [αστεροειδών], όλες τις συγκρούσεις, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα χρονοδιάγραμμα των πρώτων φάσεων του σχηματισμού του ηλιακού συστήματος", λέει.
Οι Faherty, Drimmel, Spoto, Price-Whelan και Breivik συμφωνούν ότι υπάρχει αρκετή επιστήμη για να εργαστεί κανείς στο DR3 για τις επόμενες γενιές αστρονόμων, ωστόσο τα δεδομένα προέρχονται μόνο από τους πρώτους 34 μήνες των παρατηρήσεων της Gaia. Υπάρχουν ακόμη ανέγγιχτες παρατηρήσεις πολλών ετών που πρέπει να περιμένουμε καθώς η αποστολή συνεχίζεται, και οι αστρονόμοι το γνωρίζουν. «Δεν υπάρχει ανάπαυση», λέει ο Drimmel, του οποίου οι συνάδελφοι στην ομάδα DPAC εργάζονται για την επόμενη έκδοση δεδομένων από τα τέλη του 2021.
Με το Data Release 4 (DR4), που πρόκειται να κυκλοφορήσει τα επόμενα χρόνια, μπορούμε να αναμένουμε διπλασιασμό του αριθμού των καταγεγραμμένων αστεροειδών, λέει το μέλος της DPAC και αστρονόμος Paolo Tanga του Παρατηρητηρίου της Κυανής Ακτής στη Γαλλία. Θα υπάρχουν αστέρια με μεγαλύτερη μάζα που ελπίζουμε να εντοπίσουμε μαύρες τρύπες γύρω από τον Μπρέιβικ και ακόμη πιο ακριβείς αστρικές θέσεις και τροχιές για παιχνίδι, κάτι για το οποίο ενθουσιάζονται οι εξερευνητές εξωπλανητών.
"Εξετάζουμε τα δεδομένα της Γαίας για αποδείξεις ότι ένα αστέρι δείχνει κάποιο τράβηγμα από έναν αόρατο τεράστιο πλανήτη", λέει ο Thayne Currie, αστροφυσικός στο Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA στο Moffett Field, Καλιφόρνια. Χρησιμοποιώντας τη Γαία για να αναζητήσουμε αστέρια που εμφανίζουν ενδεικτικό πλανήτη -προκαλώντας ταλαντεύσεις στην πορεία τους στον ουρανό, ελπίζει να εντοπίσει υποψήφια αστρικά συστήματα για μετέπειτα μελέτες με άλλα τηλεσκόπια που θα μπορούσαν να επιβεβαιώσουν και να χαρακτηρίσουν οποιουσδήποτε κόσμους εκεί.
Η επόμενη παρτίδα δεδομένων που χρειάζεται ο Currie θα προέλθει από το DR4, αλλά αυτός και οι συνάδελφοί του είναι ήδη σίγουροι ότι η μέθοδος κυνηγιού πλανητών λειτουργεί, με βάση προκαταρκτικές εξερευνήσεις προηγούμενων εκδόσεων - και δεν είναι οι μόνοι. Μια ομάδα με επικεφαλής τον αστρονόμο Aviad Panahi του Πανεπιστημίου του Τελ Αβίβ επιβεβαίωσε τους δύο πρώτους εξωπλανήτες που βρέθηκαν σε προηγούμενα δεδομένα της Γαίας σε μια προεκτυπωμένη εργασία που έγινε πρόσφατα αποδεκτή για δημοσίευση από την Astronomy &Astrophysics. Οι γίγαντες πλανήτες με θερμό αέριο Gaia-1b και Gaia-2b εντοπίστηκαν όταν πέρασαν μπροστά από το αντίστοιχο αστέρι ξενιστή τους, όπως φαίνεται από την τροχιά της Γης, γεγονός που προκάλεσε μια στιγμιαία πτώση στη φωτεινότητα κάθε άστρου στην οπτική της Γαίας. Με βάση την επιτυχία της τεχνικής τους -υποστηριζόμενη από επακόλουθες παρατηρήσεις των πλανητών χρησιμοποιώντας ένα επίγειο τηλεσκόπιο - ο Panahi και οι συνάδελφοί του σχεδιάζουν να αναζητήσουν τις ίδιες αλλαγές στη φωτεινότητα στα νέα δεδομένα της Gaia για να βρουν περισσότερους εξωπλανήτες, το οποίο προσθέτει κυνήγι πλανητών στη μακρά λίστα δυνατών δραστηριοτήτων με το DR3.
«Άλλοι άνθρωποι θέλουν πιο σέξι αποστολές», λέει ο Faherty, αναφερόμενος σε έργα όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb αξίας 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων της NASA και τους παρόμοιους ακριβούς (και επεκτατικούς) προτεινόμενους διαδόχους του που σχεδιάζουν να αναζητήσουν σημεία ζωής σε άλλους κόσμους. Αλλά η θεμελιώδης φύση της αποστολής της Γαίας - μια παντός ουρανού έρευνα των άστρων - στηρίζει όλη την αστροφυσική. Η ικανότητά του για ακριβείς μετρήσεις της φωτεινότητας και των θέσεων των αντικειμένων που διέρχονται από το οπτικό πεδίο καθιστά την αποστολή ένα ισχυρό εργαλείο γενικής χρήσης για την αστρονομία κάθε είδους. «Είναι η θεμελιώδης μέτρηση του σύμπαντος:μια μέτρηση απόστασης», λέει ο Faherty. "Και αυτό είναι το μεγαλύτερο παρατηρητήριο μέτρησης απόστασης που υπήρξε ποτέ."
