Op 19 december 2013 heeft de European Space Agency’s (ESA) Gaia ruimtevaartuig ging de ruimte in met een van de meest ambitieuze missies ooit. In de loop van de geplande 5-jarige missie (die onlangs is verlengd), zou dit ruimteobservatorium meer dan een miljard sterren, planeten, kometen, asteroïden en quasars in kaart brengen om de grootste en meest nauwkeurige 3D-catalogus van de Melkweg ooit te creëren gemaakt.
De eerste release van Gaia gegevens, die plaatsvonden in september 2016, bevatten de afstanden en bewegingen van meer dan twee miljoen sterren. Maar de tweede dataversie, die plaatsvond op 25 april 2018, is nog indrukwekkender. Inbegrepen in de release zijn de posities, afstandsindicatoren en bewegingen van meer dan een miljard sterren, asteroïden binnen ons zonnestelsel en zelfs sterren voorbij de Melkweg.
Terwijl de eerste gegevensversie was gebaseerd op iets meer dan een jaar aan waarnemingen, beslaat de nieuwe gegevensversie een periode van ongeveer 22 maanden - die liep van 25 juli 2014 tot 23 mei 2016. Een voorlopige analyse van deze gegevens heeft uitgewezen dat er een boete is beschrijft ongeveer 1,7 miljard sterren in de Melkweg en hoe ze bewegen, wat essentieel is om te begrijpen hoe ons sterrenstelsel in de loop van de tijd is geëvolueerd.
Zoals Günther Hasinger, de ESA-directeur van wetenschap, uitlegde in een recent ESA-persbericht:
“De door Gaia verzamelde waarnemingen herdefiniëren de grondslagen van de astronomie. Gaia is een ambitieuze missie die vertrouwt op een enorme menselijke samenwerking om een groot aantal zeer complexe gegevens te begrijpen. Het toont aan dat er langetermijnprojecten nodig zijn om vooruitgang op het gebied van ruimtewetenschap en -technologie te garanderen en om nog gewaagdere wetenschappelijke missies van de komende decennia uit te voeren.“
De precisie van Gaia‘S instrumenten hebben metingen mogelijk gemaakt die zo nauwkeurig zijn dat het mogelijk was om de parallax van sterren - de schijnbare verschuiving veroorzaakt door de baan van de aarde rond de zon - te scheiden van hun bewegingen door de melkweg. Van de 1,7 miljard gecatalogiseerde sterren werden de parallax en snelheid (ofwel de eigenlijke beweging) van meer dan 1,3 miljard gemeten en opgesomd.
Voor ongeveer 10% hiervan waren de parallaxmetingen zo nauwkeurig dat astronomen de afstanden tot de individuele sterren direct kunnen schatten. Anthony Brown van de Universiteit Leiden, tevens voorzitter van het College van Bestuur van het Gaia Data Processing and Analysis Consortium, legt uit:
“De tweede Gaia-gegevensuitgave betekent een enorme sprong voorwaarts met betrekking tot ESA‘s Hipparcos-satelliet, Gaia‘voorganger en de eerste ruimtemissie voor astrometrie, die bijna dertig jaar geleden zo'n 118.000 sterren onderzocht… Alleen al het aantal sterren, met hun posities en bewegingen, zou Gaia maken‘s nieuwe catalogus al behoorlijk verbazingwekkend. Maar er is meer: deze unieke wetenschappelijke catalogus bevat veel andere gegevenstypen, met informatie over de eigenschappen van de sterren en andere hemellichamen, wat deze uitgave echt uitzonderlijk maakt.“
Naast de juiste bewegingen van sterren, biedt de catalogus informatie over een breed scala aan onderwerpen die interessant zijn voor astronomen en astrofysici. Deze omvatten helderheids- en kleurmetingen van bijna alle 1,7 miljard gecatalogiseerde sterren, evenals informatie over hoe de helderheid en kleur veranderen voor een half miljoen variabele sterren in de tijd.
Het bevat ook de snelheden langs de gezichtslijn van zeven miljoen sterren, de oppervlaktetemperaturen van ongeveer 100 miljoen en het effect dat interstellair stof heeft op 87 miljoen. De Gaia-gegevens bevatten ook informatie over objecten in ons zonnestelsel, waaronder de posities van 14.000 bekende asteroïden (die de precieze bepaling van hun banen mogelijk maken).
Voorbij de Melkweg, Gaia verkregen nauwkeurigere metingen van de posities van een half miljoen verre quasars - heldere sterrenstelsels die enorme hoeveelheden energie uitstralen vanwege de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat in hun centra. In het verleden zijn quasars gebruikt als referentiekader voor de hemelcoördinaten van alle objecten in de Gaia catalogus gebaseerd op radiogolven.
Deze informatie zal nu echter voor het eerst beschikbaar zijn bij optische golflengten. Deze en andere ontwikkelingen zijn mogelijk gemaakt door Gaia, zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop we ons sterrenstelsel en het heelal bestuderen. Zoals Antonella Vallenari, van het Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), de Astronomical Observatory van Padua, Italië, en de plaatsvervangend voorzitter van de Raad van Bestuur van het Data Processing Consortium:
“De nieuwe Gaia-gegevens zijn zo krachtig dat opwindende resultaten ons alleen maar bekoren. We hebben bijvoorbeeld het meest gedetailleerde Hertzsprung-Russell-diagram van sterren gemaakt dat ooit in de volle lucht is gemaakt en we kunnen al enkele interessante trends zien. Het voelt alsof we een nieuw tijdperk van Galactische archeologie inluiden.“
Het Hertzsprung-Russell-diagram, genoemd naar de twee astronomen die het in het begin van de 20e eeuw hebben bedacht, is fundamenteel voor de studie van sterpopulaties en hun evolutie. Op basis van vier miljoen sterren die uit de catalogus waren geselecteerd (die allemaal binnen vijfduizend lichtjaar van de zon verwijderd zijn), konden wetenschappers voor het eerst veel fijne details onthullen over sterren buiten ons zonnestelsel.
Naast metingen van hun snelheden, stelt het Gaia Hertzsprung-Russell-diagram astronomen in staat om onderscheid te maken tussen populaties van sterren van verschillende leeftijden, die zich in verschillende delen van de Melkweg bevinden (dwz de schijf en de halo), en die zich in verschillende manieren. Deze omvatten snel bewegende sterren waarvan eerder werd gedacht dat ze tot de halo behoorden, maar die eigenlijk deel uitmaken van twee stellaire populaties.
"Gaia zal ons begrip van het heelal op alle kosmische schalen enorm bevorderen", zegt Timo Prusti, een Gaia-projectwetenschapper bij ESA. "Zelfs in de buurt van de zon, de regio waarvan we dachten dat we die het beste begrepen, onthult Gaia nieuwe en opwindende kenmerken."
Bijvoorbeeld voor een subset van sterren binnen een paar duizend lichtjaar van de zon, Gaia maten hun snelheid in alle drie dimensies. Hieruit is vastgesteld dat ze een soortgelijk patroon volgen als sterren die met vergelijkbare snelheden om de melkweg cirkelen. De oorzaak van deze patronen zal onderwerp zijn van toekomstig onderzoek, omdat het onduidelijk is of het wordt veroorzaakt door ons sterrenstelsel zelf of het gevolg is van interacties met kleinere sterrenstelsels die in het verleden met ons zijn samengesmolten.
Tenslotte, Gaia gegevens zullen worden gebruikt om meer te weten te komen over de banen van 75 bolhopen en 12 dwergstelsels die rond de Melkweg draaien. Deze informatie zal verder licht werpen op de evolutie van ons sterrenstelsel, de zwaartekracht die het beïnvloedt en de rol die donkere materie speelt. Zoals Fred Jansen, de missiemanager van Gaia bij ESA, het verwoordde:
“Gaia is astronomie op zijn best. Wetenschappers zullen jarenlang met deze gegevens bezig zijn en we zijn klaar om verrast te worden door de lawine van ontdekkingen die de geheimen van onze Melkweg zullen onthullen.“
De derde release van Gaia de gegevens zullen eind 2020 plaatsvinden en de definitieve catalogus zal in de jaren 2020 worden gepubliceerd. Inmiddels is er al een verlenging goedgekeurd voor de Gaia missie, die nu tot eind 2020 in werking blijft (wordt eind dit jaar bevestigd). Een reeks wetenschappelijke artikelen die beschrijven wat er van deze laatste release is geleerd, zal ook verschijnen in een speciale uitgave van Astronomie en astrofysica.
Van de evolutie van sterren tot de evolutie van ons sterrenstelsel, de tweede Gaia het vrijgeven van gegevens blijkt al een zegen te zijn voor astronomen en astrofysici. Zelfs nadat de missie is afgerond, kunnen we verwachten dat wetenschappers nog steeds de gegevens zullen analyseren en nog veel meer zullen leren over de structuur en evolutie van ons universum.
