Obserwatorium Gaia: udostępniono trzeci katalog danych

Start misji miał miejsce w grudniu 2013 r. Jej celem jest stworzenie najdokładniejszej i najbardziej kompletnej, wielowymiarowej mapy Drogi Mlecznej. Dzięki temu astronomowie będą mogli odtworzyć strukturę naszej Galaktyki i zbadać jej ewolucję przez miliardy lat, a także lepiej zrozumieć cykl życia gwiazd i nasze miejsce we Wszechświecie. Przełomowy, najdokładniejszy dotychczas przewodnik po Drodze Mlecznej powstaje przy znacznym udziale astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego.

Teleskopy obserwatorium kosmicznego Gaia wykonują ednoczesne pomiary położeń, jasności, rozkładu energii oraz prędkości gwiazd. Trzeci z serii katalogów danych misji Gaia (ang. Gaia Data Release 3, DR3) opracowany w oparciu o te obserwacje zawiera nowe i ulepszone informacje dla prawie dwóch miliardów gwiazd w naszej Galaktyce. Dzięki najnowszej analizie danych z misji Gaia poznaliśmy temperatury gwiazd, ich skład chemiczny, barwy, masy, wiek oraz prędkości.

Nowo opublikowany zbiór danych zawiera także największy jak dotąd katalog gwiazd podwójnych, jak również opis tysięcy obiektów naszego Układu Słonecznego – planetoid i księżyców planet – a także charakterystykę milionów galaktyk i kwazarów poza Drogą Mleczną, w dalszym Wszechświecie.

Katalog Gaia DR3 zawiera informacje o prędkościach we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych dla 30 milionów gwiazd Drogi Mlecznej. Kolor niebieski na mapie oznacza gwiazdy przybliżające się do nas, natomiast czerwony – gwiazdy oddalające się od nas. Linie oznaczają kierunek ruchu grup gwiazd na niebie. Większość z gwiazd na powyższej mapie to sąsiadki Słońca poruszające się razem z nim w dysku Galaktyki. Jasne gwiazdy centrum Galaktyki tworzą osobną strukturę i obracają się inaczej niż dysk.

Znajomość składu chemicznego gwiazdy jest bardzo pomocna w określeniu zarówno miejsca jej narodzin, jak i trasy jej podróży przez Galaktykę. Dzięki danym zebranym w katalogu Gaia DR3 uzyskano najdokładniejszą mapę chemiczną Drogi Mlecznej, ukazującą historię Galaktyki zapisaną w jej gwiazdach. Część gwiazd zbudowana jest z pierwotnej materii z jakiej powstała Droga Mleczna, a inne gwiazdy, w tym Słońce, zbudowane zostały z materii wzbogaconej poprzednimi pokoleniami gwiazd. W płaszczyźnie dysku Drogi Mlecznej dominują gwiazdy bogate w metale, w przeciwieństwie do gwiazd znajdujących się dookoła dysku. Powyższa mapa nieba przedstawia próbkę danych zawartych w Gaia DR3. Kolorem oznaczona jest zawartość metali w gwiazdach, przy czym czerwony oznacza gwiazdy najbardziej „zanieczyszczone", a zatem najmłodsze.

Katalog DR3 zawiera także niepublikowane wcześniej informacje o zmianach jasności gwiazd w czasie, dzięki którym naukowcy sklasyfikowali 10 milionów gwiazd zmiennych. Wśród tych obiektów znalazły się kandydatki na czarne dziury, w poszukiwaniu których szczególny udział mieli warszawscy astronomowie pod kierownictwem prof. dr. hab. Łukasza Wyrzykowskiego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego (OA UW).

Misja Gaia skanuje całe niebo, zarówno tę część widoczną z Polski, czyli niebo północne, jak i niebo południowe. Gaia obserwuje z przestrzenii kosmicznej, a nie z powierzchni Ziemi – nie przeszkadzają jej więc chmury, ani zmienna pogoda. Dzięki ciągłym obserwacjom Gaia może bardzo precyzyjnie wyznaczać, jak zmieniają się położenia gwiazd oraz ich jasności. Astronomowie z OA UW wykorzystali te zalety obserwatorium Gaia do wykrycia kandydatów na czarne dziury w naszej Galaktyce przy wykorzystaniu dwóch metod.

Pierwsza technika polegała na zidentyfikowaniu około 6 tysięcy gwiazd w układach podwójnych, które zmieniały swoją jasność w sposób okresowy, wywołany ruchem orbitalnym wokół bardziej masywnego składnika. Wśród nich znalazły się 262 układy, gdzie towarzysz gwiazdy jest niewidocznym obiektem, najprawdopodobniej gwiazdą neutronową lub czarną dziurą.

Druga metoda pozwoliła wykryć obiekty, których grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń i jak soczewka skupia światło odległych gwiazd. Zarejestrowanie tymczasowego pojaśnienia gwiazdy może oznaczać, że mamy do czynienia ze zjawiskiem soczewkowania grawitacyjnego w skali mikro, przewidzianym przez Einsteina, a rozwiniętym w praktyczne narzędzie przez polskiego astronoma Bohdana Paczyńskiego oraz grupę OGLE, prowadzoną na Uniwersytecie Warszawskim od 30 lat przez prof. Andrzeja Udalskiego. W katalogu Gaia DR3 znalazły się 363 zjawiska mikrosoczewkowania, wśród których może znajdować się kilka soczewkujących gwiazd neutronowych, jak i czarnych dziur.

Dalsze badania nad wspomnianymi kandydatami na niewidoczne obiekty będą prowadzone w oparciu o dodatkowe dane misji kosmicznej Gaia, które nie zostały jeszcze opracowane, oraz za pomocą sieci obserwatoriów naziemnych. Jednym z teleskopów biorących udział w tych badaniach jest Stacja Obserwacyjna Uniwersytetu Warszawskiego w Ostrowiku pod Warszawą.

Polujemy na czarne dziury już od wielu lat, Gaia to unikatowe urządzenie, dzięki któremu staje się to wreszcie możliwe na dużą skalę. Dodatkowe obserwacje naziemne prowadzimy z wykorzystaniem sieci teleskopów, w tym naszego instrumentu pod Warszawą.
prof. Łukasz Wyrzykowski z Obserwatorium Astronomicznego UW

Pozostałe opublikowane dziś prace odzwierciedlają ogrom potencjału badawczego danych z misji Gaia. Nowy katalog gwiazd podwójnych przedstawia masę i ewolucję ponad 800 tysięcy układów podwójnych, a nowy przegląd planetoid obejmujący 150 tysięcy obiektów pozwala zgłębić wiedzę na temat pochodzenia naszego Układu Słonecznego. Gaia przedstawia również informacje o 10 milionach gwiazd zmiennych, tajemniczych makrocząsteczkach pomiędzy gwiazdami, a także o kwazarach i galaktykach znajdujących się poza naszym kosmicznym sąsiedztwem.

Rysunek przedstawia pełne orbity wszystkich 150 000 planetoid opublikowanych w katalogu Gaia DR3, od najbardziej wewnętrznych części Układu Słonecznego do planetoid trojańskich w odległości Jowisza. Żółta kropka w centrum to Słońce. Niebieskie orbity to wewnętrzne części Układu Słonecznego i okolice orbit Ziemi i Marsa. Pas główny planetoid, pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza to kolor zielony. Czerwony to orbity planetoid trojańskich.

Dzięki danym zebranym w katalogu Gaia DR3 uzyskano najdokładniejszą mapę chemiczną Drogi Mlecznej, ukazującą historię Galaktyki zapisaną w jej gwiazdach. Część gwiazd zbudowana jest z pierwotnej materii z jakiej powstała Droga Mleczna, a inne gwiazdy, w tym Słońce, zbudowane zostały z materii wzbogaconej poprzednimi pokoleniami gwiazd. Nowo opublikowane dane pozwolą na odkrywanie tajemnic miliardów obiektów astronomicznych różnej natury, położonych w zróżnicowanych obszarach naszej Galaktyki, ale także poza nią. Ogrom danych z misji Gaia umożliwi rozwiązywanie zagadek Wszechświata zarówno społeczności profesjonalnych astronomów, jak i miłośnikom astronomii.

W pracach naukowych związanych z misją Gaia biorą udział m.in. polscy naukowcy. W szczególności oficjalnie z projektem związani są: prof. Łukasz Wyrzykowski, dr Milena Ratajczak i Katarzyna Kruszyńska z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Z kolei Krzysztof Nienartowicz pracuje w Gaia Data Processing Centre w Genewie. Z danych obserwatorium Gaia korzysta też wielu astronomów z naszego kraju. Wkład polskiego zespołu polega w głównej mierze na analizie danych, z czego priorytetem badań naszych naukowców są czarne dziury.

Więcej szczegółów na temat Gaia Data Release 3 można znaleźć na stronach ESA oraz na stronie Obserwatorium Astronomiczne UW .

Źródło: Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego/PAP