Największa mapa 3D naszej galaktyki

W roku 1989, czyli ponad 2000 lat po tym jak Hipparchos z Nikei – grecki matematyk, geograf i astronom, który m.in. zmierzył odległość Ziemi od Księżyca – po raz pierwszy spojrzał w nocne niebo, Europejska Agencja Kosmiczna wystartowała z misją nazwaną na jego cześć: The High Precision Parallax Collecting Satellite. Hipparcos była pierwszą satelitą przeznaczoną do pomiaru paralaks i ruchów własnych gwiazd, a więc stworzoną do rozwijania astrometrii. Wyniki pochodzące z Hipparcosa – w przypadku wielu gwiazd – były odmienne od dotychczas przyjmowanych. Dzięki tej misji udało się zrewolucjonizować ten dział astronomii.

Dane zbierano w latach 1989-1993, co w 1997 roku zaowocowało wydaniem Katalogu Hipparcosa. Zawiera on pozycje, odległości oraz ruchy prawie 120 tysięcy gwiazd i jest znacznie dokładniejszy od poprzednich pomiarów. Katalog ten wraz z katalogiem Tycho (zawierającym dane na temat 2.5 miliona gwiazd ) jest stale wykorzystywany w badaniach przestrzeni kosmicznej oraz do nawigacji statków kosmicznych.

Misja Gaia, która została rozpoczęta w 2013 roku, kontynuuje to dziedzictwo kartograficzne. Jej celem jest skatalogowanie milionów gwiazd, zmierzenie ich pozycji oraz ruchów własnych z 200-krotnie większą precyzją niż podczas misji Hipparcos a także wygenerowanie 10 tysięcy razy więcej danych niż jej poprzednik. Posiadając informacje na temat pozycji i prędkości każdej gwiazdy, astronomowie będą mogli prześledzić dotychczasową trajektorię gwiazd, rozszyfrowując historię Drogi Mlecznej.

Sonda wyposażona jest w 2 teleskopy, które składają się z 10 zwierciadeł o różnych kształtach i rozmiarach, tak aby w możliwie najlepszy sposób zebrać, skupić i skierować światło na przyrządy naukowe służące do detekcji. Każdy z teleskopów ma lustro główne o powierzchni zbierającej około 0,7 m2. Mają one prostokątny kształt, aby jak najefektywniej wykorzystać ograniczoną przestrzeń wewnątrz statku (Gaia ma zaledwie 3,5 m średnicy bez osłony przeciwsłonecznej, która ma około 10 m szerokości). Chociaż są to małe lustra w porównaniu z wieloma naziemnymi teleskopami, to Gaia ma możliwość obserwacji z kosmosu, gdzie nie ma ograniczeń w obserwacji wynikających z ziemskiej atmosfery.

Credit: ESA

Zbudowanie mapy 3D naszego najbliższego kosmicznego sąsiedztwa to główny, ale nie jedyny cel tej misji. Pozyskując dane na temat pochodzenia i ewolucji naszej galaktyki, Gaia poszukuje również planet pozasłonecznych oraz tysięcy asteroid i komet pojawiających się w naszym systemie planetarnym. Celem misji jest również odkrywanie brązowych karłów oraz supernowych. Oprócz tego dzięki jej badaniom naukowcy będą mogli testować ogólną teorię względności Einsteina.

Dnia 25 kwietnia br. misja Gaia opublikowała drugie wydanie swojego katalogu, zawierające wyniki z 22 miesięcy ciągłej obserwacji, wzbogacone o takie dane jak kolor, temperatura czy promienie niektórych gwiazd. W pierwszym wydaniu z 2016 roku, jako wynik 14 miesięcy pracy teleskopu, przedstawiła ona informacje na temat jasności oraz pozycji 1,1 miliarda gwiazd oraz dostarczyła nowe dane na temat odległości oraz ruchów własnych najjaśniejszych 2 milionów gwiazd.

Nowa publikacja potrafi zdumieć nawet osoby, które nie pasjonują się astronomią. Przyjrzyjmy się najpierw liczbom związanym ze świeżym wydaniem.

1,7 miliarda gwiazd

Ostatnie 22 miesiące dla misji Gaia były bardzo pracowite. Przyjrzała się aż 1,7 miliardowi gwiazd, znajdujących się w odległości do 8000 lat świetlnych od nas i zmierzyła ich pozycję oraz jasność. 1,3 miliarda z nich było wystarczająco jasnych, aby przyrządy zainstalowane na satelicie mogły zmierzyć ich odległości oraz ruchy własne. W dodatku 161 milionów gwiazd było jasnych na tyle, aby móc określić temperaturę na ich powierzchni. Stworzona dzięki temu mapa pokazuje również pył w dysku naszej galaktyki. Pył między gwiazdą a satelitą przyciemnia światło danej gwiazdy, przez co wydaje się być bardziej czerwony, co pozwala Gai obliczyć ile pyłu znajduje się w danej lokalizacji. W celu zbudowania obrazu, który widzicie poniżej Gaia zmierzyła przyciemnienie oraz większe zaczerwienienie 87 milionów gwiazd.

Credit: ESA/Gaia/DPAC

500.000 standardowych świec

Gaia zmierzyła jasność oraz sklasyfikowała 500.000 gwiazd zmiennych, których jasność jest różna w czasie. Są to cefeidy – olbrzymy tysiąc lub nawet dziesięć tysięcy razy jaśniejsze od Słońca. Ich pulsacje powodują okresowe zmiany wielkości gwiazdy oraz temperatury powierzchni i typu widmowego. Długość tego pulsowania jest bezpośrednio powiązana ze średnią jasnością gwiazdy, którą astronomowie mogą porównać do jasności jaką widać z Ziemi (czyli jasnością pozorną) i w ten sposób mogą określić jak daleko się dana gwiazda znajduje. Ponieważ proces ten jest bardzo prosty, gwiazdy takie są używane jako tzw. „standardowe świece” do mierzenia odległości do innych obiektów astrofizycznych.

14.099 obiektów Systemu Słonecznego

Podczas gdy głównym celem misji jest tworzenie mapy gwiazd, to również inne obiekty znajdujące się w naszym układzie słonecznym okazjonalnie pojawiają się przed okiem teleskopu. Dzięki temu nowy zestaw danych zawiera pozycje 14,099 obiektów – głównie asteroid – które poruszają się przez nasz układ planetarny. Chociaż wiedzieliśmy wcześniej o ich istnieniu, to dzięki precyzyjnym instrumentom Gai uzyskaliśmy dokładne informacje o ich pozycjach i trajektoriach. Poniższe video przedstawia ścieżki ruchu 200 najjaśniejszych asteroid, które poruszają się wokół naszego Słońca.


Credit: ESA/Gaia/DPAC

500,000 odległych galaktyk

Aby precyzyjnie móc umieścić badane obiekty w naszej galaktyce z jednoczesnym spójnym układem odniesienia, Gaia zagląda również w odleglejszy Wszechświat – do galaktyk, których ruchu nie widzimy na naszym niebie, ponieważ są zbyt daleko. Aby móc odnaleźć te galaktyki sonda szuka kwazarów –  zwartych źródeł ciągłego promieniowania elektromagnetycznego o ogromnej mocy, pozornie przypominających gwiazdę. W rzeczywistości jest to rodzaj aktywnej galaktyki. Kwazar w swoim wnętrzu ukrywa supermasywną czarną dziurę, która daje o sobie znać, gdyż jest bardzo pazerna i pochłania swoje najbliższe otoczenie. Ta opadająca materia tworzy tzw. dysk akrecyjny, który jest bardzo gorący, temperatura zjonizowanej plazmy sięga 105 K, i intensywnie świeci. To właśnie to promieniowanie widzą soczewki teleskopu. Nieco dalej znajduje się torus molekularno-pyłowy, który może przykrywać centrum kwazara jeśli obserwujemy go pod złym kątem. Gaia zmierzyła jasność oraz pozycję na niebie aż pół miliona kwazarów.

12 pobliskich galaktyk

Gaia mierzy także orbity 12 galaktyk karłowatych, które krążą wokół Drogi Mlecznej wraz z 75 gęstymi gromadami gwiazd. Ponieważ te obiekty są naszymi bardzo bliskimi sąsiadami, badanie ich pomoże nam zrozumieć otoczenie naszej galaktyki oraz jej ewolucję.

***

Tak ogromna ilość informacji pozwoli nam na lepsze spojrzenie na to jak formowała się i jak rozwijała się w czasie Droga Mleczna. Posiadanie niezwykle dokładnych pomiarów na temat kolosalnej ilości gwiazd może również pomóc w mapowaniu ciemnej materii znajdującej się w naszej galaktyce, a także może mieć wpływ na ustalenie, jak szybko rozszerza się Wszechświat.

Okiem Gaii w 360°

Nową mapę możemy również podziwiać w 360 stopniach.

Jaśniejsze obszary oznaczają gęstsze skupiska jasnych gwiazd, podczas gdy ciemniejsze obszary odpowiadają plamom nieba, w których obserwuje się znacznie mniej takich jasnych gwiazd. Reprezentację kolorów uzyskuje się poprzez połączenie całkowitej ilości światła, zarejestrowanego przez Gaię na poszczególnych obszarach nieba, z ilością światła uzyskanego dzięki filtrom fotometrycznym – niebieskim oraz czerwonym.

Jasna pozioma struktura, która dominuje w obrazie, to płaszczyzna galaktyki – spłaszczona płyta, w której znajduje się większość gwiazd w Drodze Mlecznej. Na środku obrazu, centrum galaktyki wydaje się żywe i pełne gwiazd.

Ciemniejsze obszary na tej płaszczyźnie odpowiadają znajdującym się na pierwszym planie obłokom międzygwiezdnego gazu i pyłu, które pochłaniają światło gwiazd znajdujących się dalej za chmurami. Wiele z nich skrywa gwiezdne żłobki, w których rodzą się nowe generacje gwiazd.

Na zdjęciu widzimy również wiele rozproszonych gromad kulistych oraz otwartych skupisk gwiazd – grup gwiazd trzymanych razem poprzez ich wzajemną grawitację – a także inne, całe galaktyki.

Credit: ESA/Gaia/DPAC

Dwa jasne obiekty w prawej dolnej części obrazu to Wielki i Mały Obłok Magellana – dwie galaktyki karłowate okrążające Drogę Mleczną. Można znaleźć tutaj jeszcze inne obiekty, jak największą naszą sąsiadkę, mianowicie Galaktykę Andromedy (znaną również jako M31), którą widzimy dla odmiany na dole po lewej stronie obrazu. W tym miejscu znajdziemy również jej satelicką Galaktykę Trójkąta (M33).

Na małych obszarach obrazu, gdzie nie można było uzyskać informacji o kolorze – od lewego dolnego rogu centrum galaktyki, do górnej, lewej części Małego Obłoku Magellana oraz górnej części mapy – przypisano równoważną wartość skali szarości.

Poniżej znajduje się mapa w 360 stopniach. Aby móc ją w pełni oglądać wystarczy przyciskać kursory (strzałki) na klawiaturze lub poruszać myszką wraz z wciśniętym lewym klawiszem.


Credit: ESA/Gaia/DPAC; ATG medialab