Badacze z zespołu misji kosmicznej Gaia opublikowali katalog z danymi o naszej Galaktyce. Dzięki tym informacjom naukowcy szczegółowo opisują miliardy gwiazd, nowo odkryte planety oraz kandydatki na czarne dziury. W pracach nad najdokładniejszym przewodnikiem po Drodze Mlecznej uczestniczą astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego.

Gaia to misja Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), która została wyniesiona na orbitę w grudniu 2013 roku. 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.

Trzeci katalog danych misji Gaia

Teleskopy obserwatorium kosmicznego Gaia wykonują – z niespotykaną dotąd precyzją – jednoczesne pomiary położeń, jasności, rozkładu energii oraz prędkości gwiazd. Trzeci z serii katalogów danych misji Gaia (ang. Gaia Data Release 3, DR3), który został opracowany na podstawie tych obserwacji, 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  – mówi prof. Łukasz Wyrzykowski z Obserwatorium Astronomicznego UW, członek zespołu misji Gaia i główny autor katalogu zjawisk mikrosoczewkowania – jednej z 40 publikacji prezentujących wyniki katalogu Gaia DR3.

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. Pracami tymi kierował prof. Łukasz Wyrzykowski z OA UW.

Zobaczyć niewidoczne

Misja Gaia skanuje całe niebo, zarówno tę część widoczną z Polski, czyli niebo północne, jak i niebo południowe. – Gaia obserwuje z przestrzeni 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 – wyjaśnia prof. Wyrzykowski.

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 są 262 układy, w których 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 – mówi prof. Łukasz Wyrzykowski.

Jak podkreśla naukowiec, dalsze badania nad kandydatami na niewidoczne obiekty będą prowadzone na podstawie dodatkowych danych 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.

– Już od wielu lat poszukujemy czarnych dziur. 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 – mówi prof. Wyrzykowski.

Rysunek przedstawia pełne orbity wszystkich 150 000 planetoid opublikowanych w katalogu Gaia DR3. Źródło: ESA/Gaia/DPAC.

Gwiazdy podwójne, planetoidy, kwazary i nie tylko

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.

Nowo opublikowane dane pozwolą na odkrywanie tajemnic miliardów obiektów astronomicznych różnej natury, położonych w zróżnicowanych obszarach naszej Galaktyki, ale także poza nią. – W przeciwieństwie do innych misji, których celem są konkretne obiekty i zagadnienia naukowe, Gaia jest misją przeglądową. Oznacza to, że podczas wielokrotnego przeglądu całego nieba z miliardami gwiazd Gaia z pewnością dokona odkryć zjawisk, które inne, bardziej wyspecjalizowane misje mogłyby przegapić – mówi dr Timo Prusti, kierownik naukowy misji Gaia przy ESA.

Projekt citizen science

Ogrom danych z misji Gaia umożliwi rozwiązywanie zagadek Wszechświata zarówno społeczności profesjonalnych astronomów, jak i miłośnikom astronomii. – Wraz z otwarciem archiwum DR3 zapowiadamy pierwszy projekt citizen science misji Gaia. Rozpoczynamy odliczanie do inauguracji projektu badań społecznościowych Gaia Vari, który umożliwi internautom wzięcie aktywnego udziału w klasyfikacji obiektów zmiennych zaobserwowanych przez misję – mówi dr Milena Ratajczak z OA UW. I dodaje, że każdy może uczestniczyć w odkryciach naukowych, by pomóc w zrozumieniu kosmicznego otoczenia, które wciąż kryje wiele tajemnic. Rozpoczęcie projektu citizen science zapowiedziano na 4 grudnia. Projekt przygotowują zespoły Sednai i Science Now.