Po 11 latach nieprzerwanej pracy w przestrzeni kosmicznej sonda kosmiczna Gaia, należąca do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), zakończyła skanowanie nieba. Przez ten czas zebrała łącznie ponad 3 bln obserwacji dla około 2 mld gwiazd i innych obiektów. Dane zgromadzone przez misję Gaia zrewolucjonizowały nasz obraz Drogi Mlecznej i okolicznego Wszechświata. W misji Gaia aktywny udział biorą polscy naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

Obserwatorium kosmicznemu Gaia kończy się paliwo, w związku z czym nie może już aktywnie śledzić nieba. W najbliższych tygodniach odbędą się testy technologiczne, po zakończeniu których Gaia zostanie skierowana na „orbitę emerytalną”.

– Chociaż kończymy okres obserwacji naukowych, to mamy co świętować. Sukces misji przekroczył nasze najśmielsze oczekiwania. Satelita działał niemal dwukrotnie dłużej niż pierwotnie planowano i dostarczył więcej odkryć naukowych niż Teleskopy Kosmiczne Hubble’a i Webba razem wzięte – mówi prof. Carole Mundell, dyrektorka ds. naukowych ESA.

Mapa Drogi Mlecznej

Gaia monitorowała pozycje, odległości, ruchy, zmiany jasności, skład chemiczny i wiele innych cech gwiazd oraz innych kosmicznych obiektów, obserwując je wielokrotnie swoimi instrumentami. Dzięki temu sonda osiągnęła swój główny cel – stworzenie największej i najdokładniejszej mapy Drogi Mlecznej, która ukazuje naszą galaktykę w sposób, w jaki nie zrobiła tego żadna wcześniejsza misja.

Maszyna do odkryć

Powtarzające się pomiary odległości gwiazd, ich ruchów oraz innych właściwości wykonywane przez Gaię są kluczowe dla prowadzenia tzw. archeologii galaktycznej Drogi Mlecznej. Pozwalają odkrywać brakujące ogniwa w złożonej historii naszej galaktyki, pomagając lepiej zrozumieć ludzkie pochodzenie. Gaia dramatycznie zmieniła nasze postrzeganie Drogi Mlecznej, rewidując podstawowe pojęcia, takie jak rotacja centralnego pasa galaktyki, wygięcie dysku, szczegółowa struktura ramion spiralnych czy rozmieszczenie pyłu międzygwiezdnego w pobliżu Słońca.

W trakcie skanowania gwiazd galaktyki Gaia odkryła także inne obiekty, od najmniejszych planetoid w Układzie Słonecznym po ogromne galaktyki i kwazary – jasne, aktywne centra galaktyk zasilane przez supermasywne czarne dziury – znajdujące się poza Drogą Mleczną.

Misja Gaia odkryła także nowy rodzaj czarnych dziur, w tym jedną o masie niemal 33 razy większej niż masa Słońca, znajdującą się w gwiazdozbiorze Orła, mniej niż 2 tys. lat świetlnych od Ziemi. Po raz pierwszy tak masywna czarna dziura pochodzenia gwiazdowego została zaobserwowana w Drodze Mlecznej. W odkryciu tym czynny udział brali też polscy naukowcy. Więcej informacji tutaj.

Polski wkład w misję Gaia

Astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego UW są zaangażowani w pracę nad misją Gaia od wielu lat. Prof. Łukasz Wyrzykowski rozpoczął ją jeszcze w 2008 roku jako pracownik Instytutu Astronomii Uniwersytetu w Cambridge. Tam współtworzył system Gaia Alerts, który wykrywa zjawiska tymczasowe, takie jak wybuchy supernowych, nagłe pojaśnienia gwiazd czy ich zniknięcia.

– System wysyła alerty od samego początku działania misji i robił to aż do dzisiaj, czyli ostatniego dnia zbierania danych. Wśród alertów znalazły się kandydatki na soczewkujące czarne dziury (Gaia18ajz) i inne ciemne obiekty (np. Gaia16aye). Do śledzenia alertów z Ziemi została zbudowana globalna sieć małych teleskopów – BHTOM.space – która od początku misji Gaia dostarczała tysiące pomiarów obserwacyjnych, włączając w obserwacje teleskopy zarówno profesjonalne, jak i amatorskie – mówi prof. Łukasz Wyrzykowski.

Dr Milena Ratajczak dołączyła do zespołu Gaia w 2022 roku. Zajmuje się analizą danych fotometrycznych, w szczególności układów podwójnych, gdzie gwiazda występuje w parze z czarną dziurą. Zespół Gaia do tej pory opublikował już trzy takie układy z czarnymi dziurami, w tym najbliższą Ziemi czarną dziurę Gaia BH1 w odległości 1,5 tys. lat świetlnych.

– Gaia kończy skanować niebo, ale dane zebrane przez misję analizowane będą jeszcze przez wiele lat. Spodziewamy się, że te obserwacje doprowadzą do kolejnych przełomowych odkryć, w tym do odkrycia kolejnych zaskakujących układów z czarnymi dziurami – dodaje dr Ratajczak.

Polscy naukowcy współtworzyli także projekt badań społecznościowych Gaia Vari, dzięki któremu miłośnicy astronomii mogli samodzielnie pracować na danych dostępnych wcześniej jedynie dla profesjonalnych astronomów. Uczestnicy projektu wsparli naukowców przy klasyfikacji gwiazd zmiennych z Drogi Mlecznej i dokonali odkryć wielu zaskakujących obiektów.

Więcej odkryć wciąż przed nami

Mimo że misja przestaje zbierać nowe dane, zespoły naukowe i inżynierskie obserwatorium Gaia pracują intensywnie nad analizą danych zebranych do tej pory i przygotowują czwarte wydanie danych Gaia (DR4), którego publikacja planowana jest na 2026 rok. Objętość i jakość danych rosną z każdym wydaniem, a Gaia DR4, zawierające około 500 TB danych, nie będzie wyjątkiem.

Gaia DR4 pozwoli na odkrycie wielu dodatkowych planet pozasłonecznych, a także rozszerzenie swojego katalogu gwiazd podwójnych, największego tego rodzaju katalogu, jaki kiedykolwiek stworzono. Gaia ma unikatową zdolność wykrywania minimalnych ruchów par obiektów niebieskich krążących blisko siebie i dokonała wielu odkryć wcześniej ukrytych towarzyszy krążących wokół jasnych gwiazd. Wśród nowych odkryć znajdą się też nowe czarne dziury wykryte w układach podwójnych z gwiazdą lub powodujące soczewkowanie grawitacyjne.

Co ciekawe, ostatnie obserwacje misji Gaia, wykonane 10 stycznia, dotyczyły układu podwójnego gwiazd 61 Cygni. Ta ikoniczna gwiazda przyciągnęła uwagę astronomów w XIX wieku, dostarczając pierwszych pomiarów ruchów własnych i paralaksy – technik zastosowanych przez Gaię do badania miliardów gwiazd.

Plan emerytalny misji Gaia

Po kilku tygodniach testów Gaia opuści swoją obecną orbitę wokół punktu Lagrange’a 2 układu Ziemia-Słońce, aby zostać umieszczona na orbicie heliocentrycznej, daleko poza wpływem grawitacyjnym Ziemi. Statek kosmiczny zostanie ostatecznie wyłączony 27 marca 2025 roku, aby uniknąć zakłóceń i potencjalnego zagrożenia dla innych obserwatoriów kosmicznych w okolicy.

Podczas testów technologicznych sonda Gaia zostanie obrócona w stronę Słońca, co spowoduje, że tymczasowo stanie się ona dużo jaśniejsza na niebie. Dzięki temu możliwe będzie po raz ostatni zaobserwowanie sondy bezpośrednio za pomocą teleskopów naziemnych. Satelitę będą mogły obserwować nawet niewielkie teleskopy, w tym te biorące udział w globalnej sieci obserwacyjnej BHTOM.space, którą koordynuje prof. Wyrzykowski w ramach ACME – europejskiego grantu Horyzont Europa. Instrukcja dotycząca lokalizacji Gaia została opublikowana tutaj, a miłośnicy astronomii są zaproszeni do dzielenia się swoimi obserwacjami.