La misión espacial europea Gaia ha producido una cantidad sin precedentes de datos nuevos, mejorados y detallados para casi dos mil millones de objetos en la galaxia de la Vía Láctea y el cosmos circundante. El Gaia Data Release 3 del lunes revoluciona nuestro conocimiento del Sistema Solar y la Vía Láctea y sus galaxias satélite.
La misión espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea ESA está construyendo un mapa tridimensional ultrapreciso de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observando casi dos mil millones de estrellas o aproximadamente el uno por ciento de todas las estrellas de nuestra galaxia. Gaia se lanzó en diciembre de 2013 y ha recopilado datos científicos desde julio de 2014. El lunes 13 de junio, la ESA publicó los datos de Gaia en el Data Release 3 (DR3). Los investigadores finlandeses estuvieron muy involucrados en el lanzamiento.
Los datos de Gaia permiten, por ejemplo, derivar las órbitas y las propiedades físicas de asteroides y exoplanetas. Los datos ayudan a revelar el origen y la evolución futura del Sistema Solar y la Vía Láctea y ayudan a comprender la evolución estelar y del sistema planetario y nuestro lugar en el cosmos.
Gaia gira alrededor de su eje lentamente en unas seis horas y está compuesta por dos telescopios espaciales ópticos. Tres instrumentos científicos permiten determinar con precisión las posiciones y velocidades estelares, así como las propiedades espectrales. Gaia reside a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en dirección contraria al Sol, donde orbita alrededor del Sol junto con la Tierra en la proximidad del llamado punto L2 de Lagrange Sol-Tierra.
Gaia DR3 el 13 de junio de 2022 fue importante en la astronomía. Se están publicando unos 50 artículos científicos con DR3, de los cuales nueve artículos se han dedicado a subrayar el potencial excepcionalmente significativo de DR3 para futuras investigaciones.
Los nuevos datos DR3 comprenden, por ejemplo, las composiciones químicas, temperaturas, colores, masas, brillos, edades y velocidades radiales de las estrellas. DR3 incluye el mayor catálogo de estrellas binarias de la Vía Láctea, más de 150 000 objetos del Sistema Solar, en su mayoría asteroides pero también satélites planetarios, así como millones de galaxias y cuásares más allá de la Vía Láctea.
«Hay tantos avances revolucionarios que es difícil identificar un solo avance más significativo. Con base en Gaia DR3, los investigadores finlandeses cambiarán la concepción de los asteroides en nuestro Sistema Solar, los exoplanetas y las estrellas en nuestra galaxia, la Vía Láctea, así como las galaxias. ellos mismos, incluida la Vía Láctea y sus galaxias satélite circundantes. Al regresar a nuestro planeta de origen, Gaia producirá un marco de referencia ultrapreciso para la navegación y el posicionamiento», dice el profesor de la Academia Karri Muinonen de la Universidad de Helsinki.
Gaia y asteroides
El aumento de diez veces en el número de asteroides informados en Gaia DR3 en comparación con DR2 significa que hay un aumento significativo en el número de encuentros cercanos entre asteroides detectados por Gaia. Estos encuentros cercanos se pueden utilizar para la estimación de la masa de asteroides y esperamos que se obtenga un aumento significativo en el número de masas de asteroides mediante el uso de la astrometría Gaia DR3, en particular, cuando se combina con la astrometría obtenida por otros telescopios.
En el cálculo convencional de la órbita de un asteroide, se supone que el asteroide es un objeto puntual y no se tienen en cuenta su tamaño, forma, rotación y propiedades de dispersión de la luz superficial. Sin embargo, la astrometría Gaia DR3 es tan precisa que debe tenerse en cuenta el desplazamiento angular entre el centro de masa del asteroide y el centro del área iluminada por el Sol y visible para Gaia. Basado en Gaia DR3, se ha certificado el desplazamiento para el asteroide (21) Lutetia (Figura 2). La misión espacial Rosetta de la ESA tomó imágenes de Lutetia durante el sobrevuelo el 10 de julio de 2010. Con la ayuda de las imágenes de Rosetta Lutetia y las observaciones astronómicas desde tierra, se derivaron un período de rotación, una orientación del polo rotacional y un modelo de forma detallado. Cuando el modelado físico se incorpora al cálculo de la órbita, los errores sistemáticos se eliminan y, contrariamente al cálculo convencional, todas las observaciones pueden incorporarse a la solución de la órbita. En consecuencia, la astrometría de Gaia proporciona información sobre las propiedades físicas de los asteroides. Estas propiedades deben tenerse en cuenta utilizando modelos físicos o modelos de error empíricos para la astrometría.
El Gaia DR3 incluye, por primera vez, observaciones espectrales. El espectro mide el color del objetivo, es decir, el brillo en diferentes longitudes de onda. Una característica especialmente interesante es que la nueva versión contiene alrededor de 60 000 espectros de asteroides en nuestro Sistema Solar (Figura 3). El espectro de asteroides contiene información sobre su composición y, por tanto, sobre su origen y la evolución de todo el Sistema Solar. Antes del Gaia DR3, solo había unos pocos miles de espectros de asteroides disponibles, por lo que Gaia multiplicará la cantidad de datos por más de un orden de magnitud.
Gaia y exoplanetas
Se espera que Gaia produzca detecciones de hasta 20 000 exoplanetas gigantes midiendo su efecto gravitacional en el movimiento de sus estrellas anfitrionas. Esto permitirá encontrar prácticamente todos los exoplanetas similares a Júpiter en la vecindad solar en los próximos años y determinar qué tan comunes son las arquitecturas similares al Sistema Solar. La primera detección astrométrica de Gaia fue un exoplaneta gigante alrededor de épsilon Indi A, que corresponde al exoplaneta similar a Júpiter más cercano a solo 12 años luz de distancia. Las primeras detecciones de este tipo son posibles porque la aceleración observada en los estudios de velocidad radial se puede combinar con los datos de movimiento de Gaia para determinar las órbitas y las masas planetarias.
Gaia y las galaxias
La resolución de microsegundos de arco de Gaia DR3 proporciona mediciones precisas de los movimientos de las estrellas, no solo dentro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, sino también para las muchas galaxias satélite que la rodean. A partir del movimiento de las estrellas dentro de la propia Vía Láctea, podemos medir con precisión su masa y, junto con el movimiento propio de los satélites, ahora podemos determinar con precisión sus órbitas. Esto nos permite ver tanto el pasado como el futuro del sistema de galaxias de la Vía Láctea. Por ejemplo, podemos averiguar cuáles de las galaxias que rodean a la Vía Láctea son verdaderos satélites y cuáles están simplemente de paso. También podemos investigar si la evolución de la Vía Láctea se ajusta a los modelos cosmológicos y, en particular, si las órbitas de los satélites se ajustan al modelo estándar de materia oscura.
Gaia y marcos de referencia
El marco de referencia celeste internacional, ICRF3, se basa en la posición de unos pocos miles de cuásares determinados por interferometría de línea de base muy larga (VLBI) en longitudes de onda de radio. ICRF3 se utiliza para obtener las coordenadas de los objetos celestes y para determinar las órbitas de los satélites. Los cuásares de ICRF3 también son puntos fijos en el cielo que se pueden usar para determinar la orientación precisa de la Tierra en el espacio en cualquier momento. Sin esta información, por ejemplo, el posicionamiento por satélite no funcionaría.
Los datos de Gaia contienen alrededor de 1,6 millones de cuásares, que se pueden usar para crear un marco de referencia celestial más preciso en luz visible que reemplace al actual. En el futuro, esto tendrá un impacto en la precisión tanto del posicionamiento satelital como de las mediciones de los satélites de exploración de la Tierra.
