Tijdens het onderzoeken van de posities van meer dan een miljard sterren, ESA's Gaia-missie meet ook hun kleur, een belangrijke diagnose om de fysieke eigenschappen van sterren te bestuderen. Een nieuwe afbeelding biedt een voorbeeld van Gaia's eerste full-colour all-sky-kaart, die zal worden ontketend in de hoogste resolutie met de volgende gegevensrelease in 2018.

Sterren zijn er in verschillende kleuren die afhankelijk zijn van hun oppervlaktetemperatuur, dat wil zeggen, beurtelings, bepaald door hun massa en evolutiestadium.

Massieve sterren zijn heter en schijnen daarom het helderst in blauw of wit licht, tenzij ze het einde van hun leven naderen en zijn opgeblazen tot een rode superreus. Sterren met een lagere massa, in plaats daarvan, zijn koeler en hebben de neiging om rood te lijken.

Het meten van stellaire kleuren is belangrijk om een ​​verscheidenheid aan vragen op te lossen, variërend van de interne structuur en chemische samenstelling van sterren tot hun evolutie.

Gaia, ESA's astrometriemissie om de grootste en meest nauwkeurige catalogus van stellaire posities en bewegingen tot nu toe samen te stellen, heeft ook de kleur vastgelegd van de sterren die het waarneemt. De satelliet werd gelanceerd in december 2013 en verzamelt sinds juli 2014 wetenschappelijke gegevens.

Een speciale inspanning in het Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) is gewijd aan het uitdagende streven om sterrenkleuren uit de satellietgegevens te extraheren. Hoewel deze metingen zullen worden gepubliceerd met Gaia's tweede gegevensrelease in april 2018, een voorbeeld van de Gaia-hemelkaart in kleur laat zien dat het lopende werk goed vordert.

De nieuwe kaart, gebaseerd op voorlopige gegevens van 18,6 miljoen heldere sterren die tussen juli 2014 en mei 2016 zijn gemaakt, toont de middelste waarde (mediaan) van de kleuren van alle sterren die in elke pixel worden waargenomen. Het is handig om het naast de bijbehorende kaart te bekijken, toont de dichtheid van sterren in elke pixel, die hoger is langs het Galactische Vlak - de ruwweg horizontale structuur die zich over het beeld uitstrekt, overeenkomend met de meest dichtbevolkte regio van ons Melkwegstelsel - en lager naar de polen.

Ook al is deze kaart alleen bedoeld als voorgerecht op de volledige traktatie van de release van volgend jaar, die ongeveer honderd keer meer sterren zal bevatten, het is al mogelijk om enkele interessante functies te spotten.

De roodste regio's op de kaart, voornamelijk te vinden in de buurt van het Galactische Centrum, komen overeen met donkere gebieden op de dichtheidskaart:dit zijn stofwolken die een deel van het sterrenlicht verduisteren, vooral bij blauwe golflengten, waardoor het roder lijkt - een fenomeen dat bekend staat als roodheid.

Het is ook mogelijk om de twee Magelhaense Wolken – kleine satellietstelsels van onze Melkweg – in het onderste deel van de kaart te zien.

De taak van het meten van kleuren wordt uitgevoerd door het fotometrische instrument op Gaia. Dit instrument bevat twee prisma's die het sterlicht splitsen in zijn samenstellende golflengten, voor elke ster twee spectra met lage resolutie:één voor de korte, of blauw, golflengten (330-680 nm) en de andere voor de lange, of rood, die (640-1050 nm). Wetenschappers vergelijken vervolgens de totale hoeveelheid licht in de blauwe en rode spectra om stellaire kleuren te schatten.

Om deze spectra nauwkeurig te kalibreren, echter, het is noodzakelijk om de positie van elke bron op Gaia's brandvlak met zeer hoge nauwkeurigheid te kennen - in feite, met een nauwkeurigheid die alleen Gaia zelf kan leveren.

Als onderdeel van de poging om fysieke parameters te extraheren uit de gegevens die door de satelliet worden teruggestuurd, wetenschappers voeren ze aan een iteratief algoritme dat de opgenomen beelden van sterren vergelijkt met modellen van hoe dergelijke beelden eruit zouden moeten zien:als resultaat, het algoritme geeft een eerste schatting van de parameters van de ster, zoals zijn positie, helderheid, of kleur. Door meer gegevens te verzamelen en aan het algoritme te geven, de modellen worden voortdurend verbeterd en dat geldt ook voor de geschatte parameters voor elke ster.

De eerste Gaia-gegevensrelease, gepubliceerd in september 2016, was gebaseerd op minder dan een kwart van de totale hoeveelheid gegevens die door de satelliet zal worden verzameld tijdens zijn volledige missie van vijf jaar, die naar verwachting elke ster gemiddeld 70 keer zal observeren. Deze eerste uitgave, het opsommen van ongekend nauwkeurige posities aan de hemel voor 1.142 miljard sterren, samen met hun helderheid, bevatte geen informatie over stellaire kleuren:tegen die tijd, het was niet mogelijk geweest om voldoende iteraties van het algoritme uit te voeren om aanvullende parameters nauwkeurig te schatten.

Naarmate de satelliet meer sterren waarneemt, wetenschappers hebben nu meer tijd gehad om gegevens naar het iteratieve algoritme te sturen om schattingen van stellaire kleuren te verkrijgen, zoals die op de nieuwe kaart. Deze schattingen worden gevalideerd, de komende maanden, als onderdeel van de algehele gegevensverwerkingsinspanning die heeft geleid tot de tweede Gaia-gegevensrelease.

Sinds de eerste gegevensrelease, wetenschappers over de hele wereld gebruiken Gaia's helderheidsmetingen - die worden verkregen over de volledige G-band, van 330 tot 1050 nm – samen met datasets van andere missies om sterrenkleuren te schatten. Deze onderzoeken zijn toegepast op verschillende onderwerpen, van veranderlijke sterren en stellaire clusters in onze Melkweg tot de karakterisering van sterren in de Magelhaense Wolken.

Volgend jaar, de tweede release van Gaia-gegevens bevat niet alleen de positie en de helderheid van de G-band, maar ook de blauwe en rode kleur voor meer dan een miljard sterren - naast de langverwachte schattingen van stellaire parallaxen en eigenbewegingen op basis van Gaia-metingen voor alle waargenomen sterren. Deze buitengewone dataset stelt wetenschappers in staat om in de geheimen van onze Melkweg te duiken, de samenstelling ervan onderzoeken, vorming en evolutie tot een ongeëvenaarde mate van detail.