ESA's Gaia-missie heeft de rijkste sterrencatalogus tot nu toe opgeleverd, inclusief zeer nauwkeurige metingen van bijna 1,7 miljard sterren en het onthullen van voorheen onzichtbare details van ons eigen sterrenstelsel.

Na deze langverwachte release zijn er tal van ontdekkingen in het verschiet, die is gebaseerd op 22 maanden van het in kaart brengen van de lucht. De nieuwe gegevens omvatten posities, afstandsindicatoren en bewegingen van meer dan een miljard sterren, samen met zeer nauwkeurige metingen van asteroïden in ons zonnestelsel en sterren buiten ons eigen Melkwegstelsel.

Voorlopige analyse van deze fenomenale gegevens onthult fijne details over de samenstelling van de sterrenpopulatie van de Melkweg en over hoe sterren bewegen, essentiële informatie voor het onderzoeken van de vorming en evolutie van onze thuismelkweg.

"De waarnemingen die door Gaia zijn verzameld, herdefiniëren de fundamenten van de astronomie, " zegt Günther Hasinger, ESA-directeur Wetenschap.

"Gaia is een ambitieuze missie die steunt op een enorme menselijke samenwerking om een ​​grote hoeveelheid zeer complexe gegevens te begrijpen. Het toont de noodzaak aan van langetermijnprojecten om vooruitgang in ruimtewetenschap en -technologie te garanderen en om nog meer gedurfde wetenschappelijke missies uit te voeren van de komende decennia."

Gaia werd gelanceerd in december 2013 en begon het jaar daarop met wetenschappelijke operaties. De eerste gegevensuitgave, op basis van iets meer dan een jaar waarnemingen, werd gepubliceerd in 2016; het bevatte afstanden en bewegingen van twee miljoen sterren.

De nieuwe gegevensversie, die de periode tussen 25 juli 2014 en 23 mei 2016 bestrijkt, bepaalt de posities van bijna 1,7 miljard sterren, en met een veel grotere precisie. Voor enkele van de helderste sterren in het onderzoek, het niveau van precisie komt overeen met aardgebonden waarnemers die een euromunt kunnen zien die op het oppervlak van de maan ligt.

Met deze nauwkeurige metingen is het mogelijk om de parallax van sterren - een schijnbare verschuiving aan de hemel veroorzaakt door de jaarlijkse baan van de aarde om de zon - te scheiden van hun werkelijke bewegingen door de Melkweg.

De nieuwe catalogus geeft een overzicht van de parallax en snelheid aan de hemel, of juiste beweging, voor meer dan 1,3 miljard sterren. Van de meest nauwkeurige parallaxmetingen, ongeveer tien procent van het totaal, astronomen kunnen afstanden tot individuele sterren direct inschatten.

"De tweede release van Gaia-gegevens betekent een enorme sprong voorwaarts met betrekking tot ESA's Hipparcos-satelliet, Gaia's voorganger en de eerste ruimtemissie voor astrometrie, die bijna dertig jaar geleden zo'n 118.000 sterren onderzocht, " zegt Anthony Brown van de Universiteit Leiden, Nederland.

Anthony is de voorzitter van het Gaia Data Processing and Analysis Consortium Executive, toezicht houden op de grote samenwerking van ongeveer 450 wetenschappers en software-ingenieurs die belast zijn met de taak om de Gaia-catalogus te maken op basis van de satellietgegevens.

"Alleen al het aantal sterren, met hun standpunten en bewegingen, zou Gaia's nieuwe catalogus al behoorlijk verbazingwekkend maken, " voegt Anthony toe.

"Maar er is meer:​​deze unieke wetenschappelijke catalogus bevat vele andere datatypes, met informatie over de eigenschappen van de sterren en andere hemellichamen, waardoor deze release echt uitzonderlijk is."

Voor elk wat wils

De uitgebreide dataset biedt een breed scala aan onderwerpen voor de astronomiegemeenschap.

Evenals posities, de gegevens omvatten helderheidsinformatie van alle onderzochte sterren en kleurmetingen van bijna alle, plus informatie over hoe de helderheid en kleur van een half miljoen veranderlijke sterren in de loop van de tijd veranderen. Het bevat ook de snelheden langs de gezichtslijn van een subset van zeven miljoen sterren, de oppervlaktetemperaturen van ongeveer honderd miljoen en het effect van interstellair stof op 87 miljoen.

Gaia observeert ook objecten in ons zonnestelsel:de tweede gegevensrelease bevat de posities van meer dan 14.000 bekende asteroïden, die nauwkeurige bepaling van hun banen mogelijk maakt. Een veel groter asteroïde-monster zal worden samengesteld in toekomstige releases van Gaia.

Verderop, Gaia naderde de posities van een half miljoen verre quasars, heldere sterrenstelsels aangedreven door de activiteit van de superzware zwarte gaten in hun kern. Deze bronnen worden gebruikt om een ​​referentiekader te definiëren voor de hemelcoördinaten van alle objecten in de Gaia-catalogus, iets dat routinematig wordt gedaan in radiogolven, maar nu voor het eerst ook beschikbaar is op optische golflengten.

Er worden grote ontdekkingen verwacht zodra wetenschappers de nieuwe release van Gaia gaan verkennen. Een eerste onderzoek door het dataconsortium om de kwaliteit van de catalogus te valideren, heeft al enkele veelbelovende verrassingen aan het licht gebracht, waaronder nieuwe inzichten over de evolutie van sterren.

Galactische archeologie

"De nieuwe Gaia-gegevens zijn zo krachtig dat opwindende resultaten ons gewoon te binnen schieten, " zegt Antonella Vallenari van het Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) en het Astronomisch Observatorium van Padua, Italië, plaatsvervangend voorzitter raad van bestuur consortium gegevensverwerking.

"Bijvoorbeeld, we hebben het meest gedetailleerde Hertzsprung-Russell-diagram van sterren gemaakt dat ooit aan de volle hemel is gemaakt en we kunnen al enkele interessante trends ontdekken. Het voelt alsof we een nieuw tijdperk van galactische archeologie inluiden."

Vernoemd naar de twee astronomen die het in het begin van de twintigste eeuw bedachten, het Hertzsprung-Russell-diagram vergelijkt de intrinsieke helderheid van sterren met hun kleur en is een fundamenteel hulpmiddel om populaties van sterren en hun evolutie te bestuderen.

Een nieuwe versie van dit diagram, gebaseerd op vier miljoen sterren binnen vijfduizend lichtjaar van de zon geselecteerd uit de Gaia-catalogus, onthult voor het eerst veel fijne details. Dit omvat de handtekening van verschillende soorten witte dwergen - de dode overblijfselen van sterren zoals onze zon - zodat een onderscheid kan worden gemaakt tussen die met waterstofrijke kernen en die met helium gedomineerd.

Gecombineerd met Gaia-metingen van stersnelheden, het diagram stelt astronomen in staat onderscheid te maken tussen verschillende populaties van sterren van verschillende leeftijden die zich in verschillende regio's van de Melkweg bevinden, zoals de schijf en de halo, en dat is op verschillende manieren ontstaan. Nader onderzoek suggereert dat de snel bewegende sterren waarvan wordt aangenomen dat ze tot de halo behoren, twee stellaire populaties omvatten die zijn ontstaan ​​via twee verschillende vormingsscenario's, pleiten voor meer gedetailleerd onderzoek.

"Gaia zal ons begrip van het heelal op alle kosmische schalen enorm vergroten, " zegt Timo Prusti, Gaia-projectwetenschapper bij ESA.

"Zelfs in de buurt van de zon, welke regio dachten we het beste te begrijpen, Gaia onthult nieuwe en opwindende functies."

Melkweg in 3D

Voor een subset van sterren binnen een paar duizend lichtjaren van de zon, Gaia heeft de snelheid in alle drie de dimensies gemeten, patronen onthullen in de bewegingen van sterren die met vergelijkbare snelheden om de Melkweg draaien.

Toekomstige studies zullen bevestigen of deze patronen verband houden met verstoringen veroorzaakt door de Galactische balk, een dichtere concentratie van sterren met een langwerpige vorm in het centrum van de Melkweg, door de spiraalarmarchitectuur van de Melkweg, of door de interactie met kleinere sterrenstelsels die er miljarden jaren geleden mee samensmolten.

Met Gaia's precisie, het is ook mogelijk om de bewegingen van sterren te zien in sommige bolvormige sterrenhopen - oude sterrenstelsels die door de zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden en gevonden in de halo van de Melkweg - en in onze naburige sterrenstelsels, de Kleine en Grote Magelhaense Wolken.

Gaia-gegevens werden gebruikt om de banen af ​​te leiden van 75 bolvormige sterrenhopen en 12 dwergstelsels die rond de Melkweg draaien, het verstrekken van uiterst belangrijke informatie om de voorbije evolutie van onze Melkweg en zijn omgeving te bestuderen, de zwaartekrachten die in het spel zijn, en de verdeling van de ongrijpbare donkere materie die sterrenstelsels doordringt.

"Gaia is astronomie op zijn best, " zegt Fred Jansen, Gaia-missiemanager bij ESA.

"Wetenschappers zullen vele jaren met deze gegevens bezig zijn, en we zijn klaar om verrast te worden door de lawine van ontdekkingen die de geheimen van onze Melkweg zullen ontsluiten."