Gaia, el cartógrafo galáctico de Europa, se ha ido pero no se olvida

Este observatorio probablemente ha sido el proyecto de astronomía más transformador del siglo XXI, pero hay una buena posibilidad de que nunca haya oído hablar de él. La semana pasada, por ejemplo, el planetario Hayden en el Museo Americano de Historia Natural (AMNH) en la ciudad de Nueva York debutó un nuevo “espectáculo espacial” llamado Encuentros en la Vía Láctea—En esta nave espacial a menudo se pasa por alto es su superestrella científica. Pero es más probable que sepa sobre la narración del actor Pedro Pascal en el programa que estar familiarizado con la misión espacial individual que sirve como la columna vertebral de la presentación.

El observatorio se llama Gaia. Y, como tantas cosas buenas, realmente no lo extrañarías hasta que se haya ido, y ahora lo es.

Lanzado en 2013 por la Agencia Espacial Europea (ESA), cesó las operaciones En marzo pasado, cuando usaba el poco combustible que le quedaba para dirigir una órbita del cementerio alrededor del sol. Desde su estación en una región inactiva de espacio profundo a más de 1,6 millones de kilómetros de la Tierra, la misión de Gaia fue, en esencia, bastante simple: fue diseñado para darnos una mejor idea de dónde estamos: un “marco de referencia” celestial sobre escamas interplanetarias, interestelares e interplanetarias superpuestas. Para hacer eso, utilizó telescopios gemelos y tres instrumentos, incluida una cámara de mil millones de píxeles, para medir minuciosamente las distancias, las posiciones, los movimientos y más de unos dos mil millones de objetos celestes, la mayoría de ellos protagoniza nuestra propia galaxia. Hizo unos tres billones de observaciones en total, produciendo (Entre muchas otras cosas) El mapa tridimensional más grande y preciso de la Vía Láctea jamás realizada.

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“Gaia fue nuestro mejor cartógrafo galáctico, y a veces digo eso Encuentros en la Vía Láctea es mi carta de amor “, dice Jackie Faherty, una científica de investigación senior de AMNH, quien seleccionó el nuevo espectáculo espacial y trabaja regularmente con los datos de Gaia.” Resulta que puede aprender mucho determinando dónde y qué tan lejos están las estrellas de usted de usted de usted de usted de usted de la Tierra de que se mueven … la creación de Gaia de este mapa es algo que todos debemos celebrarlo como es útil y útiles como los mapas de la Tierra de la Tierra de la Tierra de la Tierra. Mirándolo, puede encontrar y explorar todo tipo de cosas diferentes que desea saber “.

Desde el mapa de Gaia, más de 13,000 estudios revisados ​​por pares ya han surgido, y muchos han preocupado la estructura fundamental y la historia profunda de la Vía Láctea. Gracias a Gaia, los científicos ahora pueden Mejor medir la cantidad de materia oscura dentro de nuestra galaxia y he podido rastrear el crecimiento y la evolución de la Vía Láctea a través de eones a través de flujos de reliquias de estrellas esparcidas de fusiones antiguas con otras galaxias más pequeñas.

“Las estrellas retienen recuerdos de sus orígenes en sus edades, movimientos y composiciones químicas, todas las cuales Gaia midió”, dice Amina Helmi, astrónoma del Instituto Astronómico Kapteyn en los Países Bajos. Ella y sus colegas usaron los datos de la misión para descubrir evidencia de una fusión galáctica importante que, hace unos 10 mil millones de añosmoldeó nuestra galaxia en la Vía Láctea que conocemos hoy.

“Con toda esa información, era como un velo que se levantaba”, dice Helmi. “De repente podríamos realizar lo que a veces se llama ‘arqueología galáctica’, reconstruyendo la historia de la Vía Láctea para ver cuándo y cómo sucedió esta fusión con otra galaxia más pequeña que estaba aproximadamente a una cuarta a una cuarta parte de la masa de nuestra galaxia … Gaia nos permite mirar miles de millones de años en la historia de la Vía Láctea, antes de que nuestro sistema solar se formara, para ver lo que realmente sucedió en ese momento, lo que es absolutamente sorprendente”.

Rastreando perturbaciones de una fusión más reciente y continualos astrónomos incluso han logrado revelar una urdimbre aparente en el disco de la Vía Lácteaofreciendo un nuevo giro, literalmente, en la imagen clásica de nuestra casa cósmica. A escamas más pequeñas, la nave espacial ha refinado las órbitas de más de 150,000 asteroides, vigilando a cientos de ellos para ver si tienen sus propias lunas. Ha espiado indicios de miles de mundos e incluso algunos agujeros negros que orbitan otras estrellas. A escalas más grandes, ha ayudado a estimar la tasa de expansión del universoy también se ha burlado El sutil tirón del corazón de la Vía Láctea sobre el sistema solar a través de decenas de miles de años luz.

El expansivo cálculo cósmico de Gaia es ahora una piedra angular para la mayoría de los telescopios basados ​​en la tierra y el espacio de última generación, que se basan en el mapa celestial de la misión denso en el objetivo para orientar y calibrar sus propias observaciones y operaciones. Si se trata de la NASA Telescopio espacial James WebbESA’s Misión euclidel terreno, construido en Estados Unidos Observatorio de Vera C. Rubin o la subconstrucción de Europa Telescopio extremadamente grandeprácticamente, todos los telescopios más emocionantes del mundo que recolectan estrellas se guiarán, en cierto sentido, Gaia.

Y asombrosamente, lo mejor está por venir. Más de dos tercios del tesoro de datos de la misión todavía están en secreto. Se está preparando en un proceso que requiere mucho tiempo para dos hitos principales principales: aproximadamente la mitad de los datos totales de Gaia están destinados a su lanzamiento el próximo año, y los datos completos de la misión llegarán no antes de 2030.

Pero debido a que no fue de retroceso de imágenes preparadas para los exuberantes carteles de paredes y los fondos de escritorio, Gaia estaba destinada a ser “criminalmente poco reconocida fuera de la astronomía”, dice Mark McCaughrean, astrónomo y ex asesor principal de la ESA. “Y debido a que Gaia proporcionó información completamente esencial, aunque mundana, como las distancias estelares precisas, ha estado condenada a esta maldición de ubicuidad y obscuridad simultánea, ya que muchas personas usan sus datos, pero lo dan por sentado como” proveniente de un catálogo “.

Anthony Brown, un astrónomo de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, que lidera el grupo de procesamiento y análisis de datos de la misión, lo expresa con más sucinta: “Para los astrónomos, Gaia se ha vuelto casi como el aire que respira”, dice.

En el corazón de la fabricación de mapas de Gaia hay una técnica llamada astrometría, la medición de las posiciones y movimientos celestiales en el plano del cielo. Emparejado con un fenómeno llamado paralaje, el cambio aparente de la posición de un objeto cuando se ve desde dos puntos de vista, los astrónomos también pueden usar Gaia para determinar las distancias. Puedes ver el efecto de paralaje con tus propios dos ojos: mantenga el pulgar hacia afuera a la longitud del brazo y mira como parece saltar mientras parpadea un ojo y luego el otro. Cuanto más cerca esté el objeto, mayor será su desplazamiento. Y cuanto más grande sea su línea de base entre dos puntos de vista, menor será el desplazamiento que puede discernir. Tus ojos tienen una línea de base de unos seis centímetros; Gaia era de 300 millones de kilómetros, establecidos por los lados opuestos de la órbita de la Tierra alrededor del sol.

Un predecesor de Gaia, la misión de Hipparcos de la ESA, utilizó esa misma línea de base gigantesca para examinar el cielo desde 1989 hasta que se quedó sin combustible en 1993. Pero la tecnología del tiempo limitó los astrométricos de Hipparcos a los cálculos astrométricos a una precisión de una precisión de un Milliarcsecond, con mediciones de alta calidad solo por aproximadamente 100,000 objetos en aproximadamente 200 en Parsecs (650 años ligeros) de los sistemas de energía solar. (Un segundo arco es una porción angular muy pequeña de los cielos, lo que hace que la precisión de Milliarcsegund de Hipparcos sea aún más notable. La luna, por ejemplo, ocupa aproximadamente 1,800 segundos de arco en el cielo de la Tierra).

Tan impresionante como fue Hipparcos, Gaia destrozó los registros establecidos por su precursor, aunque no sin desafíos, como aerosoles que amenazan la precisión que filtrado alrededor de los bordes del escudo solar de la nave espacial y un agujero golpeado por un micrometeoroide errante. Pero en última instancia, dice Brown, las mediciones de Gaia lograron el orden de una precisión 100 veces mayor, alcanzando alrededor de 10 microarcdos. Y dentro de la Vía Láctea, la vista de la nave espacial abarcaba 100 veces más volumen e incluyó 10 veces más objetivos.

Los números que sustentan a Gaia son tan ajenos a la experiencia cotidiana que bordean sin sentido, dice Michael Perryman, un ex investigador de la ESA, que se ha desempeñado como científico del proyecto para Hipparcos y Gaia y desempeñó un papel crucial para el desarrollo de ambas misiones. Comienza la precisión de Hipparcos con discernir el valor de un segundo de crecimiento de un cabello humano desde una distancia de un metro. La visión de 100 veces que se mueve, dice, es más como medir el ancho de un solo átomo de hidrógeno desde la misma distancia.

Otra comparación implica el tamaño de los conjuntos de datos de las dos misiones. Cuando el equipo de Hipparcos imprimió su catálogo completo, recuerda Perryman, comprendió cinco volúmenes gruesos, lo suficientemente casi como para llenar un solo estante de una estantería. Imprimir el catálogo completo de Gaia con la misma densidad de información por página, dice, requeriría unos 10 kilómetros de espacio en el estante.

“La mente se aturde”, dice. “Es casi incomprensible; estos son números y dimensiones simplemente no estamos equipados para visualizar, por lo que incluso las analogías son muy difíciles de comprender”.

El mejor ejemplo de las alturas que puede alcanzar tal precisión Determinación del Tour de Force de Gaia de la aceleración del sistema solar con respecto a un vasto campo de cuásares que abarca el cielo. Los cuásares son los núcleos conspicuamente brillantes de galaxias remotas que albergan activamente alimentando agujeros negros supermasivos. Como tal, los cuásares se encuentran entre las balizas más poderosas que los astrónomos pueden usar para investigar regiones distantes del universo. Gaia identificó las posiciones de más de un millón y medio de ellos para establecer una especie de fondo fijo, contra los cuales se pudieron ver varios movimientos minúsculos de nuestro sistema solar u otros objetos celestiales cercanos.

Una moción que GAIA logró medir fue una aceleración asombrosamente pequeña de solo 0.232 nanómetro por segundo al cuadrado: una desviación continua a escala de átomos en la trayectoria de 220 kilómetros por segundo del sistema solar a través de la Vía Láctea, atribuida al impulso gravitacional del centro de nuestra galaxia a unos 26,000 años de luz. Escritura grande, el desplazamiento se suma a menos de un metro por día, y esencialmente refleja la escultura en tiempo real de nuestra órbita galáctica a medida que el sistema solar escala un camino a través del campo gravitacional de la Vía Láctea.

“Es un movimiento casi circular alrededor del Centro Galáctico, y está dirigido hacia el agujero negro supermasivo allí”, dice el astrónomo Sergei Klioner de la Universidad Tecnológica Dresde de Alemania, quien lideró gran parte del trabajo detrás de la medición. “Ningún otro datos de observación podría estar cerca de competir con Gaia aquí … a menudo escuchas el término” astronómico “en el sentido de que algo es muy grande, pero este es un ejemplo en el que Gaia nos ha mostrado algo astronómicamente pequeño”.

Ahora que Gaia se ha oscurecido, ya se habla de lo que viene después. “¿Realmente necesitamos otra misión de astrometría?” Pregunta a Brown, quien comenzó a trabajar en Gaia en 1997. “Bueno, no inmediatamente, sino el marco de referencia estelar extremadamente preciso que nos dio, sobre los que dependen muchos otros observatorios, eventualmente se deteriorará porque todas las estrellas se mueven, ¿verdad?” Esa está imaginando Una misión de seguimientoque sería el lanzamiento potencial en la década de 2040. Esta vez, esa misión se optimizaría para observaciones infrarrojas para permitir que los astrónomos vean a través del polvo que de otro modo nubla su visión del disco lleno de estrellas de la Vía Láctea y el Centro Galáctico.

“Es, en cierto modo, maravilloso pero también un poco triste que la gente dé por sentado a Gaia porque, Dios mío, fue una misión difícil”, reflexiona Perryman. “No siento tristeza porque se haya ido; estoy encantado y aliviado de que duró tanto tiempo, y soy muy consciente de lo notable que es que vivamos en un momento en que la sociedad está dispuesta a agrupar sus recursos para apoyar tales cosas, y tenemos la tecnología para hacerlas. Espero que este período continúe, pero me preocupamos que hemos estado dando eso también”.