Vandaag heeft de Gaia-missie van ESA een goudmijn aan kennis over ons sterrenstelsel en daarbuiten vrijgegeven. De sterrenkijker overtreft onder andere zijn geplande potentieel door een half miljoen nieuwe en zwakke sterren in een massieve cluster te onthullen, meer dan 380 mogelijke kosmische lenzen te identificeren en de posities van meer dan 150 000 asteroïden binnen het zonnestelsel te bepalen.
Gaia brengt ons sterrenstelsel en daarbuiten in buitengewoon multidimensionaal detail in kaart en voltooit de nauwkeurigste stellaire telling ooit. De missie schetst een gedetailleerd beeld van onze plaats in het heelal, waardoor we de verschillende objecten in het heelal beter kunnen begrijpen. De nieuwste 'gerichte productrelease' van de missie bouwt hierop voort en biedt veel nieuwe en verbeterde inzichten in de ruimte om ons heen. De release brengt spannende en onverwachte wetenschap: bevindingen die veel verder gaan dan waarvoor Gaia oorspronkelijk was ontworpen en die diep in onze kosmische geschiedenis graven.
Een half miljoen nieuwe sterren: Gaia's observatiemodus uitgebreid om clusterkernen te ontsluiten
Gaia's derde datarelease (DR3) bevatte gegevens over meer dan 1,8 miljard sterren, waarmee een vrij compleet beeld van de Melkweg en daarbuiten is opgebouwd. Er bleven echter gaten in onze kartering. Gaia had nog niet alle gebieden aan de hemel verkend die bijzonder dicht opeengepakt zaten met sterren, waardoor deze relatief onontdekt bleven - en sterren over het hoofd zagen die minder helder schenen dan hun vele buren.
Bolvormige sterrenhopen zijn hier een belangrijk voorbeeld van. Deze clusters behoren tot de oudste objecten in het heelal, waardoor ze bijzonder waardevol zijn voor wetenschappers die naar ons kosmische verleden kijken. Helaas kunnen hun heldere kernen, vol met sterren, telescopen overweldigen als ze een duidelijk beeld proberen te krijgen. Daarom blijven ze ontbrekende puzzelstukjes in onze kaarten van het heelal.
Om de gaten in onze kaarten op te vullen, heeft Gaia Omega Centauri geselecteerd, de grootste bolvormige sterrenhoop die vanaf de aarde te zien is en een goed voorbeeld van een 'typische' sterrenhoop. In plaats van alleen op individuele sterren te focussen, zoals normaal het geval is, heeft Gaia een speciale modus ingeschakeld om een groter stuk hemel rondom de kern van de sterrenhoop in kaart te brengen telkens wanneer de sterrenhoop in beeld kwam.
"In Omega Centauri hebben we meer dan een half miljoen nieuwe sterren ontdekt die Gaia nog niet eerder had gezien - van slechts één cluster!", zegt hoofdauteur Katja Weingrill van het Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), Duitsland, en lid van de Gaia-samenwerking. "Het gaat niet alleen om het opvullen van gaten in onze kartering, hoewel dit op zichzelf waardevol is," voegt co-auteur en Gaia-samenwerkingslid Alexey Mints, ook van het AIP, toe. "Onze gegevens stelden ons in staat om sterren te detecteren die te dicht bij elkaar staan om goed te kunnen worden gemeten in Gaia's reguliere pijplijn. Met de nieuwe gegevens kunnen we de structuur van de sterrenhoop bestuderen, hoe de samenstellende sterren zijn verdeeld, hoe ze bewegen en nog veel meer, zodat we een complete grootschalige kaart van Omega Centauri kunnen maken. Gaia wordt volledig benut - we hebben dit geweldige kosmische instrument op maximaal vermogen ingezet."
Deze bevinding voldoet niet alleen aan het geplande potentieel van Gaia, maar overtreft het zelfs. Het team gebruikte een observatiemodus die is ontworpen om ervoor te zorgen dat alle instrumenten van Gaia soepel werken. "We hadden niet verwacht dat we Gaia ooit voor wetenschappelijke doeleinden zouden gebruiken, wat dit resultaat nog spannender maakt," voegt Katja toe. De nieuwe sterren in Omega Centauri vormen een van de drukst bezochte gebieden die Gaia tot nu toe heeft onderzocht.
Gaia onderzoekt momenteel nog acht andere regio's op deze manier. De resultaten worden opgenomen in Gaia Data Release 4. Deze gegevens zullen astronomen helpen om echt te begrijpen wat er gebeurt binnen deze kosmische bouwstenen, een cruciale stap voor wetenschappers die de leeftijd van ons sterrenstelsel willen bevestigen, het centrum ervan willen lokaliseren, willen uitzoeken of het in het verleden botsingen heeft doorgemaakt, willen nagaan hoe sterren veranderen gedurende hun levensduur, onze modellen van galactische evolutie willen beperken en uiteindelijk de mogelijke leeftijd van het heelal zelf willen bepalen.
Op zoek naar lenzen: Gaia de toevallige kosmoloog
Hoewel Gaia niet is ontworpen voor kosmologie, turen haar nieuwe bevindingen diep in het verre heelal, op zoek naar ongrijpbare en spannende objecten die aanwijzingen bevatten voor enkele van de grootste vragen van de mensheid over de kosmos: gravitationele lenzen. Zwaartekrachtlenzen treden op wanneer het beeld van een ver object vervormd raakt door een storende massa - bijvoorbeeld een ster of sterrenstelsel - die zich tussen ons en het object bevindt. Deze tussenliggende massa werkt als een reusachtig vergrootglas, of lens, die de helderheid van licht kan versterken en meerdere beelden van de verre bron op de hemel kan werpen. Deze merkwaardige en zeldzame configuraties zijn visueel intrigerend en hebben een immense wetenschappelijke waarde. Ze onthullen unieke aanwijzingen over de allereerste dagen en bewoners van het heelal.
"Gaia is een echte lenszoeker," zegt co-auteur Christine Ducourant van het Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, Frankrijk, en lid van de Gaia-samenwerking. "Dankzij Gaia hebben we ontdekt dat sommige objecten die we zien niet gewoon sterren zijn, ook al lijken ze daar wel op. Het zijn eigenlijk heel verre quasars - extreem heldere, energieke galactische kernen die worden aangedreven door zwarte gaten. We presenteren nu 381 solide kandidaten voor gelensde quasars, waaronder 50 die we zeer waarschijnlijk achten: een goudmijn voor kosmologen en de grootste set kandidaten die ooit in één keer is vrijgegeven."
Het team heeft de kandidaten geïdentificeerd uit een uitgebreide lijst van mogelijke quasars (waaronder die van Gaia DR3). Vijf van de mogelijke lenzen zijn potentiële Einstein-kruizen, zeldzame lenssystemen met vier verschillende beeldcomponenten in de vorm van een kruis. (Zie de 12 dergelijke configuraties die Gaia in 2021 ontdekte). Het vinden van gelensde quasars is een uitdaging. De samenstellende beelden van een gelensd systeem kunnen op misleidende manieren samenklonteren aan de hemel en de meeste bevinden zich erg ver weg, waardoor ze vaag en lastig te vinden zijn.
"Het mooie van Gaia is dat het overal kijkt, dus we kunnen lenzen vinden zonder dat we hoeven te weten waar we moeten zoeken," voegt medeauteur Laurent Galluccio van de Université Côte d'Azur in Frankrijk en lid van de Gaia-samenwerking toe. "Met deze vrijgave van gegevens is Gaia de eerste missie die een all-sky onderzoek van zwaartekrachtlenzen met hoge resolutie uitvoert." De uitbreiding van Gaia's waarde naar de kosmologie levert synergie op met ESA's Euclid-missie, die onlangs van start is gegaan met haar zoektocht naar het donkere heelal. Hoewel beiden zich richten op verschillende delen van de kosmos - Euclid op het in kaart brengen van miljarden sterrenstelsels, Gaia op het in kaart brengen van miljarden sterren - kunnen de quasars met lenzen die ontdekt zijn door Gaia gebruikt worden als leidraad voor toekomstig onderzoek met Euclid.
Planetoïden, gestapeld sterlicht en pulserende sterren
Andere vandaag gepubliceerde artikelen bieden meer inzicht in de ruimte om ons heen en de diverse en soms mysterieuze objecten daarbinnen. Eén artikel onthult meer over 156 823 van de asteroïden die zijn geïdentificeerd als onderdeel van Gaia DR3. De nieuwe dataset geeft de posities van deze rotsachtige lichamen aan over een periode die bijna twee keer zo lang is als de vorige, waardoor de meeste van hun banen - alleen al gebaseerd op Gaia-waarnemingen - 20 keer nauwkeuriger zijn. In de toekomst zal Gaia DR4 de set aanvullen en kometen, planetaire satellieten en het dubbele aantal asteroïden bevatten, waardoor onze kennis van de kleine lichamen in de nabije ruimte zal verbeteren.
¨ Een ander artikel brengt de schijf van de Melkweg in kaart door zwakke signalen in sterlicht te traceren, zwakke afdrukken van het gas en stof dat tussen de sterren zweeft. Het Gaia-team heeft zes miljoen spectra op elkaar gestapeld om deze signalen te bestuderen, waardoor een ongelooflijk grote dataset is ontstaan van zwakke kenmerken die nog nooit eerder in zo'n grote steekproef zijn gemeten. Hopelijk stelt de dataset wetenschappers in staat om eindelijk de bron van deze signalen te bepalen, waarvan het team vermoedt dat het een complexe organische molecule is. Als we meer weten over waar dit signaal vandaan komt, kunnen we de complexe en verstrengelde fysische en chemische processen bestuderen die in ons hele sterrenstelsel actief zijn en meer begrijpen over het materiaal dat tussen de sterren ligt.
Last but not least wordt in een artikel de dynamica van 10.000 pulserende en binaire rode reuzensterren gekarakteriseerd in verreweg de grootste database die tot nu toe beschikbaar is. Deze sterren maakten deel uit van een catalogus van twee miljoen variabele sterrenkandidaten die in Gaia DR3 is gepubliceerd en zijn van essentieel belang voor het berekenen van kosmische afstanden, het bevestigen van stereigenschappen en het verduidelijken van hoe sterren in de kosmos evolueren. De nieuwe versie geeft een beter inzicht in hoe deze fascinerende sterren in de loop van de tijd veranderen.
"Deze vrijgave van gegevens bewijst opnieuw de brede en fundamentele waarde van Gaia - zelfs voor onderwerpen waarvoor het oorspronkelijk niet was ontworpen," zegt Timo Prusti, Project Scientist voor Gaia bij ESA. "Hoewel Gaia zich voornamelijk richt op het onderzoeken van sterren, onderzoekt het alles, van de rotsachtige lichamen van het zonnestelsel tot veelvuldig in beeld gebrachte quasars die miljarden lichtjaren ver weg liggen, ver voorbij de randen van de Melkweg. De missie biedt een werkelijk uniek inzicht in het heelal en de objecten daarbinnen, en we maken echt optimaal gebruik van het brede perspectief op de hemel om ons heen."
De volgende stappen
Gaia's vorige datarelease, Gaia DR3, vond plaats op 13 juni 2022. Het was het meest gedetailleerde onderzoek van de Melkweg tot nu toe en een schat aan gegevens over vreemde 'sterbevingen', asymmetrisch bewegende sterren, stellair DNA en nog veel meer. Gaia DR3 bevatte nieuwe en verbeterde details voor bijna twee miljard sterren in de Melkweg en de grootste catalogi van dubbelsterren, duizenden objecten in het zonnestelsel en - verder weg en buiten ons melkwegstelsel - miljoenen sterrenstelsels en quasars.
De volgende gegevensvrijgave van de missie, Gaia DR4, wordt niet voor eind 2025 verwacht. Het zal voortbouwen op zowel Gaia DR3 als deze tussentijdse gerichte productrelease om ons begrip van de multidimensionale Melkweg verder te verbeteren. Onze kennis van de kleuren, posities en bewegingen van sterren zal worden verfijnd, variabele en meervoudige stersystemen zullen worden opgelost, quasars en sterrenstelsels zullen worden geïdentificeerd en gekarakteriseerd, kandidaten voor exoplaneten zullen worden geïnventariseerd en nog veel meer.
Bron: ESA
