Gaia: uma missão europeia para mapear a galáxia

Onde estamos ? Esta questão de pequena escala talvez trivial assume um significado diferente na escala da galáxia. A missão europeia Gaia mapeia e categoriza mais de um bilhão de estrelas que nos cercam na Via Láctea .

Seus catálogos são uma referência absolutamente única.

Nos ombros de Hipparcos

De proposta francesa, o telescópio Hipparcos coletou entre 1989 e 1993 a posição e o movimento de mais de 118.000 estrelas ao redor do Sistema Solar. Esta missão da ESA revelou-se particularmente útil, pois permitiu publicar uma cartografia completa (um "catálogo") do nosso cantinho do universo em 1997. Este é um campo em si. , astrometria, que registra as posições, velocidades radiais e absolutas das estrelas. Isso permite a pesquisa entender como nossa galáxia se formou, quando, em que condições, qual a idade das estrelas ao nosso redor, e determinar seu passado, e até mesmo seu futuro.

E isso sem contar o avanço técnico do Hipparcos: determinar a posição de uma estrela não é um exercício trivial. Mais de 100 pesquisadores trabalharam em quase um terabyte de dados brutos, um verdadeiro golpe de sorte para a época. Mas no final do Hipparcos surge a ideia de uma nova missão para ir mais longe. Os europeus (e em particular os franceses que realizaram o projeto) estabeleceram uma nova referência. Os Estados Unidos propõem uma missão própria chamada SIM: é hora de agir e trabalhar em um projeto que iria além, muito além do Hipparcos.

Desta vez, estamos tentando mapear … um bilhão de estrelas.

Um telescópio muito especial …

Gaia nasceu. Ainda é apenas um dossiê com uma meta e um nome, “Interferômetro Astrométrico Global para Astrofísica”, que continuará a ser usado porque parece bom… embora a técnica interferométrica não seja usada. A missão, que vai demorar para ser bem definida, na verdade embute dois telescópios que vão observar as estrelas em um ângulo fixo entre elas, de 106,5 graus. Ao mesmo tempo, Gaia gira sobre si mesma (um grau por minuto, ou uma volta em seis horas) e nunca deve apontar na direção do Sol: ela é colocada em um ângulo de 45 °. Ele também gira devido à precessão e completa um círculo completo em 63 dias. Este mecanismo orbital permite que cada estrela detectável por telescópios seja observada entre 70 e 80 vezes durante os 5 anos de missão planejada.

Mas a essa geometria espacial para medições, devemos adicionar restrições mecânicas: não é fácil colocar dois telescópios e três instrumentos de medição (um astrômetro para a posição angular, um fotômetro para a luminosidade e um espectrômetro para medir a velocidade radial das estrelas. ) em um veículo espacial. Sobre o qual cada elemento também repousa sobre uma estabilidade extraordinária: a menor vibração faria as medições de má qualidade. Todas as condições devem ser atendidas mecanicamente, eletricamente e cientificamente. Assim, a estrutura é em carboneto de silício, o conjunto instrumental é resfriado a -110 ° C e um grande pára-sol dobrável é colocado no lugar para evitar que os raios solares destruam as células CCD frágeis dos sensores.Devemos acrescentar o desafio do processamento de dados: impossível repatriar as leituras brutas para a Terra. Gaia irá incorporar 7 computadores capazes de processar a posição de 10.000 estrelas a cada segundo, eliminando falsas detecções, etc.

Uma viagem a 1,5 milhão de quilômetros de distância

A missão, que já custava caro na fase de projeto, foi confiada à Astrium, agora Airbus Defense and Space. Para que as condições de medição sejam ideais, o telescópio será enviado ao ponto L2 Terra-Sol de Lagrange, a 1,5 milhão de quilômetros de distância. Uma boa ideia astronômica, mas um desafio técnico! A missão, que sofrerá com restrições orçamentárias, mas também com algumas preocupações de última hora (como a substituição de transponders defeituosos), decola em 19 de dezembro de 2013 com Soyuz do Centro Espacial da Guiana. A viagem ao destino impedirá que algumas das equipes voltem para suas famílias no Natal … especialmente porque uma preocupação com luz difusa é descoberta durante este período, provavelmente um pequeno reflexo devido a algumas partículas de gelo dentro do próprio telescópio. .

Felizmente, após a chegada em 8 de janeiro ao ponto L2 de Lagrange Terre-Soleil, as primeiras medições mostram que o impacto nas medições será baixo, e que o resto do telescópio é tão eficiente quanto o esperado. O quebra-sol de 10 m de diâmetro se desdobrou bem, o link de dados é perfeito e … a precisão da medição é absolutamente impressionante. A posição medida das estrelas excede 7 micro-segundos de arco após várias medições, ou seja, 0,000000009 grau de erro! Quando a primeira campanha científica começou em julho de 2014, as equipes científicas sabiam que tinham um instrumento único em suas mãos.

Construa o maior catálogo

O volume de dados deixa você tonto: todos os dias, 40 GB de dados enviados para a Terra, incluindo a posição de cerca de 40.000 estrelas! Para transformar essas informações em dados puros de posição, velocidade relativa e absoluta e classificação das estrelas por sua cor, são necessários data centers inteiros. Uma parte significativa da fatura final da missão (cerca de 750 milhões de euros com tudo incluído) também é dedicada ao DPAC, o “Consórcio de Análise e Processamento de Dados” que envolve cerca de quinze países e centros em Toulouse, Cambridge. , Genebra, Turim, Barcelona e Madrid. O primeiro catálogo “DR1” é baseado em pouco mais de um ano de observação, e já está revolucionando o campo: a posição de 1,1 bilhão de estrelas,seu brilho (magnitude) e informações de deslocamento para mais de 2 milhões deles. A astrometria acaba de progredir por um fator de 100.

Menos de dois anos depois, o consórcio reuniu o público no dia 25 de abril de 2018 para o catálogo DR2, o mais preciso até hoje. É baseado em 22 meses de observação, o que permitiu ao telescópio observar as mesmas estrelas repetidamente e, portanto, refinar ainda mais suas medições. Ao processar o ruído da medição de uma forma cada vez mais precisa, as leituras revelam novas estrelas. O catálogo é enorme e aberto a todos: 1,6 bilhão de estrelas estão listadas, incluindo 1,3 bilhão com seu movimento. Mais de 7 milhões de estrelas foram medidas com tanta precisão que conhecemos sua velocidade absoluta de movimento. Essas pesquisas permitirão formar a maior cartografia 3D de nossa porção da galáxia. Isso criou um verdadeiro reservatório científico, do qual apenas o topo do iceberg é hoje.hui estudou. Descobrimos um antigo berçário de estrelas que foi capaz de gerar perturbações suficientes para criar nosso próprio Sol, uma galáxia anã absorvida pela nossa há muito tempo … Mas também para verificar a rotação dos "ramos" de nossa Via Láctea, ou analisar a proporção dos diferentes tipos de estrelas que o habitam. Ele até detecta estrelas que estão "fugindo" de nossa galáxia, enquanto outras entram, após milhões de anos de viagem.Ele até detecta estrelas que estão "fugindo" de nossa galáxia, enquanto outras entram, após milhões de anos de viagem.Ele até detecta estrelas que estão "fugindo" de nossa galáxia, enquanto outras entram, após milhões de anos de viagem.

E até alguns bônus …

Ao coletar luz, Gaia não é responsável por diferenciar os planetas dos outros elementos que ela mede. De repente, ele também captura a passagem de vários cometas, até mesmo asteróides escuros, galáxias e aglomerados de estrelas mais distantes do que as fronteiras da Via Láctea. Mais de 14.000 objetos em nosso Sistema Solar já foram detectados dentro do DR2 … E já sabemos que esse número aumentou para o DR3, o novo catálogo que será divulgado ao público em 3 de dezembro de 2020. Ele não necessariamente esperar muito mais estrelas, mas uma maior precisão de medição.

Enquanto alguns já estão se perguntando (mesmo se a missão será sem dúvida estendida até 2022) qual poderia ser o sucessor de Gaia, os catálogos publicados ainda não foram totalmente explorados. Eles foram usados ​​em caráter experimental em 2018, por exemplo, para observar Tritão, a lua de Netuno, enquanto esperava que ela passasse em frente a uma das inúmeras estrelas mapeadas por Gaia. Uma mina de ouro que ainda precisa crescer …