Verslag van ESA / Science & Exploration / Space Science / Gaia
ESA’s Gaia-missie heeft een nieuwe goudmijn aan kennis over ons sterrenstelsel en daarbuiten vrijgegeven. De sterrenkijker overtreft onder andere zijn geplande potentieel om 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 daarin beter kunnen begrijpen.
De lmeest recente ‘productrelease’ van de missie – op 10 oktober vrijgegeven – 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 wat Gaia oorspronkelijk moest ontdekken en die diep graven in onze kosmische geschiedenis.
Dus – wat is er nieuw aan Gaia?
Een half miljoen nieuwe sterren
Gaia’s derde datarelease (DR3) bevatte gegevens over meer dan 1,8 miljard sterren, waarmee een behoorlijk compleet beeld van de Melkweg en daarbuiten is opgebouwd. Enkele belangrijke gaten in eerdere kaarten zijn opgevuld. Gaia had nog niet alle gebieden aan de hemel verkend die bijzonder dicht opeengepakt zaten met sterren, waardoor deze relatief onontdekt bleven – waardoor sterren over het hoofd werden gezien 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 ons kosmische verleden onderzoeken. 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 gebruikelijk is, maakte Gaia gebruik van een speciale modus om een groter stuk hemel rond de kern van de sterrenhoop in kaart te brengen telkens wanneer deze in beeld kwam.
Gaia onthult drukke kern van enorme sterrenhoop
“In Omega Centauri ontdekten we meer dan een half miljoen nieuwe sterren 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 kaarten, hoewel dit op zichzelf waardevol is,” voegt co-auteur en Gaia-samenwerkingslid Alexey Mints, ook van het AIP, toe. “Met onze gegevens konden we sterren detecteren die te dicht bij elkaar stonden 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 Gaia’s geplande potentieel, maar overtreft het zelfs. Het team gebruikte een observatiemodus om ervoor te zorgen dat alle instrumenten van Gaia soepel werkten. “We hadden niet verwacht dat we Gaia ooit voor wetenschappelijke doeleinden zouden gebruiken, wat dit resultaat nog spannender maakt,” voegt Katja Weingrill toe.
De nieuwe sterren in Omega Centauri zijn 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, tuurt ze met 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: zwaartekrachtlenzen.
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 in 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 sterke 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 identificeerde de kandidaten uit een uitgebreide lijst van mogelijke quasars (inclusief die van Gaia DR3). Vijf mogelijke lenzen zijn potentiële Einstein-kruizen, zeldzame lenssystemen met vier verschillende beeldcomponenten in de vorm van een kruis (zie ook 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 artikelen die op 10 oktober zijn gepubliceerd, bieden meer inzicht in de ruimte om ons heen en de diverse en soms mysterieuze objecten daarbinnen.
Een daarvan onthult meer over 156.823 van de planetoïden die zijn geïdentificeerd als onderdeel van Gaia DR3. De nieuwe dataset geeft de posities van deze rotsachtige lichamen aan over bijna het dubbele van de vorige tijdspanne, 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 verder 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 met elkaar verweven fysische en chemische processen bestuderen die in ons hele sterrenstelsel actief zijn en meer begrijpen over het materiaal dat tussen de sterren ligt.
Een ander artikel uit DR3 beschrijft de dynamica van 10.000 pulserende en binaire rode reuzensterren in de grootste database die tot nu toe beschikbaar is. Deze sterren maakten deel uit van een catalogus van twee miljoen variabele sterrenkandidaten die is gepubliceerd in Gaia DR3 en zijn van groot belang bij het berekenen van kosmische afstanden, het bevestigen van stereigenschappen en het verduidelijken van hoe sterren in de kosmos evolueren. De nieuwe versie biedt een beter begrip van hoe deze fascinerende sterren in de loop van de tijd veranderen.
“De DR3 release toont opnieuw de brede en fundamentele waarde van Gaia aan – 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.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
