Nieuwe Gaia-gegevens geven het meest gedetailleerde beeld tot nu toe van de Melkweg

1,6 miljard sterren. 11,4 miljoen sterrenstelsels. 158.000 asteroïden.

Een ruimtevaartuig.

Het Gaia-ruimteobservatorium van de European Space Agency, dat in 2013 werd gelanceerd, heeft zijn doel om meer dan een miljard sterren in de Melkweg in kaart te brengen, al lang overtroffen (SN: 15/10/16). Op 13 juni breidde de missie die kaart uit naar nieuwe dimensies, waardoor meer gedetailleerde metingen van honderden miljoenen sterren werden vrijgegeven, plus – voor het eerst – asteroïden, sterrenstelsels en het stoffige medium tussen sterren.

“Plots heb je een stortvloed aan gegevens”, zegt Laurent Eyer, een astrofysicus aan de Universiteit van Genève die jarenlang aan Gaia heeft gewerkt. Voor sommige onderwerpen in de astronomie vervangen de nieuwe resultaten in feite alle waarnemingen die eerder zijn gedaan, zegt Eyer. “De gegevens zijn beter. Het is geweldig.”

Gegevens in het nieuwe onderzoek, die zijn verzameld van 2014 tot 2017, leiden al tot enkele ontdekkingen, waaronder de aanwezigheid van verrassend massieve “sterbevingen” op het oppervlak van duizenden sterren (SN: 8/2/19). Maar bovenal is de release een nieuw hulpmiddel voor astronomen, een hulpmiddel dat hen zal helpen te begrijpen hoe sterren, planeten en hele sterrenstelsels zich vormen en evolueren.

Hier zijn enkele van de al lang bestaande puzzels die de gegevens kunnen helpen oplossen.

Asteroïde mengelmoes

De asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter is een puinhoop van de geschiedenis. Nadat de aarde en andere planeten waren gevormd, sloegen de rotsachtige bouwstenen die over waren tegen elkaar aan, waardoor er door elkaar gegooide fragmenten achterbleven. Maar als wetenschappers genoeg weten over individuele asteroïden, kunnen ze reconstrueren waar en wanneer ze vandaan kwamen (SN: 13-4-19). En dat kan een kijkje geven in de vroegste dagen van het zonnestelsel.

Gaia’s enorme nieuwe dataset kan helpen bij het oplossen van deze puzzel, zegt Federica Spoto, een astrofysicus aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts. Het bevat gegevens over de chemische samenstelling van meer dan 60.000 asteroïden – zes keer meer dan onderzoekers hadden dergelijke details over voordat u andere hulpmiddelen gebruikt. Die informatie kan essentieel zijn om asteroïden terug te traceren naar hun verpletterende oorsprong.

“Je kunt teruggaan in de tijd en proberen alle vorming en evolutie van het zonnestelsel te begrijpen”, zegt Spoto, een medewerker van Gaia. “Dat is iets enorms waar we vóór Gaia niet eens aan konden denken.”

Asteroïden zijn echter niet alleen stukjes verleden; ze zijn ook gevaarlijk. De nieuwe gegevens kunnen asteroïden aan het licht brengen die vanaf de aarde bijna niet te zien zijn omdat ze te dicht bij de zon draaien, zegt Thomas Burbine, een planetaire wetenschapper aan het Mount Holyoke College in South Hadley, Massachusetts, die niet betrokken is bij de missie (SN: 15/2/20). Omdat deze asteroïden oorspronkelijk van verder weg zouden zijn gekomen (bijvoorbeeld de asteroïdengordel), kunnen ze ons vertellen over de rotsen die langs de aarde gaan en ons mogelijk kunnen raken. ‘We zullen onze buurt beter leren kennen’, zegt Burbine.

Een ster daten

Het is notoir moeilijk om de leeftijd van sterren te meten (SN: 23-7-21). “Het is niet ongewoon om een ​​onzekerheid van meer dan een miljard jaar te hebben”, zegt Alessandro Savino, een astrofysicus aan de University of California, Berkeley die niet betrokken is bij Gaia. In tegenstelling tot helderheid of locatie is leeftijd niet direct zichtbaar. Astronomen moeten vertrouwen op theorieën over hoe sterren evolueren om leeftijden te voorspellen op basis van wat ze kunnen meten.

Als eerdere versies van het Gaia-onderzoek als een foto van sterren waren, is de nieuwe release hetzelfde als het verschuiven van de foto van zwart-wit naar kleur. Het biedt een diepere kijk op honderden miljoenen sterren door hun temperatuur, zwaartekracht en chemie te meten. “Je stelt je de ster voor als dit punt in de ruimte, maar dan hebben ze zoveel eigenschappen”, zegt Spoto. “Dat is wat Gaia je geeft.”

Hoewel dit soort metingen verre van nieuw zijn, zijn ze nog nooit op zo’n schaal in de Melkweg verzameld. Die gegevens zouden meer inzicht kunnen geven in hoe sterren evolueren. “We kunnen de resolutie van onze klokken verbeteren”, zegt Savino.

Melkweg-snacks

Hoewel het misschien onveranderlijk lijkt, is de Melkweg eigenlijk bezig met een vast dieet van kleinere sterrenstelsels – het is zelfs bezig er nu een te eten. Maar decennialang stonden voorspellingen over wanneer en hoe deze kosmische fusies plaatsvinden op gespannen voet met bewijs uit onze melkweg, zegt Bertrand Goldman, een astrofysicus aan de International Space University in Straatsburg, Frankrijk, die niet betrokken is bij de publicatie van Gaia-gegevens. “Dat is lange tijd controversieel geweest”, zegt Goldman, “maar ik denk dat Gaia zeker licht zal werpen.”

De sleutel is om verschillende structuren in de Melkweg uit elkaar te kunnen halen en te zien hoe oud ze zijn (SN: 1/10/20). Gaia’s nieuwste release helpt op twee manieren: door de chemie van sterren in kaart te brengen en door hun beweging te meten. Eerdere versies van het onderzoek beschreven hoe miljoenen sterren bewogen, maar meestal in twee dimensies. De nieuwe catalogus verviervoudigt het aantal sterren met volledige 3D-trajecten van 7 miljoen naar 33 miljoen.

Dit heeft gevolgen buiten onze buurt. Het grootste deel van de massa in het universum bevindt zich in sterrenstelsels zoals de Melkweg, dus als we weten hoe ons eigen sterrenstelsel werkt, kunnen we de ruimte op de grootste schalen heel goed begrijpen. En hoe meer wetenschappers de delen van sterrenstelsels begrijpen die ze kunnen zien, hoe meer ze kunnen leren over donkere materie, de mysterieuze substantie die zwaartekracht uitoefent maar geen interactie heeft met licht (SN: 25/6/21).

Zelfs terwijl astronomen deze nieuwste dataset ontginnen, kijken ze al vooruit naar toekomstige schattenjachten. De volgende ronde is over een paar jaar, maar het zal naar verwachting de ontdekking van duizenden exoplaneten mogelijk maken, zeldzame metingen van zwarte gaten produceren en astronomen helpen te bepalen hoe snel het heelal uitdijt. Voor een deel komt dit omdat Gaia is ontworpen om de beweging van objecten in de ruimte te volgen, en dat wordt gemakkelijker naarmate er meer tijd verstrijkt. Dus Gaia’s waarnemingen kunnen alleen maar krachtiger worden. “Net als goede wijn rijpen ze heel, heel goed”, zegt Savino.