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Gaia (satellite)
satellite dell'Agenzia Spaziale Europea Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
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Il Gaia (in passato acronimo di Global Astrometric Interferometer for Astrophysics)[4] è un satellite artificiale che ha svolto una missione astrometrica sviluppata dall'Agenzia Spaziale Europea, continuazione della missione Hipparcos, facente parte del programma scientifico Horizon 2000. Il lancio è avvenuto il 19 dicembre del 2013 (9:12:18 UTC), il satellite era stato inserito in un'orbita di Lissajous attorno al secondo punto lagrangiano del sistema Sole-Terra. Il punto è conosciuto anche come L2[1], e offre ottime caratteristiche per l'osservazione in quanto Sole, Terra e Luna si posizionano fuori dal campo di osservazione del satellite insieme a un relativamente basso livello di radiazioni e una buona stabilità termica.
La missione di Gaia, in origine di cinque anni è stata prima estesa fino dicembre 2022 e successivamente sino al 2025[5], completando le ultime osservazioni a gennaio ed effettuando alcuni test tecnologici nei mesi successivi.[6] Dopo oltre 11 anni di osservazioni, le comunicazioni col satellite sono state definitivamente disattivate il 27 marzo 2025[7].
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La missione
Riepilogo
Prospettiva
Gaia compilerà un catalogo di circa un miliardo di stelle fino alla magnitudine 20. L'obiettivo principale della missione è l'effettuazione di misure astrometriche di altissima precisione. Il satellite determinerà la posizione esatta di ogni stella in tempi diversi durante la durata operativa prevista (era di cinque anni con una possibile estensione di un ulteriore anno, al 2023 era già stata estesa diverse volte). Misurerà quindi direttamente il moto proprio con una precisione variabile tra 20 e 200 micro arco secondi, rispettivamente per stelle di magnitudine 15 e 20. Sfruttando l'effetto della parallasse calcolerà anche la distanza di ognuna delle stelle, con una precisione maggiore per quelle più vicine e luminose. La sonda effettuerà anche misure fotometriche a diverse lunghezze d'onda e in diversi periodi temporali degli oggetti e sarà in grado di determinarne la velocità radiale.
In definitiva Gaia creerà una mappa tridimensionale molto precisa della porzione di Galassia vicina a noi, e una mappa meno accurata ma comunque dettagliata del resto, sfruttando le stelle più luminose e visibili a grandi distanze. La mappa comprenderà sia la posizione che i movimenti delle stelle, in modo da poter studiare l'evoluzione della Galassia. Le misure fotometriche forniranno dettagliate informazioni fisiche sulla composizione e sulle caratteristiche delle stelle osservate. Permetteranno di definire la luminosità, la gravità, la temperatura e la composizione chimica di ogni stella misurata. Quest'analisi delle stelle fornirà dati fondamentali per risolvere problemi sull'origine, la struttura e la storia evolutiva della Galassia. Un gran numero di quasar, pianeti extrasolari e oggetti del sistema solare saranno misurati nel contempo.
L'altissima risoluzione ottica degli strumenti di GAIA permetterà anche l'identificazione di eventuali pianeti extrasolari: si stima che al termine della missione, previsto per il 2025, saranno stati individuati circa 8000 pianeti extrasolari e circa 1000 sistemi solari; il pianeta più piccolo individuabile da GAIA ha massa pari a quella di Giove, cioè 300 volte quella della Terra, e periodo orbitale fino a 10 anni. Alla massima distanza osservabile (200 pc) GAIA potrà individuare pianeti di 2-3 MJ distanti tra 2 e 4 au dalla loro stella, mentre a distanze intorno a 25 pc sarà possibile individuare pianeti di massa simile a quella di Saturno (95 M⊕) a distanza compresa tra 1 e 4 au[8].
I dati acquisiti da GAIA sono gestiti, per quanto riguarda l'Italia, daI centro di elaborazione dell'Osservatorio Astrofisico di Torino in collaborazione con ALTEC[9].
Veicolo
Gaia è un satellite di 2.030 kg al lancio, di cui 920 kg per la piattaforma, 710 kg per il carico utile, 335 kg di propellente utilizzato dai motori a razzo responsabili delle manovre fino all'inizio della fase scientifica della missione e 60 kg di gas utilizzato dai propulsori a gas freddo utilizzati durante il resto della missione. La struttura principale ha la forma di un prisma esagonale alto 3,5 m e di 3 m di diametro, escluso lo schermo solare che aumenta il diametro a 10 metri.[10] Per mantenere la messa a fuoco precisa su stelle distanti molti anni luce, le uniche parti mobili sono gli attuatori per allineare gli specchi e le valvole per azionare i propulsori. Non è fornito di ruote di reazione o giroscopi. I sottosistemi del veicolo spaziale sono montati su un telaio rigido in carburo di silicio, che fornisce una struttura stabile che non si espande o si contrae a causa della temperatura. Il controllo dell'assetto è fornito da piccoli propulsori a gas freddo che possono emettere 1,5 microgrammi di azoto al secondo.[10][11]
Strumenti
Il carico utile di Gaia è costituito da due telescopi identici a tre specchi con un'apertura di 1,45 × 0,50 m e una lunghezza focale di 35 m. Ogni telescopio ha uno specchio primario con una superficie di 1,46 × 0,51 m e sono montati su un banco del diametro di 3 metri.[11]
Gli strumenti principali di Gaia sono tre:
- Lo strumento di astrometria (Astro) determina con precisione le posizioni di tutte le stelle più luminose di magnitudine 20 misurando la loro posizione angolare.[12] Combinando le misurazioni di una qualsiasi stella durante la durata della missione, sarà possibile determinare la sua parallasse, e quindi la sua distanza e il suo moto proprio.
- Lo strumento fotometrico (BP/RP) consente l'acquisizione di misure di luminosità delle stelle nella banda spettrale 320–1000 nm, di tutte le stelle più luminose della magnitudine 20.[12] I fotometri blu e rosso (BP/RP) sono utilizzati per determinare le proprietà stellari come temperatura, massa, età e composizione elementare.[4] La fotometria multicolore è fornita da due prismi di silice fusa a bassa risoluzione che disperdono tutta la luce che entra nel campo visivo nella direzione di scansione prima del rilevamento. Il fotometro blu (BP) opera nell'intervallo di lunghezze d'onda 330–680 nm; il fotometro rosso (RP) copre l'intervallo di lunghezze d'onda 640–1050 nm.
- Lo spettrometro di velocità radiale (RVS) viene utilizzato per determinare la velocità degli oggetti celesti lungo la linea di vista acquisendo spettri ad alta risoluzione nella banda spettrale 847–874 nm per oggetti fino a magnitudine 17.
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Lancio, durata e proroga
Riepilogo
Prospettiva
Il lancio ufficiale era fissato il 20 novembre 2013 alle 8:57:30 UTC (le 9:57:30 CET), ma è stato effettuato il 19 dicembre[13] a bordo di un Soyuz ST-B/Fregat-MT. Dopo circa 3 settimane, l'8 gennaio 2014 Gaia ha raggiunto l'orbita operativa, nel punto lagrangiano L2 del sistema Sole-Terra.[14]
La missione è stata originariamente programmata e finanziata per cinque anni. A dicembre 2017 l'ESA ha prolungato la durata della missione per ulteriori 18 mesi, sino a dicembre 2020[15], poi nel 2018 è stata estesa al 2022[16] ed infine è stata ulteriormente prorogata al 2025[5] (anno in cui finiranno i suoi gas freddi interni, necessari al puntamento di precisione).
Fine della missione
L'ultima osservazione scientifica di Gaia è stata effettuata il 10 gennaio 2025.[17] Dopo diverse settimane di test tecnologici a bordo, Gaia ha lasciato la sua orbita nei pressi del punto di Lagrange L2 ed è stata inserita in un'orbita eliocentrica, lontano dalla sfera di influenza della Terra.[18] Dopo aver trasferito tutti i dati rimanenti alla Terra, Gaia è stata dismessa e passivata il 27 marzo 2025. Da allora la missione è entrata nella fase post-operativa per completare e pubblicare il Gaia Data Release finale, DR5, entro la fine del 2030.[19]
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Ricerca e risultati scientifici
Riepilogo
Prospettiva
Il rilascio del primo blocco di dati (DR1, Data Release 1 relativi alle osservazioni compiute fra luglio 2014 e settembre 2015), è avvenuto il 14 settembre 2016[20]. La seconda pubblicazione dei dati, DR2, Data Release 2, che copre il periodo osservativo tra luglio 2014 e maggio 2016, è stata resa disponibile il 25 aprile 2018[21] e comprende:
- Posizione e luminosità: c.a 1,7 miliardi di stelle
- Temperatura superficiale: c.a 161 milioni di stelle
- Parallasse e moto proprio c.a 1,3 miliardi di stelle
- Raggio: c.a 77 milioni di stelle
- Velocità radiale: c.a 7 milioni di stelle
- Asteroidi del sistema solare analizzati: 14000[22]
Per alcune delle stelle più brillanti della seconda campagna osservativa, il livello di precisione equivale a quella di osservatori a terra in grado di individuare una moneta da un euro situata sulla superficie della Luna. L'analisi di quattro milioni di stelle entro i 5000 a.l. ha consentito di ridefinire dettagliatamente il diagramma Hertzsprung-Russell.[23][24]
Un terzo blocco di dati, EDR3, Early Data Release 3, anticipazione della intera Release 3 che è avvenuta nel 2022[25], è stato reso disponibile il 3 dicembre 2020[26][27] con i dati spettrali e le lunghezze d'onda di emissione delle stelle osservate, pur non contemplando osservazioni di velocità radiali che sono state acquisite dalle precedenti release per agevolare la combinazione di dati spettroscopici e astrometrici[28]. Questa ultima pubblicazione dell'indagine osservativa di Gaia comprende:
- astrometrica completa (posizioni nel cielo (α, δ), parallassi e moti propri) di circa 1,5 miliardi di sorgenti con magnitudine limite di circa G ≈ 21
- corrispondenza incrociata con i dati delle missioni/cataloghi Hipparcos-2, Tycho-2[29] + TDSC unito, 2MASS PSC (unito a 2MASX), SDSS DR13, Pan-STARRS1 DR1, SkyMapper DR1[30], GSC 2.3, APASS[31] DR9, RAVE DR5[32], allWISE[33] e URAT-1[34]
- astrometria a due parametri - posizioni nel cielo (α, δ) - per circa 344 milioni di sorgenti aggiuntive
- Nel 2024 viene prodotto il catalogo Qaia con 1,3 milioni di Quasar rilevate[35]
Scoperte rilevanti
- Il primo oggetto scoperto da Gaia è stato Gaia14aaa una supernova di una galassia lontana. Gli oggetti scoperti vengono nominati con un identificativo composto dal nome del satellite, Gaia, le ultime due cifre dell'anno dell'identificazione, ad esempio 14 per il 2014, e un codice alfabetico progressivo iniziando da aaa, aab, aac e così via; ad esempio, il ventisettesimo oggetto scoperto da Gaia nel 2014 si chiama Gaia14aba.
- Osservando stelle di tipo RR Lyrae tra i dati di Gaia, Un gruppo di astronomi, unitamente a colleghi dell'università di Cambridge,[36] ha individuato una galassia, Ant 2, a circa 425.000 anni luce dalla Terra, avente una densità estremamente bassa e dalle dimensioni simili alla Grande Nube di Magellano.
- Nel marzo 2021, l'Agenzia Spaziale Europea ha annunciato che Gaia aveva identificato per la prima volta un esopianeta in transito. Il pianeta è stato scoperto in orbita attorno alla stella di tipo solare Gaia EDR3 3026325426682637824. Dopo la sua scoperta iniziale, lo spettrografo PEPSI del Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona è stato utilizzato per confermare la scoperta e classificarlo come un pianeta gioviano. Nel maggio 2022, la conferma di questo esopianeta, designato Gaia-1b , è stata formalmente pubblicata, insieme a un secondo pianeta, Gaia-2b.[37]
- A novembre 2022 Gaia avrebbe trovato il buco nero più vicino alla Terra; denominato Gaia BH-1 sarebbe situato a circa 1600 anni luce di distanza in direzione della costellazione dell'Ofiuco.[38] I buchi neri scoperti, in realtà, sono due. Sono stati nominati Gaia BH1 e Gaia BH2 e si trovano a soli 1560 e 3800 anni luce da noi, rispettivamente nella direzione della costellazione dell’Ofiuco e di quella del Centauro. Sono entrambi circa dieci volte più massicci del nostro Sole, e sono i più vicini alla Terra finora scoperti.[39][40]
- Nel 2023, è stato annunciato che le osservazioni di Gaia hanno permesso di stimare la massa della Via Lattea, che è risultata essere significativamente inferiore a quella stimata in precedenza. Prima della missione Gaia la massa della Galassia era stata stimata utilizzando la velocità delle galassie nane attorno alla Via Lattea, partendo dal presupposto che questi oggetti celesti le stessero orbitando attorno. I dati forniti da Gaia hanno rivelato che queste galassie nane, in realtà, non erano in orbita attorno ad essa ma sono arrivate nelle vicinanze della Via Lattea meno di 3 miliardi di anni fa. Questi calcoli hanno invalidato il metodo utilizzato dagli astronomi per stimare la massa della nostra galassia, che l'aveva significativamente sovrastimata. Utilizzando i dati forniti da Gaia che ha misurato invece le curve di rotazione delle stelle un team di scienziati ha proposto un valore di 2,06+0,24
−0,13×1011 M⊙, vale a dire circa 200 miliardi di masse solari, cinque volte meno di quanto stimato in precedenza. Questo valore, inferiore rispetto a quello di altre galassie a spirale, solleva interrogativi, anche se ciò potrebbe essere spiegato dal differente metodo usato per la stima della massa totale delle galassie.[41][42] - Nell'aprile 2024, Gaia ha scoperto il buco nero stellare più massiccio conosciuto, Gaia BH3, la cui massa è risultata essere 33 volte quella del Sole e situato a una distanza di poco più di 1900 anni luce dalla Terra.[43]
- Nell'agosto 2024 è stato annunciato che Gaia aveva scoperto la binarietà di oltre 350 asteroidi, raddoppiando quasi il numero degli asteroidi binari conosciuti.[44]
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Pubblicazione dei dati
Riepilogo
Prospettiva
Nel corso degli anni vengono pubblicati diversi cataloghi Gaia, ognuno con una quantità crescente di informazioni. La prima pubblicazione dei dati, Gaia DR1, basata su 14 mesi di osservazione, è avvenuta il 14 settembre 2016.[45][46][47] Questa pubblicazione include posizioni e magnitudini per 1,1 miliardi di stelle utilizzando solo dati Gaia; posizioni, parallassi e moti propri per oltre 2 milioni di stelle" basati su una combinazione di dati Gaia e Tycho-2 per gli oggetti presenti in entrambi i cataloghi; curve di luce e caratteristiche di circa 3.000 stelle variabili e posizioni e magnitudini per oltre 2000 sorgenti extragalattiche utilizzate per definire il sistema di riferimento celeste.[48][49][50]
La seconda pubblicazione dei dati (DR2), avvenuta il 25 aprile 2018,[51] si basa su 22 mesi di osservazioni effettuate tra il 25 luglio 2014 e il 23 maggio 2016. Include posizioni, parallassi e moti propri per circa 1,3 miliardi di stelle e posizioni di ulteriori 300 milioni di stelle nell'intervallo di magnitudine 3–20, dati fotometrici nelle bande del rosso e blu per circa 1,1 miliardi di stelle e fotometria a colore singolo per ulteriori 400 milioni di stelle e velocità radiali mediane per circa 7 milioni di stelle tra magnitudine 4 e 13. Contiene inoltre dati per oltre 14.000 oggetti selezionati del sistema solare.[52][53]
A causa delle incertezze nella pipeline dei dati, la terza versione, basata su 34 mesi di osservazioni, è stata divisa in due parti in modo che i dati pronti per primi fossero rilasciati prima degli altri. La prima parte, EDR3 ("Early Data Release 3"), composta da posizioni, parallassi e moti propri migliorati, è stata rilasciata il 3 dicembre 2020. Le coordinate in EDR3 utilizzano una nuova versione del sistema di riferimento celeste Gaia (Gaia –CRF3), basata sulle osservazioni di 1.614.173 sorgenti extragalattiche, 2.269 delle quali erano comuni alle sorgenti radio nella terza revisione dell'International Celestial Reference Frame (ICRF3).[54] È incluso il Catalogo Gaia delle stelle vicine (GCNS), contenente 331.312 stelle entro (nominalmente) 100 parsec (330 anni luce).[55][56]
Il DR3 completo, pubblicato il 13 giugno 2022, include i dati EDR3 più i dati del sistema solare; informazioni sulla variabilità; risultati per stelle non singole, per quasar e per oggetti estesi; parametri astrofisici; e un set di dati speciale, il Gaia Andromeda Photometric Survey (GAPS).[57]
Tra DR3 e DR4 è stato rilasciato un prodotto mirato, che ha pubblicato, tra le altre cose, nuovi dati sull'ammasso Omega Centauri utilizzando una nuova tecnica di osservazione; la tecnica sarà estesa a tutti gli ammassi globulari e ad altri campi densi in futuri rilasci di dati completi.
Versioni future
La pubblicazione completa dei dati per la missione nominale quinquennale, DR4, includerà cataloghi astrometrici, fotometrici e di velocità radiale completi, soluzioni per stelle variabili e non singole, classificazioni delle sorgenti più molteplici parametri astrofisici per stelle, binarie irrisolte, galassie e quasar, un elenco di esopianeti e dati di epoca e transito per tutte le sorgenti..[58] Ulteriori pubblicazioni avranno luogo a seconda delle estensioni della missione. Si prevede che la maggior parte delle misurazioni in DR4 saranno 1,7 volte più precise di DR2; i moti propri saranno 4,5 volte più precisi. Si prevede che DR4 sarà rilasciato non prima di dicembre 2026.[48][59]
Il catalogo finale di Gaia, DR5, sarà composto da tutti i dati raccolti durante la durata della missione. Sarà 1,4 volte più preciso del DR4, mentre i moti propri saranno 2,8 volte più precisi del DR4.[59] Sarà pubblicato non prima della fine del 2030. Tutti i dati di tutti i cataloghi saranno disponibili in un database online di libero utilizzo.
È stata sviluppata un'applicazione di divulgazione, Gaia Sky, per esplorare la galassia in tre dimensioni utilizzando i dati di Gaia.[60]
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Curiosità
- La sonda è stata il soggetto di una singolare vicenda: l'essere scambiata per un asteroide. Il programma di ricerca astronomica Pan-STARRS ha osservato il 23, 24 e 25 aprile 2015 un oggetto celeste legato gravitazionalmente al sistema Terra-Luna e sul momento, poiché si ritenne che non fosse un oggetto artificiale, gli fu assegnata una sigla asteroidale[61], dopo poco più di dodici ore le verifiche effettuate sull'orbita seguita dell'oggetto dimostrarono che si trattava della sonda Gaia[62].
- Il satellite opera anche mediante un programma di supporto eseguito dal VST sul Paranal, dando esempio di attività multi-strumentale tra telescopi di terra e spaziali.[63]
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Note
Bibliografia
Voci correlate
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