GAIA CRIA O MAPA ESTELAR MAIS COMPLETO DA NOSSA GALÁXIA - E MAIS ALÉM 27 de abril de 2018
A visão total do céu (Via Láctea e galáxias vizinhas) do Gaia, com base em medições de aproximadamente 1,7 mil milhões de estrelas. O mapa mostra o brilho total e a cor das estrelas observadas pelo satélite da ESA em cada parte do céu entre julho de 2014 e maio de 2016.
As regiões mais claras indicam concentrações mais densas de estrelas especialmente brilhantes, enquanto regiões mais escuras correspondem a zonas do céu onde são observadas menos estrelas. A representação de cores é obtida através da combinação da quantidade total de luz com a quantidade de luz azul e vermelha registada pelo Gaia em cada área do céu.
A estrutura brilhante horizontal que domina a imagem é o plano Galáctico, o disco achatado que hospeda a maioria das estrelas da Via Láctea. No meio da imagem, o Centro Galáctico parece vívido e repleto de estrelas.
As regiões mais escuras no plano Galáctico correspondem a nuvens de gás interestelar e poeira em primeiro plano, que absorvem a luz das estrelas mais distantes, atrás das nuvens. Muitas destas ocultam berçários estelares onde estão a nascer novas gerações de estrelas.
Espalhados pela imagem estão também muitos enxames globulares e abertos - agrupamentos de estrelas unidas pela sua gravidade mútua, bem como galáxias inteiras para lá da nossa.
Os dois objetos brilhantes perto do cano inferior direito da imagem são a Grande e a Pequena Nuvem de Magalhães, duas galáxias anãs que orbitam a Via Láctea.
Para as pequenas áreas da imagem em que não havia informação de cor - para baixo e para a esquerda do centro Galáctico, para cima e para a esquerda da Pequena Nuvem de Magalhães, e na parte superior do mapa - foi atribuído um valor de escala de cinza equivalente.
Uma imagem complementar que mostra o mapa de densidade das estrelas do Gaia está disponível aqui.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC; reconhecimento: Consórcio de Processamento e Análise de Dados do Gaia (DPAC); A. Moitinho/A. F. Silva/M. Barros/C. Barata, Universidade de Lisboa, Portugal; H. Savietto, Fork Research, Portugal
A missão Gaia da ESA produziu o catálogo de estrelas mais completo, até hoje, incluindo medições de alta precisão de aproximadamente 1,7 mil milhões de estrelas e revelando detalhes inéditos da nossa Galáxia.
Avista-se no horizonte uma multidão de descobertas, após este tão aguardado lançamento, que é baseado em 22 meses de mapeamento do céu. Os novos dados incluem posições, indicadores de distância e movimentos de mais de um milhar de milhão de estrelas, juntamente com medições de alta precisão de asteroides dentro do nosso Sistema Solar e estrelas além da nossa Galáxia, a Via Láctea.
A análise preliminar destes dados fenomenais revela pequenos pormenores sobre a composição da população estelar da Via Láctea e sobre como as estrelas se movem, informações essenciais para investigar a formação e evolução da nossa Galáxia de origem.
"As observações recolhidas pelo Gaia estão a redefinir os fundamentos da astronomia", diz Günther Hasinger, Diretor de Ciência da ESA.
"Gaia é uma missão ambiciosa que depende de uma enorme colaboração humana para dar sentido a um grande volume de dados altamente complexos. Isto demonstra a necessidade de projetos de longo prazo, para garantir progresso na ciência e tecnologia espacial, e para implementar missões científicas ainda mais ousadas nas próximas décadas."
O satélite Gaia foi lançado em dezembro de 2013 e iniciou as operações científicas no ano seguinte. O primeiro lançamento de dados, baseado em pouco mais de um ano de observações, foi publicado em 2016; continha distâncias e movimentos de dois milhões de estrelas. O novo lançamento de dados, que cobre o período entre 25 de julho de 2014 e 23 de maio de 2016, fixa as posições de quase 1,7 mil milhões de estrelas, e com uma precisão muito maior. Para algumas das estrelas mais brilhantes da pesquisa, o nível de precisão equivale a observadores na Terra serem capazes de identificar uma moeda de Euro na superfície da Lua.
Com estas medições precisas, é possível separar a paralaxe das estrelas - uma aparente mudança no céu causada pela órbita anual da Terra ao redor do Sol - dos seus verdadeiros movimentos através da Galáxia. O novo catálogo lista a paralaxe e a velocidade no céu, ou o movimento próprio, para mais de 1,3 mil milhões de estrelas. Das medições mais precisas da paralaxe, cerca de dez por cento do total, os astrónomos podem estimar diretamente as distâncias de estrelas individuais.
"O segundo lançamento de dados do Gaia representa um enorme salto em relação ao satélite Hiparcos da ESA, antecessor do Gaia e a primeira missão espacial para astrometria, que pesquisou cerca de 118.000 estrelas, há quase trinta anos," diz Anthony Brown da Universidade de Leiden, Holanda.
Anthony é o presidente do Executivo do Consórcio de Processamento e Análise de Dados de Gaia, supervisionando a grande colaboração de cerca de 450 cientistas e engenheiros de software, encarregados da tarefa de criar o catálogo Gaia a partir dos dados do satélite.
"O grande número de estrelas por si só, com as suas posições e movimentos, faria o novo catálogo de Gaia já bastante surpreendente," acrescenta Anthony.
"Mas há mais: este catálogo científico exclusivo inclui muitos outros tipos de dados, com informações sobre as propriedades das estrelas e outros objetos celestes, tornando este lançamento realmente excecional."
Algo para todos
O abrangente conjunto de dados fornece uma ampla gama de tópicos para a comunidade de astronomia. Além das posições, os dados incluem informações de brilho de todas as estrelas pesquisadas e medições de cor de quase todas, além de informações sobre como o brilho e a cor de meio milhão de estrelas variáveis mudam com o tempo. Contém, também, as velocidades ao longo da linha de visão de um subconjunto de sete milhões de estrelas, as temperaturas da superfície de cerca de cem milhões e o efeito da poeira interestelar em 87 milhões.
Gaia também observa objetos no nosso Sistema Solar: o segundo lançamento de dados inclui as posições de mais de 14 mil asteroides conhecidos, o que permite a determinação precisa das suas órbitas. Uma amostra muito maior de asteroides será compilada em futuros lançamentos de Gaia.
Mais longe ainda, Gaia aproximou-se das posições de meio milhão de quasares distantes, galáxias brilhantes impulsionadas pela atividade dos buracos negros supermassivos nos seus núcleos. Estas fontes são utilizadas para definir um quadro de referência para as coordenadas celestes de todos os objetos no catálogo do Gaia, algo que é feito rotineiramente em ondas de rádio, mas agora, pela primeira vez, também está disponível em comprimentos de onda óticos.
Esperam-se grandes descobertas assim que os cientistas começarem a explorar o novo lançamento de Gaia. Um exame inicial, realizado pelo consórcio de dados para validar a qualidade do catálogo, já revelou algumas surpresas promissoras - incluindo novas descobertas sobre a evolução das estrelas.
Arqueologia galáctica
"Os novos dados do Gaia são tão poderosos que resultados empolgantes estão 'a saltar' sobre nós," diz Antonella Vallenari, do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) e do Observatório Astronómico de Pádua, Itália, vice-presidente do conselho executivo do consórcio de processamento de dados.
"Por exemplo, construímos o diagrama Hertzsprung-Russell mais detalhado de estrelas alguma vez já feito em todo o céu, e já podemos identificar algumas tendências interessantes. Parece que estamos a inaugurar uma nova era da arqueologia galáctica."
Batizado com o nome dos dois astrónomos que o conceberam no início do século XX, o diagrama de Hertzsprung-Russell compara o brilho intrínseco das estrelas com a sua cor e é uma ferramenta fundamental para estudar as populações de estrelas e a sua evolução.
Uma nova versão deste diagrama, baseada em quatro milhões de estrelas, até uma distância de cinco mil anos-luz do Sol, selecionadas do catálogo de Gaia, revela, pela primeira vez, muitos detalhes. Isto inclui a assinatura de diferentes tipos de anãs brancas - os remanescentes mortos de estrelas como o nosso Sol - de tal forma que pode ser feita uma diferenciação entre aquelas com núcleos ricos em hidrogénio e aquelas dominadas pelo hélio.
Combinado com as medições do Gaia das velocidades das estrelas, o diagrama permite aos astrónomos distinguir entre várias populações de estrelas de diferentes idades que estão localizadas em diferentes regiões da Via Láctea, como o disco e o halo, e que se formaram de diferentes maneiras. Pesquisas minuciosas adicionais sugerem que as estrelas que se movem rapidamente e que pertencem ao halo abrangem duas populações estelares que se originaram através de dois cenários de formação diferentes, necessitando investigações mais detalhadas.
"O Gaia vai promover muito a nossa compreensão do Universo em todas as escalas cósmicas," diz Timo Prusti, cientista do projeto Gaia da ESA.
"Mesmo na vizinhança do Sol, que é a região que achamos que melhor entendemos, Gaia está a revelar novas e empolgantes características."
A Galáxia em 3D
Para um subconjunto de estrelas, dentro de alguns milhares de anos-luz do Sol, Gaia mediu a velocidade em todas as três dimensões, revelando padrões nos movimentos das estrelas que estão a orbitar a Galáxia em velocidades similares. Estudos futuros confirmarão se esses padrões estão ligados a perturbações produzidas pela barra galáctica, uma concentração mais densa de estrelas com uma forma alongada no centro da Galáxia, pela arquitetura do braço espiral da Via Láctea, ou pela interação com galáxias menores que se fundiram há milhares de milhões de anos atrás.
Na precisão do Gaia é também possível ver os movimentos das estrelas dentro de alguns enxames globulares - antigos sistemas de estrelas unidos pela gravidade e situados no halo da Via Láctea - e dentro das nossas galáxias vizinhas, a Pequena e a Grande Nuvem de Magalhães.
Os dados do Gaia foram utilizados para derivar as órbitas de 75 aglomerados globulares e 12 galáxias anãs que giram em torno da Via Láctea, fornecendo informações importantíssimas para estudar a evolução passada da nossa Galáxia e o seu ambiente, as forças gravitacionais que estão em jogo e a distribuição da matéria escura elusiva que permeia as galáxias.
"Gaia é a astronomia no seu melhor," diz Fred Jansen, Diretor da missão Gaia na ESA.
"Os cientistas estarão ocupados com estes dados por muitos anos, e estamos prontos para ficar surpreendidos com a avalanche de descobertas que desvendarão os segredos da nossa galáxia."
Uma série de artigos científicos, que descrevem os dados contidos no lançamento e o seu processo de validação aparecerão numa edição especial da Astronomy & Astrophysics.
A visão total do céu (Via Láctea e galáxias vizinhas) do Gaia. Os mapas mostram o brilho total e as cores das estrelas (topo), a densidade total das estrelas (meio) e a poeira interestelar que preenche a Galáxia (baixo).
Estas imagens são baseadas em observações realizadas pelo satélite ESA em cada porção do céu entre julho de 2014 e maio de 2016, publicadas como parte do segundo lançamento de dados do Gaia de dia 25 de abril de 2018.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC; reconhecimento: Consórcio de Processamento e Análise de Dados do Gaia (DPAC); Topo e meio: A. Moitinho/A. F. Silva/M. Barros/C. Barata, Universidade de Lisboa, Portugal; H. Savietto, Fork Research, Portugal; baixo: Unidade de Coordenação 8 do Gaia; M. Fouesneau/C. Bailer-Jones, Instituto Max Planck para Astronomia, Heidelberg, Alemanha
O segundo lançamento de dados da missão Gaia da ESA contém um catálogo altamente preciso de todo o céu, cobrindo objetos celestes próximos e distantes. Inclui objetos como asteroides no nosso Sistema Solar, bem como a população estelar da nossa Via Láctea e os seus satélites - enxames globulares e galáxias próximas. Também se estende a quasares distantes que estão a ser usados para definir um novo sistema de referência celeste.
Esta infografia sumariza as escalas cósmicas cobertas por este conjunto compreensivo de dados, que fornece uma ampla gama de tópicos para a comunidade astronómica.
Crédito: ESA
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Mais de quatro milhões de estrelas até cinco mil anos-luz do Sol estão aqui representadas no diagrama, usando informações sobre o seu brilho, cor e distância do segundo lançamento de dados do satélite Gaia da ESA. É conhecido como um diagrama de Hertzsprung-Russell, em honra aos astrónomos que o conceberam no início do século XX, e é uma ferramenta fundamental para estudar populações de estrelas e a sua evolução.
Este diagrama Hertzsprung-Russell, obtido com uma seleção de estrelas no segundo catálogo de lançamento do Gaia, é o mais detalhado até hoje feito pelo mapeamento de estrelas em todo o céu, contendo aproximadamente cem vezes mais estrelas do que o obtido usando dados da missão Hiparcos da ESA na década de 1990. Este novo diagrama contém informações tão precisas que os astrónomos conseguiram identificar detalhes nunca antes vistos.
O diagrama Hertzsprung-Russell pode ser imaginado como um retrato estelar de família: as estrelas estão colocadas de acordo com a sua cor (no eixo horizontal) e brilho (eixo vertical) e agrupadas em regiões diferentes do diagrama dependendo principalmente das suas massas, composição química, idades e estágio no ciclo de vida estelar. A informação sobre as distâncias estelares é fundamental para calcular o brilho verdadeiro, ou magnitude absoluta, das estrelas.
As estrelas mais brilhantes podem ser vistas na parte superior do diagrama, enquanto as estrelas mais ténues estão na parte inferior. As estrelas mais azuladas, que têm superfícies mais quentes, estão à esquerda e estrelas mais avermelhadas, com superfícies mais frias, estão à direita. A escala de cores nesta imagem não representa a cor das estrelas, mas é uma representação de quantas estrelas estão em cada porção do diagrama: o preto representa números menores de estrelas, enquanto o vermelho, laranja e amarelo correspondem a números cada vez mais altos de estrelas.
A grande faixa diagonal no centro do gráfico é conhecida como a sequência principal. É aqui que são encontradas as estrelas de pleno direito que geram energia através da fusão do hidrogénio em hélio. As estrelas massivas, com cores mais azuladas ou esbranquiçadas, estão situadas na extremidade superior esquerda da sequência principal, enquanto as estrelas de massa intermédia, como o nosso Sol, caracterizadas pelo seu tom amarelado, estão localizadas no meio. Estrelas mais vermelhas e de baixa massa podem ser encontradas na parte inferior direita.
À medida que as estrelas envelhecem, incham, tornando-se mais brilhantes e avermelhadas. As estrelas neste estágio, estão situadas no braço vertical do diagrama que sai da sequência principal e vira para a direita. Este é conhecido como o ramo das gigantes vermelhas.
Embora as estrelas mais massivas inchem para gigantes vermelhas e expludam como poderosas supernovas, estrelas como o nosso Sol terminam os seus dias de forma menos espetacular, eventualmente tornando-se em anãs brancas - os núcleos quentes de estrelas mortas. Estas podem ser encontradas no canto inferior esquerdo do diagrama.
O enorme salto do Hiparcos para o Gaia é especialmente visível na região das anãs brancas do diagrama. Enquanto o Hiparcos obteve medições confiáveis de distância para apenas um punhado de anãs brancas, neste diagrama do Gaia estão incluídos mais de 35.000 objetos deste tipo. Isto permite aos astrónomos ver a assinatura de diferentes tipos de anãs brancas, de tal forma que pode ser feita uma diferenciação entre as anãs brancas com núcleos ricos em hidrogénio e aquelas com núcleos ricos em hélio.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC
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A Grande Nuvem de Magalhães, uma das galáxias mais próximas da Via Láctea, vista pelo satélite Gaia da ESA usando informações do segundo lançamento de dados.
Esta imagem combina a quantidade total de radiação detetada pelo Gaia em cada pixel com medições da radiação obtidas através de diferentes filtros na nave, a fim de gerar informações de cor. A informação sobre o movimento próprio das estrelas - a sua velocidade pelo céu - está representada como a textura na imagem.
Ao medirem o movimento próprio de vários milhões de estrelas na Grande Nuvem de Magalhães, os astrónomos foram capazes de ver uma "impressão digital" da translação estelar (no sentido dos ponteiros do relógio) em redor do centro da galáxia. A técnica de processamento de imagem usada para criar esta imagem tem o nome de Convolução de Integral de Linha.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC; reconhecimento: Consórcio de Processamento e Análise de Dados do Gaia (DPAC); P. McMillan, Observatório Lund, Suécia; A. Moitinho/A. F. Silva/M. Barros/C. Barata, Universidade de Lisboa, Portugal; H. Savietto, Fork Research, Portugal
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