A missão Gaia da ESA divulgou uma mina de ouro de conhecimentos sobre a nossa Galáxia e não só. Entre outras descobertas, o observador estelar ultrapassa o potencial planeado para revelar meio milhão de estrelas novas e ténues num enxame massivo, para identificar mais de 380 possíveis lentes cósmicas e para identificar as posições de mais de 150.000 asteroides no Sistema Solar.

O Gaia está a mapear a nossa Galáxia e mais além com um extraordinário detalhe multidimensional, completando o censo estelar mais preciso de sempre. A missão está a pintar um quadro detalhado do nosso lugar no Universo, permitindo-nos compreender melhor os diversos objetos que o compõem.

A mais recente divulgação (FPR, ou "focused product release") da missão vai ainda mais longe, fornecendo muitas informações novas e melhoradas sobre o espaço que nos rodeia. O lançamento traz uma ciência excitante e inesperada: descobertas que vão muito para além do que o Gaia foi inicialmente concebido para descobrir e para aprofundar a nossa história cósmica.

Então - o que é que o FPR do Gaia traz de novo?

Meio milhão de novas estrelas: O modo de observação do Gaia foi alargado para desvendar núcleos de enxames

O terceiro lançamento de dados do Gaia (DR3) continha dados sobre mais de 1,8 mil milhões de estrelas, construindo uma visão bastante completa da Via Láctea e mais além. No entanto, ainda havia lacunas no mapeamento. O Gaia ainda não tinha explorado completamente áreas do céu especialmente densamente povoadas de estrelas, deixando-as comparativamente inexploradas - pondo "de lado" estrelas com brilhos inferiores aos das suas muitas vizinhas.

Os enxames globulares são um exemplo chave desta situação. Estes enxames são alguns dos objetos mais antigos do Universo, o que os torna especialmente valiosos para os cientistas que estudam o nosso passado cósmico. Infelizmente, os seus núcleos brilhantes, repletos de estrelas, podem sobrecarregar os telescópios que tentam obter uma visão clara. Como tal, continuam a ser peças de puzzle em falta nos mapas do Universo.

Para colmatar as lacunas nos mapas, o Gaia selecionou Omega Centauri, o maior enxame globular que pode ser visto da Terra e um excelente exemplo de um enxame "típico". Em vez de se concentrar apenas em estrelas individuais, como faria normalmente, o Gaia ativou um modo especial para mapear verdadeiramente uma área mais vasta do céu em torno do núcleo do enxame, sempre que este fosse visto.

Infográfico que mostra parte da nova divulgação científica do Gaia, nomeadamente do enxame globular Omega Centauri. Crédito: ESA/Gaia/DPAC

"Em Omega Centauri, descobrimos mais de meio milhão de novas estrelas que o Gaia não tinha visto antes - em apenas um enxame!" diz a autora principal Katja Weingrill do Instituto Leibniz de Astrofísica em Potsdam, Alemanha, membro da colaboração Gaia.

"Não se trata apenas de colmatar buracos no nosso mapeamento, embora isso seja valioso por si mesmo", acrescenta o coautor e membro da Colaboração Gaia, Alexey Mints, também do mesmo instituto. "Os nossos dados permitiram-nos detetar estrelas que estão demasiado próximas umas das outras para serem medidas corretamente no modo regular do Gaia. Com os novos dados podemos estudar a estrutura do enxame, como as estrelas constituintes estão distribuídas, como se movem e muito mais, criando um mapa completo em grande escala de Omega Centauri. Estamos a utilizar o Gaia em todo o seu potencial - utilizámos esta espantosa ferramenta cósmica na sua potência máxima".

Esta descoberta não só satisfaz como excede o potencial planeado do Gaia. A equipa utilizou um modo de observação concebido para garantir o bom funcionamento de todos os instrumentos do Gaia. "Não estávamos à espera de o utilizar para fins científicos, o que torna este resultado ainda mais excitante", acrescenta Katja.

As novas estrelas reveladas em Omega Centauri marcam uma das regiões mais populosas exploradas pelo Gaia até agora.

O Gaia está atualmente a explorar mais oito regiões desta forma, cujos resultados serão incluídos no catálogo DR4 (Data Release 4). Estes dados ajudarão os astrónomos a compreender verdadeiramente o que se passa no interior destes blocos de construção cósmica, um passo crucial para os cientistas que pretendem confirmar a idade da nossa Galáxia, localizar o seu centro, descobrir se passou por colisões no passado, verificar como as estrelas mudam ao longo da sua vida, restringir os modelos de evolução galáctica e, em última análise, inferir a possível idade do próprio Universo.

À procura de lentes: Gaia, o cosmólogo acidental

Embora o Gaia não tenha sido concebido para a cosmologia, as suas novas descobertas perscrutam o Universo distante, à procura de objetos esquivos e excitantes que contêm pistas para algumas das maiores questões da humanidade sobre o cosmos: as lentes gravitacionais.

Uma lente gravitacional ocorre quando a imagem de um objeto distante é distorcida por uma massa perturbadora - uma estrela ou uma galáxia, por exemplo - situada entre nós e esse objeto. Esta massa intermédia atua como uma lupa gigante, ou lente, que pode amplificar o brilho da luz e criar múltiplas imagens da fonte distante no céu. Estas configurações curiosas e raras são visualmente intrigantes e têm um imenso valor científico, revelando pistas únicas sobre os primeiros tempos e habitantes do Universo.

"O Gaia é um verdadeiro caçador de lentes", diz a coautora Christine Ducourant do Laboratório de Astrofísica de Bordéus, França, membro da colaboração Gaia. "Graças ao Gaia, descobrimos que alguns dos objetos que vemos não são simplesmente estrelas, apesar de se parecerem com elas. Na verdade, são quasares muito distantes que sofrem o efeito de lente - núcleos galácticos extremamente brilhantes e energéticos alimentados por buracos negros. Apresentamos agora 381 candidatos sólidos a quasares com lentes, incluindo 50 que consideramos altamente prováveis: uma mina de ouro para os cosmólogos e o maior conjunto de candidatos alguma vez lançado de uma só vez".

Infográfico que, à esquerda, descreve visualmente o funcionamento de uma lente gravitacional. À direita estão seis sistemas de lentes identificadas no DR3 do Gaia e em baixo alguns factos sobre as novas descobertas. Crédito: ESA/Gaia/DPAC

A equipa identificou os candidatos a partir de uma extensa lista de possíveis quasares (incluindo os do DR3 do Gaia). Cinco das possíveis lentes são potenciais cruzes de Einstein, sistemas de lentes raras com quatro componentes de imagem diferentes em forma de cruz.

Encontrar quasares com lentes é um desafio. As imagens constituintes de um sistema de lentes podem agrupar-se no céu de forma enganadora, e a maioria está muito longe, o que os torna ténues e difíceis de detetar.

"A grande vantagem do Gaia é que olha para todo o lado, pelo que podemos encontrar lentes sem precisar de saber onde procurar", acrescenta o coautor Laurent Galluccio da Universidade da Costa Azul, França, e membro da colaboração Gaia. "Com esta publicação de dados, o Gaia é a primeira missão a realizar um levantamento de todo o céu de lentes gravitacionais em alta resolução."

Alargar o valor do Gaia à cosmologia traz sinergias com a missão Euclid da ESA, recentemente lançada com o objetivo de explorar o Universo escuro. Embora ambas se concentrem em diferentes partes do cosmos - o Euclid no mapeamento de milhares de milhões de galáxias, o Gaia no mapeamento de milhares de milhões de estrelas - os quasares com lentes descobertos pelo Gaia podem ser utilizados para orientar futuras explorações com o Euclid.

Asteroides, luz estelar empilhada e estrelas pulsantes

Outros artigos científicos publicados recentemente fornecem uma visão mais aprofundada do espaço que nos rodeia e dos objetos diversos e por vezes misteriosos que nele se encontram.

Um deles revela mais pormenores sobre 156.823 dos asteroides identificados no âmbito do DR3 do Gaia. O novo conjunto de dados permite identificar as posições destes corpos rochosos ao longo de um período de tempo quase duas vezes superior ao anterior, tornando a maioria das suas órbitas - baseadas apenas nas observações Gaia - 20 vezes mais precisas. No futuro, o DR4 do Gaia completará o conjunto e incluirá cometas, satélites planetários e o dobro do número de asteroides, melhorando o nosso conhecimento dos pequenos corpos no espaço próximo.

Esta imagem utiliza dados do DR3 do Gaia para mostrar as órbitas de muitos asteroides. Os maiores círculos azul e amarelo mostram órbitas planetárias, enquanto as muitas órbitas interiores são asteroides. A região central está toda dentro da órbita de Júpiter (círculo azul). Crédito: ESA/Gaia/DPAC

Um outro trabalho mapeia o disco da Via Láctea, traçando sinais fracos observados na luz das estrelas, impressões ténues do gás e da poeira que flutuam entre as estrelas. A equipa Gaia empilhou seis milhões de espetros para estudar estes sinais, formando um conjunto de dados incrivelmente grande de características fracas que nunca antes tinham sido medidas numa amostra tão grande. Saber mais sobre a origem deste sinal ajuda-nos a estudar os complexos e interligados processos físicos e químicos ativos em toda a nossa Galáxia e a compreender melhor o material que se encontra entre as estrelas.

Por último, mas não menos importante, um artigo caracteriza a dinâmica de 10.000 estrelas gigantes vermelhas pulsantes e binárias, de longe a maior base de dados disponível até à data. Estas estrelas faziam parte de um catálogo de dois milhões de estrelas variáveis candidatas lançado no DR3 do Gaia e são fundamentais para calcular distâncias cósmicas, para confirmar características estelares e para clarificar a forma como as estrelas evoluem no cosmos. A nova publicação fornece uma melhor compreensão da forma como estas estrelas fascinantes mudam ao longo do tempo.

Cada símbolo neste mapa do céu indica a posição de estrelas no catálogo Gaia. A cor vermelha indica variáveis de longo período, cuja varibilidade é conduzida pelo pulso estelar. Os pontos verdes são estrelas de longo período secundário, cuja causa da variabilidade ainda é assunto de debate, mas que se pensa estar ligada a uma nuvem de poeira em órbita da estrela. Os símbolos azuis são variáveis elipsoidais: gigantes vermelhas que fazem parte de um sistema binário com um objeto compacto denso, cuja forma é distorcida numa forma de ovo devido à forte atração gravitacional da companheira. Cada fonte muda de luminosidade mais ou menos periodicamente e tem uma velocidade de linha de visão variável. Isto significa que a superfície estelar ou se aproxima ou se afasta de nós ciclicamente à medida que pulsa, ou que a estrela o faz ao longo da sua órbita. Quanto mais escura a tonalidade e quanto maior o tamanho de cada símbolo, mais essa velocidade muda ao longo do seu ciclo. Crédito: ESA/Gaia/DPAC

"Esta publicação de dados demonstra ainda mais o valor amplo e fundamental do Gaia - mesmo em tópicos para os quais não foi inicialmente concebido", afirma Timo Prusti, cientista do projeto Gaia na ESA.

"Embora o seu foco principal seja o levantamento de estrelas, o Gaia está a explorar tudo, desde os corpos rochosos do Sistema Solar até aos quasares com imagens múltiplas que se encontram a milhares de milhões de anos-luz de distância, muito para além da Via Láctea. A missão está a proporcionar uma visão verdadeiramente única do Universo e dos objetos que o compõem, e estamos a tirar o máximo partido da sua perspetiva ampla e abrangente dos céus que nos rodeiam".

Os próximos passos

O anterior lançamento de dados do Gaia, o DR3, foi divulgado no dia 13 de junho de 2022. Foi o estudo mais detalhado da Via Láctea até à data e um tesouro de dados sobre estranhos "sismos estelares", estrelas em movimento assimétrico, ADN estelar e muito mais. O DR3 do Gaia continha detalhes novos e melhorados de quase dois mil milhões de estrelas da Via Láctea e incluía os maiores catálogos de estrelas binárias, milhares de objetos do Sistema Solar e - mais longe e fora da nossa Galáxia - milhões de galáxias e quasares.

O próximo lançamento de dados da missão, o DR4 do Gaia, não é esperado antes do final de 2025. Basear-se-á no DR3 e neste lançamento provisório de produtos específicos para melhorar ainda mais a nossa compreensão da Via Láctea multidimensional. Irá aperfeiçoar o nosso conhecimento das cores, posições e movimentos das estrelas; resolver sistemas estelares variáveis e múltiplos; identificar e caracterizar quasares e galáxias; listar candidatos a exoplanetas; e muito mais.

// ESA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cambridge (comunicado de imprensa)
// Instituto Leibniz de Astrofísica em Potsdam (comunicado de imprensa)
// Universidade de Leiden (comunicado de imprensa)
// Universidade de Barcelona (comunicado de imprensa)

FPR do Gaia - Omega Centauri:
// ESA (descrição)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

FPR do Gaia - Variáveis de longo período:
// ESA (descrição)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

FPR do Gaia - Asteroides:
// ESA (descrição)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)

FPR do Gaia - Bandas interestelares difusas:
// ESA (descrição)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

FPR do Gaia- Quasares sob o efeito de lente gravitacional:
// ESA (descrição)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Via Láctea:
CCVAlg - Astronomia
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Omega Centauri:
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Enxames globulares:
CCVAlg - Astronomia
SEDS
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Lentes gravitacionais:
Wikipedia

Asteroides:
Centro de Planetas Menores da UAI
CNEOS (JPL NASA)
NEODyS-2
Wikipedia

Estrela variável de longo período:
Wikipedia

Gaia:
ESA
ESA - 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
FPR do Gaia (ESA)
FPR do Gaia (arquivo)
FPR do Gaia (artigos)
FPR do Gaia (histórias)
Catálogo DR3 do Gaia
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Euclid:
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