18 Dic 2023. Andalucía

Gaia cumple 10 años cartografiando mil millones de estrellas de la Vía Láctea

La misión GAIA cumple diez años desde que fuera mandada al espacio para crear el mapa multidimensional más preciso y completo de la Vía Láctea. Los datos obtenidos hasta ahora están permitiendo reconstruir la estructura y la evolución de la galaxia a lo largo de miles de millones de años, además de comprender mejor el ciclo de vida de las estrellas y nuestro lugar en el universo. El proyecto no solo está superando los objetivos científicos, sino también los años de servicio, prolongados de momento hasta mediados de 2025. La ciencia andaluza juega un importante papel en esta misión

Autoría: Patricia Pérez

Fuente: Fundación Descubre / ESA

Misión Gaia

La misión europea Gaia cumple 10 años escaneando el cielo para crear el mapa multidimensional más preciso y completo de la Vía Láctea. Los datos obtenidos hasta ahora están permitiendo a los astrónomos reconstruir la estructura y la evolución de la galaxia a lo largo de miles de millones de años, además de comprender mejor el ciclo de vida de las estrellas y nuestro lugar en el universo.

El satélite de la Agencia Espacial Europea (ESA) fue lanzando con éxito el 19 de diciembre de 2013 desde la base espacial de Kourou, en la Guayana Francesa, y tras seis meses de puesta en servicio comenzó sus operaciones científicas rutinarias el 25 de julio de 2014. Orbita alrededor del segundo punto de Lagrange del sistema Sol-Tierra, L2, a 1.5 millones de kilómetros de nuestro planeta, girando sobre su propio eje para realizar un barrido circular del firmamento, y así observar las estrellas y muchos otros objetos astronómicos.

De esta forma está creando un mapa tridimensional de casi dos mil millones de objetos en toda nuestra galaxia y más allá. Al medir de forma repetitiva la posición de los astros hasta magnitud 20 (unas 400 000 veces más débiles de lo que se puede ver a simple vista) con un nivel de precisión extremo, Gaia es capaz de calcular sus distancias y desplazamientos a través de la Vía Láctea, mapeando los movimientos, luminosidad, temperatura y composición.

Para los objetos más brillantes que la magnitud 15 (4 000 veces más débiles que el límite a simple vista), el satélite  mide sus posiciones con una precisión de 24 microsegundos de arco. Esto es comparable a medir el diámetro de un cabello humano a una distancia de 1 000 kilómetros. Se consigue así medir las distancias de las estrellas más cercanas con la extraordinaria precisión del 0,001 %. Incluso las más próximas al centro galáctico, a unos 30 000 años luz, alcanzan un 20 % de exactitud.

misión Gaia

Ilustración del satélite Gaia observando la Vía Láctea. Imagen: Nave: ESA/ATG medialab / Vía Láctea: ESA/Gaia/DPAC/IGO/A. Moitinho

Este enorme censo estelar está proporcionando los datos necesarios para abordar una gran variedad de cuestiones abiertas relacionadas con el origen, la estructura y la historia evolutiva de nuestra galaxia. Por ejemplo, la misión ha identificado qué estrellas son reliquias de galaxias más pequeñas «tragadas» hace mucho tiempo por la Vía Láctea. También ha permitido un estudio de asteroides de extremada precisión que combina sus composiciones con sus órbitas, gracias a lo cual se pudo determinar con detalle la semana pasada cómo sería la ocultación de la estrella Betelgeuse por el asteroide 319 Leona. Al observar el movimiento a gran escala de los astros, se investiga además la distribución de la materia oscura. Pero el recorrido científico de Gaia no solo beneficia los estudios de nuestro propio Sistema Solar y la galaxia, sino también la física fundamental que sustenta todo nuestro universo.

Ampliación progresiva del catálogo de datos de Gaia

Transformar los datos brutos que arroja el satélite en posiciones estelares útiles y fiables con un nivel de precisión sin precedentes conlleva un procedimiento extremadamente complejo, encomendado a un equipo de más de 450 científicos, expertos y desarrolladores de software repartidos por toda Europa, bajo el Consorcio para el Procesado y el Análisis de los Datos de Gaia (DPAC).

Poco a poco van actualizando el catálogo, aportando nuevos datos sobre el espacio que nos rodea que, a su vez, traen consigo emocionantes e inesperados hallazgos científicos que van mucho más allá de los descubrimientos para los que Gaia fue diseñada inicialmente. La información está disponible en acceso abierto tanto para la comunidad científica como el público general. La primera entrega  de datos se presentó en 2016, la segunda en 2018, en 2020 se publicó un avance de la tercera entrega (Early Data Release 3 o EDR3) y ya en 2022 la versión completa (DR3), que incluía información de las composiciones químicas, temperaturas, colores, masas, edades y velocidad a la que se acercan o alejan las estrellas de nosotros (velocidad radial), el catálogo más grande hasta la fecha de estrellas binarias, miles de objetos del Sistema Solar como los asteroides y las lunas de planetas, millones de galaxias y cuásares situados fuera de la Vía Láctea, e incluso insólitos terremotos estelares.

Coincidiendo con el décimo aniversario, recientemente se lanzó una publicación de datos específicos («focused product release») que arrojaba información, por ejemplo, de los cúmulos globulares, de los objetos más antiguos del universo, lo que los convierte en algo especialmente valioso para los científicos, pero que continúan siendo regiones pendientes de cartografiar ante la dificultad de obtener una visión clara de ellos por sus núcleos brillantes, repletos de estrellas, que pueden saturar los telescopios.

Gaia seleccionó Omega Centauri, el mayor cúmulo globular que puede verse desde la Tierra, donde han descubierto más de medio millón de estrellas nuevas. Gracias a esos datos se podrá estudiar la estructura del cúmulo, la forma en que se distribuyen las estrellas que lo componen, el modo en que se mueven y mucho más.

Igualmente se ha adentrado en la cosmología, aunque no fue diseñada para ello, a la caza de lentes gravitacionales. Así se ha descubierto que algunos de los objetos que vemos no son simplemente estrellas, aunque lo parezcan, sino cuásares muy lejanos -núcleos galácticos extremadamente brillantes y energéticos alimentados por agujeros negros- vistos a través de una lente gravitacional. Gaia ha presentado 381 prometedores candidatos a cuásares vistos a través de una lente, incluidos 50 que se consideran muy probables.

Con esta publicación se convierte en la primera misión que sondea todo el cielo en busca de lentes gravitacionales a alta resolución. Un valor añadido en el campo de la cosmología que aporta sinergias con la misión Euclid de la ESA, que se lanzó recientemente para explorar el universo oscuro.

La última publicación incluye además información sobre el disco de la Vía Láctea, donde el equipo de Gaia apiló seis millones de espectros para rastrear señales en la luz de las estrellas y las huellas del gas y el polvo que flota entre ellas, tan tenues que nunca antes se habían podido medir. Por último, se analiza la dinámica de 10 000 estrellas gigantes rojas pulsantes y binarias en la que es, con diferencia, la mayor base de datos de este tipo disponible hasta la fecha. Gracias a esta publicación se podrá comprender mejor la forma en que estos fascinantes objetos van cambiando a lo largo del tiempo.

Gaia celebra diez años en el espacio superando con creces las expectativas para las que fue creada. Imagen: ESA

La ciencia andaluza, muy presente en los diez años de Gaia

Europa es la líder mundial en Astrometría desde el siglo XX y España juega un papel muy importante en este liderazgo. En 2010 se creó la Red Española de Gaia, con el objetivo de organizar  a la comunidad astronómica nacional para un mejor aprovechamiento científico de la misión. El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) juega un papel relevante dentro de este consorcio, liderando el grupo de trabajo de Cúmulos Galácticos.

A este se suman otros diez centros e institutos de investigación españoles, con la presencia andaluza del Real Observatorio de la Armada en San Fernando, la Universidad de Cádiz y el Observatorio de Calar Alto en Almería, que ya con anterioridad al inicio de la misión, desde 2006 a 2011, estuvieron observado estrellas patrones para la calibración de los instrumentos a bordo de Gaia.

Entre los científicos del proyecto se encuentra Emilio J. Alfaro, investigador del IAA, quien destaca que «los resultados de Gaia tendrán un impacto relevante no solo sobre la estructura, formación y evolución de la Vía Láctea, la Galaxia donde vivimos, sino sobre nuestro conocimiento del Cosmos, ya que establecerá la base fundamental de la escala de distancia y tamaño de nuestro Universo. Gaia nos proveerá con la mejor regla de medir el Universo que jamás hayamos tenido».

Las operaciones científicas se llevan a cabo desde el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC) en el municipio madrileño de Villafranca del Castillo. Asimismo no hay que olvidar que el escudo parasol desplegable del satélite, que le proporciona esa configuración de sombrero cordobés tan representativa de Gaia, fue diseñado y fabricado también por una empresa española, Sener. La compañía se encargó además del desarrollo del subsistema de posicionamiento de los espejos secundarios de los telescopios y de las unidades electrónicas que regulan el despliegue del parasol.

También es reseñable la labor de divulgación en Andalucía, para dar a conocer la importancia de esta misión a la ciudadanía en general. Así, coincidiendo con la publicación del avance de la tercera entrega de datos de Gaia en 2020, se creó una exposición virtual sobre la misión espacial, sus objetivos y primeros resultados publicada en El Séptimo Cielo. Bajo el título ‘Mil millones de ojos para mil millones de estrellas’, se trata de una colaboración de la Fundación Descubre con el Instituto de Astrofísica de Andalucía, la Universidad de Barcelona, el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB),  el Instituto de Estudios de Espaciales de Cataluña (IEEC) y el Ministerio de Ciencia e Innovación de España (MINECO).

La muestra pasó de realidad virtual a física, para ser expuesta en las instituciones y localidades que lo soliciten. Actualmente se puede contemplar en la Casa de la Ciencia de Sevilla, donde permanecerá hasta el 18 de febrero de 2024.

Otra herramienta de divulgación es el documental ‘Cartografiando lo imposible’, dirigido al público general y a la comunidad educativa de manera específica, en el que el astrónomo Emilio J. Alfaro explica los diferentes objetivos y la importancia de esta misión. El metraje forma parte de Deconstruyendo la luz, un proyecto audiovisual con el que el IAA celebró el Año Internacional de la Luz 2015, y que contó con el apoyo del MINECO, CSIC, la Fundación Española de Ciencia y Tecnología (FECYT) y la Fundación Descubre.

logo-gaia-10 años

Logo conmemorativo de los 10 años de Gaia, diseñado por Mariasole Agazzi y Albert Masip Vela en colaboración con Rosanna Sordo and Federico di Giacomo, miembros del Consorcio de Procesamiento y Análisis de Datos de la misión.

Superando las expectativas

La misión no solo está superando las expectativas en cuanto a los objetivos científicos marcados, sino también en los años de servicio. La estimación inicial eran cinco años de vida, periodo que la ESA amplió inicialmente hasta 2022 y que ha vuelto a prolongar. En la última revisión, de marzo de 2023, el Comité del Programa Científico advirtió que Gaia agotará su propulsor de gas frío, fundamental para realizar el escaneo de alta precisión, en el segundo trimestre de 2025, por lo que se estima que pasará a postoperaciones a partir de mediados de 2025.

La fase posterior a las operaciones se completará antes del 31 de diciembre de 2030, asegurando la cuarta y luego quinta y definitiva publicación de datos. Concretamente, se espera que el lanzamiento de la cuarta (DR4) no sea antes de finales de 2025, y contendrá catálogos y datos obtenidos durante los primeros 66 meses de operaciones.

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