Supera sé stessa, come ogni volta, la missione Gaia dell’ESA con il nuovo catalogo, la Data Release 3 (DR3) completa, resa pubblica oggi. Oltre a una versione sempre più accurata delle posizioni, distanze, moti propri, luminosità e colori di quasi 2 miliardi di stelle nella nostra galassia, la Via Lattea, l’attesissimo set di dati include una serie di informazioni che non erano parte delle precedenti release della missione.
C’è la mappa delle velocità radiali di oltre 33 milioni di stelle, che permette agli astronomi di stimare come queste si avvicinano o si allontanano da noi: insieme al moto proprio, ovvero il movimento sulla volta celeste, queste informazioni consentono di costruire una mappa a 6 dimensioni delle stelle e delle loro traiettorie – passate e future – attraverso la galassia. C’è anche la mappa della composizione chimica delle stelle, con la quale si può stimare l’età delle diverse popolazioni stellari e, insieme alle informazioni sui loro moti passati, ricostruire la storia di formazione della Via Lattea. Non manca la mappa di quel che pervade gli spazi interstellari: la miscela di gas e polvere da cui nascono le stelle.
Gran parte di queste informazioni – composizioni chimiche, temperature stellari, colori, masse, età e velocità radiali – è stata rivelata dalle osservazioni spettroscopiche del nuovo catalogo, che contiene spettri a bassa risoluzione per 220 milioni di stelle e ad alta risoluzione per circa un milione. La terza release dei dati di Gaia include anche sottoinsiemi speciali di stelle: oltre 800mila sistemi binari, formati da due stelle tenute insieme dalla mutua gravità, e 10 milioni di stelle variabili, la cui luminosità varia nel tempo.
“Gaia è una missione che ha mantenuto gli obiettivi scientifici previsti e i cui risultati sono andati ben oltre le aspettative” commenta Barbara Negri responsabile ASI Volo Umano e Sperimentazione Scientifica. “È stato, infatti, prodotto il catalogo di stelle più dettagliato di sempre con misure astrometriche di altissima precisione e la mappa tridimensionale della nostra Galassia, grazie all’altissima risoluzione ottica degli strumenti a bordo del satellite. A questo si è aggiunto l’enorme lavoro di modellistica teorica ed elaborazione dei dati fatto dalla comunità scientifica europea, per il quale il nostro Paese ha messo in campo un team scientifico esperto e competente, coadiuvato dal centro SSDC dell’ASI e supportato dal lavoro svolto presso il Data Processing Center presso ALTEC, Torino.”
Il nuovo catalogo di Gaia è accompagnato da una serie di articoli, in corso di pubblicazione su Astronomy & Astrophysics, che presentano alcune “primizie” del raccolto scientifico reso possibile da questi dati. Tra i risultati più interessanti, un team guidato da ricercatori INAF ha analizzato il moto asimmetrico delle stelle attorno al centro della galassia, che avviene su orbite evidentemente non circolari a causa della forma della Via Lattea, che è una galassia a spirale “barrata” e dunque non simmetrica attorno al suo asse: i movimenti delle stelle rivelano l’orientamento della barra centrale. Un altro lavoro a guida italiana ha usato il campione di oltre 200 milioni di stelle con spettri a bassa risoluzione per rilevare popolazioni stellari multiple negli ammassi globulari, per stimare la composizione chimica delle stelle povere di elementi pesanti e per classificare le nane bianche.
“Con la terza release completa, Gaia ha davvero superato se stessa, poiché oltre alle posizioni, parallassi e moti propri per quasi due miliardi di stelle presentiamo per la prima volta una serie di prodotti nuovi che spaziano su una vasta serie di campi dell’astrofisica e per ciascuno di questi campi offrono il miglior catalogo mai realizzato finora: dal catalogo di stelle binarie più vasto alla più completa mappa di velocità radiali delle stelle, fino ai cataloghi più vasti ad oggi per una serie di classi di stelle variabili, e molto ancora” commenta Mario Lattanzi dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, responsabile nazionale per conto di ASI e INAF della partecipazione nazionale alla missione Gaia. “E non finisce qui: mentre Gaia continua a effettuare le sue misure, il team che si occupa di elaborare e analizzare i dati provenienti dal satellite, che vanta una fortissima partecipazione italiana, è già al lavoro per realizzare il prossimo catalogo, ancora più ricco e preciso, la cui pubblicazione è prevista tra circa tre anni”.
I nuovi dati hanno permesso di analizzare anche la composizione chimica delle stelle che, un po’ come il DNA, fornisce informazioni cruciali sulla loro origine, svelando i processi di migrazione stellare che hanno contribuito alla formazione ed evoluzione della nostra galassia. I nuovi dati mostrano che alcune stelle nella Via Lattea, principalmente quelle più lontane dal centro e dal piano galattico, sono fatte di materiale primordiale, mentre altre – come il nostro Sole – sono fatte di materia arricchita da precedenti generazioni di stelle. Sulla base della composizione chimica misurata da Gaia, è stato possibile identificare anche una serie di stelle provenienti da galassie diverse dalla nostra.
Sorprendentemente, dalla terza release è emersa la capacità di Gaia di rilevare i terremoti stellari, movimenti sulla superficie di una stella che ne cambiano la forma. In passato, Gaia aveva già riscontrato oscillazioni radiali che causano il rigonfiamento e il restringimento periodico delle stelle, mantenendo però la loro forma sferica. Le oscillazioni non radiali individuate grazie ai nuovi dati sono invece più simili a tsunami su larga scala, cambiando la forma globale di una stella, e sono quindi più difficili da rilevare.
Il potenziale di scoperte rese possibili da Gaia si estende a tutte le scale dell’Universo, vicine e lontane. La terza release di dati contiene anche un catalogo di 156mila asteroidi e altri piccoli corpi rocciosi del Sistema Solare, incluse informazioni sui loro colori e possibili lune, che permetterà di studiarne in dettaglio le orbite e la composizione chimica. Completano il quadro cosmico un catalogo di 1,9 milioni di quasar, sorgenti puntiformi al centro di galassie lontanissime la cui emissione è causata dall’attività del buco nero supermassiccio centrale, e di 2,9 milioni di galassie.
L’Italia partecipa molto attivamente al Data Processing and Analysis Consortium (DPAC), il consorzio pan-europeo che si occupa di elaborare e analizzare i dati raccolti dal satellite e trasformarli in un catalogo a disposizione dell’intera comunità astronomica mondiale. L’Istituto Nazionale di Astrofisica vede coinvolte nel DPAC ricercatori e ricercatrici presso le sedi di Bologna, Catania, Milano, Firenze, Napoli, Padova, Roma, Teramo e Torino (dove risiede il management nazionale). Torino ospita anche uno dei sei centri di elaborazione dati della missione Gaia, presso Altec S.P.A., interamente dedicato alla validazione astrometrica sotto la supervisione scientifica dell’INAF. L’ASI finanzia e supporta tutta queste attività insieme a quelle dedicate alla validazione e allo sfruttamento scientifico dei dati rilasciati presso il proprio Space Science Data Center (SSDC).
Gaia vede i terremoti stellari | VIDEO
La popolazione di asteroidi della terza data release di Gaia | VIDEO
La Via Lattea asimmetrica in movimento | VIDEO
La chimica della Via Lattea | VIDEO
Il contributo industriale
Leonardo ha fornito diversi equipaggiamenti hi-tech: dal sensore d’assetto ai prismi per lo strumento BRPP che misura il colore dei corpi celesti, dai pannelli fotovoltaici e sistemi di distribuzione della potenza al sottosistema di micropropulsione ad azoto per controllare i movimenti del satellite durante la mappatura stellare. Thales Alenia Space (jv Thales/Leonardo) ha fornito il trasponditore in banda X e il modulo di interconnessione del satellite così come l’Unità Distribution Clock (CDU). Cruciale inoltre il Data Processing Center Italiano finanziato dall’ASI e realizzato in ALTEC (jv Thales Alenia Space/ASI). Anche Telespazio (jv Leonardo/Thales) contribuisce a Gaia con sistemi di controllo e di pianificazione della missione e con servizi di telecomunicazioni, radar e telemetria.
La nuova Via Lattea svelata da Gaia
È in un punto lontano dal nostro pianeta chiamato L2 conosciuto anche come punto Lagrangiano in equilibrio gravitazionale tra Sole e Terra. È in quel punto esatto, a 1,5 milioni di chilometri da noi, che viaggia la sonda europea Gaia (acronimo di Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) che ha a bordo molti strumenti scientifici targati Italia. Alla loro realizzazione hanno partecipato l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) che contribuiscono al Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) presso ALTEC, Torino e quelle più scientifiche previste presso l’ASI Space Science Data Center (SSDC), una collaborazione europea con il compito monumentale di trasformare i dati del satellite nei cataloghi astronomici periodicamente distribuiti alla comunità.
Lanciata il 19 dicembre del 2013 a bordo di un vettore Soyuz decollato dalla base spaziale europea di Kourou nella Guyana Francese, Gaia ha il compito di scrutare continuamente il cielo per realizzare la più accurata mappa tridimensionale della nostra galassia, la Via Lattea, registrando la luce di stelle fino a un milione di volte più fioche di quelle visibili ad occhio nudo analizzando così la posizione, distanza e moto di quasi due miliardi di stelle. Queste informazioni permettono di rivelarne la composizione, la formazione e l’evoluzione ma anche comprendere così la storia della formazione e i prossimi stadi evolutivi della nostra galassia.
Gaia svolge una missione spaziale astrometrica sviluppata dall’Agenzia Spaziale Europea come continuazione della missione Hipparcos, e fa parte del programma scientifico Horizon 2000 Plus. Le immagini fornite fino ad oggi da Gaia hanno permesso di realizzare due versioni di cataloghi resi pubblici rispettivamente nel 2016 e nel 2018, che hanno rivoluzionato la nostra visione della Via Lattea. Un censimento minuzioso, il più dettagliato ad oggi della Via Lattea, la galassia che rappresenta la “casa cosmica” per il nostro Sole e svariate altre centinaia di miliardi di stelle.
Oggi, 13 giugno 2022, la missione Gaia ha pubblicato il terzo catalogo di dati completo (DR3), che contiene informazioni nuove e migliorate su circa 2 miliardi di sorgenti: si tratta per la maggior parte di stelle, ma sono inclusi anche oggetti del Sistema solare e sorgenti extragalattiche. Questi dati sono stati raccolti tra il 25 luglio 2014 e il 28 maggio 2017. I nuovi dati vanno a rimpiazzare il già ricco catalogo rilasciato nel 2018, raggiungendo una precisione ancora più elevata (del 30% sulle distanze e del 50% sui moti stellari) e un campionamento più omogeneo del cielo, grazie a oltre un anno di osservazioni aggiuntive e a una forte riduzione degli effetti sistematici.
Una delle novità è costituita dal catalogo di un numero significativo di spettri, che possono essere utilizzati per determinare con precisione la luminosità, temperatura, massa e composizione chimica delle sorgenti. Il catalogo include anche le velocità radiali di 33 milioni di stelle, con un incremento di cinque volte rispetto al secondo catalogo Gaia. La velocità radiale è la velocità con la quale gli oggetti si allontanano o si avvicinano a noi e fornisce la terza dimensione della velocità nella mappa di Gaia della nostra galassia. Un’altra novità di questo set di dati è il catalogo di stelle binarie nella Via Lattea più vasto di sempre, fondamentale per la comprensione dell’evoluzione stellare. Inoltre, sono disponibili informazioni sulle stelle la cui luminosità varia nel corso del tempo, su oggetti del Sistema solare come gli asteroidi e le lune dei pianeti, oltre a galassie e quasar al di fuori della Via Lattea. Questa preziosa banca dati permetterà un’analisi sempre più approfondita dell’Universo a noi vicino, fornendo la materia prima per innumerevoli scoperte nell’indagine del nostro ruolo nel cosmo.
Con una media di quattro articoli scientifici pubblicati al giorno, la missione ha un impatto significativo praticamente su tutte le branche dell’astrofisica. La missione di Gaia, in origine di cinque anni è stata estesa fino dicembre 2022 e probabilmente verrà ulteriormente estesa fino al 2025.
