Astrônomos Elaboram Detalhado Mapa do Espaço com o Gaia

O primeiro catálogo do satélite Gaia da Agência Espacial Europeia – ESA de mais de um bilhão de estrelas foi publicado nessa quarta-feira (14) – a maior pesquisa de objetos celestes até agora. A caminho de reunir o...

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O primeiro catálogo do satélite Gaia da Agência Espacial Europeia – ESA de mais de um bilhão de estrelas foi publicado nessa quarta-feira (14) – a maior pesquisa de objetos celestes até agora. A caminho de reunir o mais detalhado mapa 3D da nossa Via Láctea em toda história, o Gaia já determinou a posição precisa no céu e o brilho de 1,142 bilhão de estrelas.

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Uma vista de todo o céu de estrelas na nossa galáxia – a Via Láctea – e galáxias vizinhas, com base no primeiro ano de observações do satélite Gaia da ESA, desde julho de 2014 até setembro de 2015. (Versões de ainda mais alta-resolução disponíveis aqui.) Créditos: ESA/Gaia/DPAC; reconhecimento – A. Moitinho & M. Barros (CENTRA – Universidade de Lisboa), em nome do DPAC.

 

O mapa acima mostra a densidade de estrelas observadas pelo Gaia em cada porção do céu. As regiões mais brilhantes indicam concentrações mais densas de estrelas, enquanto regiões mais escuras correspondem a zonas do céu onde são observadas menos estrelas. A Via Láctea é uma galáxia espiral, com a maioria das suas estrelas situadas num disco com aproximadamente 100.000 anos-luz de diâmetro e cerca de 1000 anos-luz de espessura. Esta estrutura é visível no céu como o Plano Galáctico – a porção mais brilhante desta imagem – que está posicionada horizontalmente e é especialmente brilhante no centro.

As regiões mais escuras do Plano Galáctico correspondem a nuvens densas de gás e poeira interestelar que absorvem a luz estelar ao longo da linha de visão. Muitos enxames abertos e globulares – agrupamentos de estrelas mantidas juntas pela sua gravidade mútua – estão também espalhados pela imagem.

Os enxames globulares, grandes conjuntos de centenas de milhares até milhões de estrelas velhas, são principalmente encontrados no halo da Via Láctea, uma estrutura aproximadamente esférica com um raio de mais ou menos 100.000 anos-luz e por isso são visíveis na imagem. Já os enxames abertos são aglomerados mais pequenos com centenas até milhares de estrelas e encontram-se principalmente no Plano Galáctico.

Os dois objetos brilhantes perto do canto inferior direito da imagem são as Grande e Pequena Nuvem de Magalhães, duas galáxias anãs que orbitam a Via Láctea. Também são visíveis outras galáxias próximas, principalmente Andrômeda (também conhecida como M31), a maior vizinha galáctica da Via Láctea, em baixo e à esquerda da imagem. Por baixo de Andrômeda está a sua galáxia satélite, M33 ou Galáxia do Triângulo.

Na imagem estão presentes algumas características, tais como curvas e listas mais escuras, que não são de origem astronômica mas, ao invés, refletem o processo de digitalização do Gaia. Tendo em conta que este mapa é baseado em observações recolhidas durante o primeiro ano da missão, o estudo ainda não é uniforme em todo o céu e prossegue.

Como uma degustação do catálogo mais rico que se verá num futuro próximo, o lançamento do último dia 14 apresenta as distâncias e os movimentos através do céu de mais de dois milhões de estrelas.

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Concepção artística do Gaia mapeando as estrelas da Via Láctea. Crédito: ESA/ATG medialab; fundo – ESO/S. Brunier

O Satélite Gaia

“O Gaia está na vanguarda da astrometria, cartografando o céu com precisões que nunca antes foram alcançadas”, diz Álvaro Giménez, Diretor de Ciência da ESA. “A publicação de hoje dá-nos uma primeira impressão dos dados extraordinários que nos esperam e que irão revolucionar a nossa compreensão de como as estrelas estão distribuídas e como se movem por toda a nossa Galáxia.”

Lançado ao espaço há 1000 dias, o Gaia iniciou os seus trabalhos científicos em julho de 2014. Esta primeira versão do catálogo é baseada nos dados recolhidos durante os seus primeiros 14 meses de rastreamento do céu, até setembro de 2015.

O telescópio espacial Gaia foi lançado em 2013 com as seguintes metas:

  • O Gaia está fazendo um mapa 3D muito preciso da nossa Via Láctea;
  • É o sucessor para o satélite Hipparcos, que mapeou cerca de 100.000 estrelas;
  • O cerca de um bilhão de estrelas a serem catalogados pelo Gaia ainda é apenas 1% do total da Via Láctea;
  • Mas a qualidade da pesquisa promete uma série de descobertas além de um preciso mapa estelar;
  • Ele poderá encontrar novos asteroides e planetas;
  • Ele irá testar constantes físicas e hipóteses;
  • O mapa do céu de Gaia será a referência para orientar observações futuras dos telescópios.
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O telescópio espacial Gaia, lançado em 2013, passando pela fase de testes técnicos durante preparação para o lançamento. Crédito: ESA.

 

“O bonito mapa que estamos publicando hoje mostra a densidade de estrelas medida pelo Gaia por todo o céu, e confirma que foram recolhidos excelentes dados durante o seu primeiro ano de operações”, diz Timo Prusti, cientista do projeto Gaia na ESA.

As riscas e diferenças de tonalidades na imagem refletem como o Gaia rastreia o céu, e irão gradualmente desaparecer à medida que mais rastreamentos forem feitos durante a missão de cinco anos.

“O satélite está funcionando bem e demonstramos que é possível lidar com a análise de bilhões de estrelas. Embora os dados atuais sejam preliminares, queríamos torná-los disponíveis para que a comunidade astronômica os possa utilizar o mais rápido possível”, acrescenta Prusti.

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No coração do Gaia: sistema de detecção com capacidade de 1 bilhão de pixels. Crédito: ESA

 

Transformar a informação bruta em posições estelares úteis e confiáveis para um nível de precisão nunca antes possível é um procedimento extremamente complexo, confiada a uma cooperação pan-Europeia de cerca de 450 cientistas e engenheiros de programação informática: o Consórcio de Processamento e Análise de Dados de Gaia, ou DPAC (Data Processing and Analysis Consortium).

“A publicação de hoje é o resultado de um trabalho de colaboração meticuloso levado a cabo na última década”, diz Anthony Brown da Universidade de Leiden, nos Países Baixos, e presidente do consórcio. “Juntamente com especialistas de várias disciplinas, tivemos de nos preparar antes mesmo do início das observações, depois tratamos os dados, os transformamos em produtos astronômicos significativos e validamos o seu conteúdo científico.”

Melhoria nos catálogos anteriores

Além de processar o catálogo completo de bilhões de estrelas, os cientistas do DPAC analisaram em detalhe dados de cerca de dois milhões de estrelas em comum entre os resultados do primeiro ano de Gaia e os catálogos anteriores do Hipparcos e Tycho-2, ambos derivados da missão Hipparcos da ESA, que cartografou o céu há mais de duas décadas atrás.

Ao combinar os dados do Gaia com informações a partir daqueles catálogos menos precisos, foi possível começar a desembaraçar os efeitos de paralaxe e movimento próprio, mesmo a partir do primeiro ano de observações. Paralaxe é um pequeno movimento na posição aparente de uma estrela causada pelo movimento anual da Terra em torno do Sol e depende da distância de uma estrela até nós, enquanto o movimento próprio é devido ao movimento físico das estrelas através da Galáxia.

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Em astronomia, paralaxe é a diferença na posição aparente de um objeto visto por observadores em locais distintos. A paralaxe estelar é utilizada para medir a distância das estrelas utilizando o movimento da Terra em sua órbita.

 

  • À medida que a Terra gira em torno do Sol, estrelas relativamente próximas parecem mover-se contra as estrelas “fixas” que estão ainda mais longes;
  • Como nós sabemos a distância Sol-Terra, podemos usar o ângulo de paralaxe para trabalhar a distância até a estrela alvo;
  • Mas tais ângulos são muito pequenos – menos de um segundo de arco para as estrelas mais próximas, ou 0,05% do diâmetro da Lua cheia;
  • Gaia vai fazer observações repetidas para reduzir os erros de medição até sete microssegundo de arco para as estrelas mais brilhantes;
  • Paralaxes são usados para ancorar outras técnicas indiretas implantadas para medir as distâncias mais remotas.

 

Este novo catálogo em elaboração pela equipe de cientistas do DPAC é duas vezes mais preciso e contém quase 20 mais estrelas que a referência anterior para a astrometria, o catálogo Hipparcos.

Como parte do seu trabalho em validar o catálogo, os cientistas do DPAC têm realizado um estudo sobre aglomerados estelares abertos – grupos de estrelas relativamente jovens que nasceram juntas – que demonstra claramente a melhoria permitida pelos novos dados.

“Com o Hipparcos, só pudemos analisar a estrutura 3D e a dinâmica de estrelas nas Híades, o aglomerado aberto mais próximo do Sol, e medir distâncias para cerca de 80 aglomerados em até 1600 anos-luz de nós”, diz Antonella Vallenari do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) e do Observatório Astronómico de Pádua, Itália. “Mas, com os primeiros dados do Gaia, é agora possível medir as distâncias e movimentos de estrelas em cerca de 400 aglomerados de até 4800 anos-luz de distância”.

Muitos mais aglomerados estelares serão descobertos e analisados em maior detalhe com os extraordinários dados que o Gaia continua a recolher e que serão publicados nos próximos anos. “Para os 14 aglomerados abertos mais próximos, os novos dados revelam muitas estrelas surpreendentemente longe do centro do aglomerado-progenitor, provavelmente fugindo para preencher outras regiões da Galáxia”, explica Vallenari.

Versão anotada do mapa de estrelas da Via Láctea. Crédito: ESA/Gaia/DPAC; reconhecimento – A. Moitinho & M. Barros (CENTRA – Universidade de Lisboa), em nome do DPAC. (Clique aqui para ver versão em alta-resolução; maiores resoluções ainda maiores disponíveis aqui)
Versão anotada do mapa de estrelas da Via Láctea. Crédito: ESA/Gaia/DPAC; reconhecimento – A. Moitinho & M. Barros (CENTRA – Universidade de Lisboa), em nome do DPAC. (Clique aqui para ver versão em alta-resolução; resoluções ainda maiores disponíveis aqui)

 

Novas descobertas de estrela variáveis

O novo censo estelar contém também 3194 estrelas variáveis, estrelas que ritmicamente aumentam e diminuem de tamanho, mostrando mudanças periódicas de brilho. Muitas das estrelas variáveis observadas pelo Gaia encontram-se na Grande Nuvem de Magalhães, um dos nossos vizinhos galácticos, uma região que foi digitalizada várias vezes durante o primeiro mês de observações, permitindo uma medição precisa da mudança do seu brilho. Os detalhes sobre as variações de brilho destas estrelas, 386 das quais são novas descobertas, encontram-se publicados como parte do lançamento, juntamente com um primeiro estudo para testar o potencial dos dados.

“Estrelas variáveis, tais como Cefeidas e RR Lyraes, são indicadores valiosos de distâncias cósmicas”, explica Gisella Clementini do INAF e do Observatório Astronômico de Bolonha, Itália. “Enquanto a paralaxe é usada diretamente para medir distâncias de grandes amostras de estrelas na Via Láctea, as estrelas variáveis fornecem um passo indireto, mas crucial na nossa ‘escala de distância cósmica’, o que nos permite estendê-la a galáxias distantes”.

Isto é possível porque alguns tipos de estrelas variáveis são especiais. Por exemplo, no caso das estrelas Cefeidas, quanto mais brilhantes são intrinsecamente, mais lenta será a variação no seu brilho. O mesmo é verdade para as RR Lyrae quando observadas à luz infravermelha. O padrão de variabilidade é fácil de medir e pode ser combinado com o brilho aparente de uma estrela para inferir o seu verdadeiro brilho.

É aqui que o Gaia entra em cena: no futuro, os cientistas serão capazes de determinar distâncias muito precisas para uma grande quantidade de estrelas variáveis através de medições de paralaxe do Gaia. Com essas medições, os cientistas irão calibrar e melhorar a relação entre o período e o brilho dessas estrelas, e aplicá-lo para medir distâncias para além da nossa Galáxia. Uma aplicação preliminar dos dados do TGAs que parece ser muito promissora.

“Isso é apenas o começo: nós medimos a distância à Grande Nuvem de Magalhães para testar a qualidade dos dados, e obtivemos uma amostra das melhorias dramáticas que o Gaia trará em breve para a nossa compreensão de distâncias cósmicas”, acrescenta Clementini.

Aplicação em Plutão

Conhecer as posições e movimentos das estrelas no céu com uma surpreendente precisão é uma parte fundamental do estudo das propriedades e dos antecedentes da Via Láctea e para medir distâncias a estrelas e galáxias, mas tem também uma variedade de aplicações mais perto de casa – por exemplo, no Sistema Solar.

Em julho, Plutão passou à frente de uma estrela distante e fraca, oferecendo uma rara oportunidade para estudar a atmosfera do planeta anão à medida que a estrela desaparecia gradualmente e depois reaparecia atrás de Plutão. Essa ocultação estelar foi apenas visível a partir de uma estreita faixa que se estende por toda a Europa, semelhante ao caminho total que um eclipse solar descreve na superfície do nosso planeta. O conhecimento preciso da posição da distante estrela foi crucial para apontar os telescópios na Terra; assim, a excecional publicação antecipada da posição da estrela pelo Gaia, que foi 10 vezes mais precisa do que anteriormente disponível, foi fundamental para a monitorização bem-sucedida deste evento raro.

 

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Crédito: B. Sicardy (LESIA, Observatório de Paris, França), P. Tanga (Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, França), A. Carbognani (Osservatorio Astronomico Valle d’Aosta, Itália), Rodrigo Leiva (LESIA, Observatório de Paris). Gráfico: University of Athens Observatory.

 

Os primeiros resultados dessa pesquisa sobre a atmosfera de Plutão sugerem uma pausa no intrigante aumento da pressão da ténue atmosfera de Plutão, algo que tem sido registado desde 1988, apesar do planeta anão se estar a afastar do Sol, o que sugere uma queda de pressão devido ao arrefecimento da atmosfera.

No bom caminho

“Estes três exemplos demonstram como os presentes e futuros dados do Gaia irão revolucionar todas as áreas da astronomia, permitindo-nos investigar o nosso lugar no Universo, da nossa vizinhança local, o Sistema Solar, em escalas cosmológicas Galácticas ou até mesmo maiores,” explica Brown.

Esta primeira versão de dados mostra que a missão está em um bom caminho para atingir o seu objetivo final: cartografar as posições, distâncias e movimentos de bilhões de estrelas – cerca de 1% do conteúdo estelar da Via Láctea – em três dimensões e numa precisão sem precedentes.

“O caminho percorrido até hoje não aconteceu sem obstáculos: o Gaia encontrou um número de desafios técnicos e foi necessário um extenso esforço de colaboração para aprender a lidar com eles”, diz Fred Jansen, gerente da missão Gaia da ESA. “Mas agora, 1000 dias após o lançamento e graças ao grande trabalho de todos os envolvidos, estamos entusiasmados para apresentar este primeiro conjunto de dados e estamos ansiosos para a próxima versão, que vai desencadear o potencial do Gaia para explorar nossa Galáxia como nunca antes visto.”

Pode-se acessar os dados da primeira publicação do Gaia em: http://archives.esac.esa.int/gaia

Abaixo, segue um poster com detalhes do satélite Gaia.

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Um poster que apresenta os principais objetivos científicos e os fatos sobre a missão e o satélite Gaia/ESA. Cortesia da Astrium. Para maior resolução do poster, clique aqui. Crédito: site Gaia in the UK

Fontes: Astronomia On-line e ESA

 

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