Misión Gaia: diez años midiendo dos mil millones de estrellas para desentrañar los misterios de la Galaxia

Por Daniel Marín, el 20 diciembre, 2023. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • ESA • Estrellas ✎ 160

Hay misiones espaciales tremendamente famosas e icónicas que son reconocidas fácilmente por el gran público, como los telescopios espaciales Hubble y James Webb. Luego hay otras misiones que no suelen captar tanta atención y que, sin embargo, han revolucionado nuestro conocimiento del Universo, como pueden ser los proyectos Planck o WMAP. Otra de esas misiones de bajo perfil mediático es Gaia, el observatorio astrométrico europeo que acaba de cumplir diez años en el espacio. Gaia fue lanzado el 19 de diciembre de 2013 mediante un Soyuz ST-B/Fregat-MT que despegó desde la Guayana Francesa. El 7 de enero de 2014 llegó a su destino, una órbita de halo alrededor del punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol a 1,5 millones de kilómetros, donde se encuentra desde entonces. En estos diez años Gaia ha observado dos mil millones de estrellas de nuestra galaxia Vía Láctea para medir su posición, distancia, velocidad relativa y color. Detengámonos en esta cifra: dos mil millones de estrellas (bueno, 1800 millones si somos precisos). Para situarnos, la misión predecesora de Gaia, el satélite europeo Hipparcos, permitió crear un famoso catálogo (Tycho 2) que contiene los datos de ‘solo’ 2,5 millones de estrellas y en su momento marcó un antes y un después en la astronomía moderna.

Gaia ha estudiado 1800 millones de estrellas de nuestra Galaxia en diez años (ESA).

Si piensas que medir la posición, velocidad y distancia de dos mil millones de estrellas parece, como mucho, interesante, pero quizás no algo revolucionario, estás equivocado. Estos datos nos permiten reconstruir gran parte de nuestra Galaxia en tres dimensiones y entender mejor su origen y evolución, así como la cantidad y distribución de materia oscura, datos que luego podemos extrapolar a otras galaxias y, por ende, al Universo observable. En estos diez años Gaia ha detectado 214 candidatos a planetas extrasolares, más de 158 000 cuerpos menores del Sistema Solar, 381 cuásares distorsionados por lentes gravitatorias, más de 813 000 nuevas estrellas binarias, los dos agujeros negros más cercanos al Sistema Solar, más de medio millón de estrellas adicionales en el cúmulo globular Omega Centauri y 4,8 millones de objetos candidatos a nuevas galaxias. Para lograr esta hazaña, en diez años Gaia ha enviado 126 terabytes (!) de datos al mismo tiempo que ha completado veinte órbitas de halo alrededor del punto ESL2. La sensibilidad de Gaia es tal que es capaz de medir la posición y características de unas 3400 estrellas por segundo. Comparando las medidas de la posición de una misma estrella tomadas en distintos puntos de la órbita terrestre, Gaia puede medir la distancia y velocidad de la misma con respecto al Sistema Solar (método del paralaje). Los datos de Gaia se han ido publicando con el fin de que estén disponibles para toda la comunidad científica —un verdadero regalo para toda la humanidad— en conjuntos cada vez más refinados conocidos como Gaia EDR (Gaia Early Data Release) y Gaia DR (Gaia Data Release). En junio de 2022 se publicó el Gaia DR3 y el pasado 10 de octubre el último conjunto de datos más refinado, el FPR (Focused Product Release).

Los números de Gaia tras diez años de misión (ESA).
Vista de la Vía Láctea con una muestra de las estrellas del disco estudiadas por Gaia y otros observatorios espaciales y terrestres (ESA/Gaia/DPAC, A. Khalatyan(AIP) & StarHorse team; NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech).
El cielo visto por Gaia. De arriba a abajo: mapa de la velocidad radial, mapa de la velocidad radial y los movimientos propios, mapa del polvo interestelar y mapa de composición química (metalicidad) (ESA/Gaia/DPAC).

Uno de los objetivos prioritarios de la misión es el estudio de las galaxias satélites de la Vía Láctea —más de 50 conocidas— y las corrientes de estrellas relacionadas con las mismas. Las corrientes se forman al distorsionarse estas galaxias por la gravedad de la Vía Láctea, pero, como la gravedad de nuestra Galaxia procede no solo de la materia visible —bariónica—, sino del halo de materia oscura que la rodea, el estudio de la forma y evolución de estas corrientes aporta datos fundamentales sobre la cantidad y distribución de materia oscura. Los datos de Gaia han servido para comprobar que la mayor de las galaxias satélites de la Vía Láctea, la Gran Nube de Magallanes, es en realidad un 10% más masiva de lo que se creía. Este dato es importante porque al ser más masiva afecta al movimiento de otras estrellas y galaxias satélites situadas en el halo, introduciendo errores en el cálculo de la masa de nuestra Galaxia. Con respecto a este último dato, antes de Gaia se estimaba que la masa de la Vía Láctea debía ser de entre medio billón y 3 billones de masas solares. Con los datos de Gaia —combinados con los de otras misiones espaciales y observatorios terrestres—, los modelos oscilan entre los 200 000 millones de masas solares y los 1,5 billones. La diferencia no se debe al número de estrellas, sino a la incertidumbre a la hora de estimar la cantidad de materia oscura. Gaia ha observado unas cuarenta galaxias satélites y ha determinado que la mayoría han llegado recientemente —en los últimos miles de millones de años— a las cercanías de la Vía Láctea, pues se mueven más rápido de lo previsto.

Gaia también ha estudiado cúmulos globulares como Omega Centauri, descubriendo más de medio millón de estrellas en su centro (ESA/Gaia/DPAC).
Gaia ha descubierto 381 cuásares distorsionados por lentes gravitatorias (Gaia Collaboration, A. Krone-Martins et al. / ESA/Gaia/DPAC).
Gaia ha descubierto los agujeros negros más cercanos al Sol, BH1, a 1560 años luz, y BH2, a 3800 años luz. Los dos son agujeros negros que se hallan lejos de la estrella a la que orbitan y no emiten en rayos X (ESA/Gaia/DPAC).
Un diagrama Hertzsprung-Russell (H-R) de más de 4 millones de estrellas situadas a menos de cinco mil años luz (ESA/Gaia/DPAC).

Gaia también ha medido la forma de la Vía Láctea y ha demostrado, por un lado, que el halo tiene una forma ovalada en vez de esférica, muy probablemente reflejando la forma del halo de materia oscura, y, por otro, que el disco de la Galaxia se halla distorsionado por la colisión con una galaxia satélite, seguramente la galaxia enana de Sagitario. La distorsión del disco ya era conocida, pero los datos de Gaia han permitido confirmar su origen y medir las ondas generadas por la colisión que se propagan por el disco. La Vía Láctea es una gran galaxia espiral barrada formada por la colisión de otras muchas galaxias. Gaia ha permitido conocer hasta seis colisiones distintas gracias al descubrimiento de respectivos grupos de miles estrellas con órbitas y características similares y diferentes a las del resto de estrellas de la Galaxia. Estas seis principales galaxias que chocaron con la Vía Láctea para darle su forma actual son Sagitario, Gaia-Sausage-Enceladus, Arjuna/Sequoia/I’itoi, Cetus, LMS-1/Wukong y  Pontus. La colisión con la galaxia enana de Sagitario es la más reciente y tuvo lugar hace ocho mil millones de años, mientras que otras, como Gaia-Sausage-Enceladus, se produjo hace unos diez mil millones de años. Los datos de Gaia sobre los cúmulos globulares de la Vía Láctea sugieren una colisión aún más temprana con otra galaxia, apodada Kraken, que pudo tener lugar hace once mil millones de años. Algunas de estas galaxias, como la de Sagitario, todavía están en proceso de fusión y son galaxias satélites que perturban el disco de la Vía Láctea cada vez que lo cruzan. En el caso de Sagitario, la última vez que pasó por el plano galáctico fue hace entre 300 y 900 millones de años.

La Vïa Láctea vista desde arriba (ESA).
La Vía Láctea vista por Gaia Los cuadrados son cúmulos globulares y los triángulos galaxias satélites. También se ven las corrientes de estrellas generadas por la distorsión de las galaxias satélites. En rosa destacan los objetos que trajo consigo la galaxia Pontus cuando chocó con la nuestra (ESA/Gaia/DPAC).
Posición de la galaxia enana Sagitario vista por Gaia (ESA/Gaia/DPAC).
Reconstrucción del proceso de colisión con la Vía Láctea de la galaxia enana de Sagitario (ESA/Gaia/DPAC).

Gaia también ha arrojado luz sobre el origen de una de las estructuras más características de la Vía Láctea, las dos poblaciones estelares del disco. El disco de nuestra Galaxia se divide en una parte fina —formado por estrellas que no se alejan mucho por encima o por debajo del plano galáctico— y en una gruesa —estrellas que se alejan más del plano—. Los datos de Gaia sugieren que el disco grueso se formó primero, hace trece mil millones de años (solo 800 millones de años tras el Big Bang), unos dos mil millones de años antes de lo esperado. Dos mil millones de años más tarde colisionó la galaxia Gaia-Sausage-Enceladus y ayudó a formar el disco fino, del cual el Sol forma parte (la colisión inició una ola de formación estelar que duró unos seis mil millones de años). Acercándonos más a nuestro vecindario estelar, Gaia ha medido la forma precisa de la «burbuja local», una zona de mil años luz que rodea al Sol y se caracteriza por su baja densidad de polvo y gas interestelar. La burbuja parece haberse creado hace solo 14 millones de años por la explosión de una supernova que comprimió el medio interestelar e puso en marcha una ola de formación estelar, motivo por el cual todas las estrellas jóvenes que rodean al Sol se encuentran en la superficie de la burbuja, a unos 500 años luz del Sistema Solar. Gaia también ha descubierto la mayor estructura gaseosa dentro de nuestra Galaxia, conocida como ‘Onda Radcliffe’, una colección de zonas de formación estelar conectadas entre sí con una longitud de 9000 años luz y un ancho de 500 años luz.

La Vía Láctea vista de lado con los dos tipos de poblaciones estelares del disco: disco fino y disco grueso (Stefan Payne-Wardenaar / MPIA /Space Science / Gaia / ESA).
La Burbuja Local (Zucker et al., Nature, 2022).
La ‘Onda Radcliffe’, una estructura de gas de 9000 años luz de longitud que une regiones de formación estelar (WorldWide Telescope / Alyssa Goodman / ESA).

Para realizar estos descubrimientos, Gaia es capaz de medir la posición de las estrellas con una precisión de 24 microsegundos de arco mediante dos telescopios gemelos dotados de un espejo principal rectangular de 1,7 x 0,7 metros con un campo de visión de 0,32º. Los dos telescopios funcionan conjuntamente y dirigen la luz a una cámara dotada de 106 sensores CCD con un total de mil millones de píxeles. Y todo esto es solo una fracción de los descubrimientos de Gaia en la última década. Y los que quedan. A medida que se publiquen conjuntos de datos más precisos y se analicen con nuevos métodos, nuestro conocimiento sobre la Vía Láctea y el Universo aumentarán de forma dramática. ¡Larga vida a Gaia!

Referencias:

  • https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia


160 Comentarios

    1. Jajaja ¡me encantó la postal de Papá Noel hacia el transbordador con regalos para la ISS!

      Y comparto con los hermanos espaciotrastornados de este blog, mis anhelos para estas fiestas:

      Amor y conciencia, de la unidad orgánica y diversa del universo, para todos en este mundo y más allá, sean creyentes, como ateos y no-teístas.

  1. Lo grande de este blog no es ya la calidad de sus artículos sinó el hecho de que se expande a lo largo de una década y media.
    Recuerdo saber sobre el lanzamiento de Gaia y todas sus promesas hace una década por Eureka y el seguir la evolución da una perspectiva muy interesante.
    Feliz Navidad Dani y amigos comentaristas, por otro año donde encuentro unos irreductibles con los que leer y discutir sobre una pasión que no entiendo porqué sigue siendo tan rara.
    Socializar en el S.XXI puede ser perfectamente en el mundo virtual. Pero si a alguien le apetece tomarse unas cervezas en Barcelona, propongo la tarde del día 30 o el 1 🙂

  2. «Ellos, después de oír al rey, se pusieron en camino, y he aquí que la estrella que habían visto en el Oriente iba delante de ellos, hasta que llegó y se detuvo encima del lugar donde estaba el niño.»
    Feliz Navidad a todos y que estos magos astrónomos que menciona Mateo 2-9 os traigan algo más valioso que el carbón.

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