El primer año de observaciones científicas de Gaia

Gaia fue puesto en órbita el 19 de diciembre de 2013 y, tras seis meses de puesta en servicio, comenzó sus operaciones científicas rutinarias el 25 de julio de 2014. Gaia se encuentra en órbita alrededor del segundo punto de Lagrange del sistema Sol-Tierra, L2, a 1.5 millones de kilómetros de nuestro planeta. Este satélite gira sobre su propio eje para realizar un barrido circular del firmamento y así observar las estrellas y muchos otros objetos astronómicos. Al medir de forma repetitiva la posición de las estrellas con un nivel de precisión extremo, Gaia es capaz de calcular sus distancias y desplazamientos a través de la Vía Láctea.

Los primeros 28 días de su misión Gaia operó en un modo especial de escaneado que recorría círculos máximos en el firmamento, incluyendo siempre los polos de la eclíptica. Esto permitía observar las estrellas de esas regiones un gran número de veces, generando el conjunto de datos necesario para llevar a cabo la calibración inicial de Gaia.

Al terminar esta fase, el 21 de agosto de 2014, Gaia comenzó sus operaciones rutinarias siguiendo una ley de escaneado diseñada para obtener la mejor cobertura posible de todo el firmamento.

Desde el comienzo de esta fase rutinaria, el satélite ha registrado 272.000 millones de medidas astrométricas o de posición, 54.400 millones de medidas fotométricas o de brillo, y 5.400 millones de espectros.

El equipo de Gaia ha estado muy ocupado procesando y analizando todos estos datos para preparar los principales productos científicos de la misión, que consistirán en enormes catálogos públicos con la posición, distancia, desplazamiento y otras propiedades de más de mil millones de estrellas. Debido al gran volumen de los datos y a su compleja naturaleza, esta tarea está siendo realizada por un equipo de 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).

“Los últimos doce meses han sido muy intensos, pero ya dominamos los datos de Gaia y estamos impacientes por seguir recibiéndolos a lo largo de los próximos cuatro años de operaciones nominales”, explica Timo Prusti, científico del proyecto Gaia para la ESA.

“La primera publicación de datos de Gaia llegará dentro de un año, en el verano de 2016. Con los datos del primer año de observaciones en nuestras manos, ya nos encontramos a mitad de camino para alcanzar este hito, y queremos presentar unos pocos resultados preliminares para demostrar lo bien que está funcionando el satélite y cómo avanza el procesado de sus datos”.

Como ejemplo de la validación que está realizando, el equipo de Gaia ha medido el paralaje de un conjunto inicial de dos millones de estrellas.

El paralaje es el movimiento aparente de un cuerpo celeste con relación a las estrellas de fondo a lo largo de un año, provocado por el desplazamiento de la Tierra alrededor del Sol, que también puede observar Gaia al acompañar a la Tierra en su órbita. Pero el paralaje no es el único movimiento detectado por Gaia: las estrellas se mueven por el espacio, en lo que se conoce como movimiento propio.

Gaia ya ha tomado una media de 14 medidas de cada estrella, pero esto todavía no es suficiente para aislar el paralaje del movimiento propio.

El equipo de científicos ha combinado los datos de Gaia con las posiciones publicadas en el catálogo Tycho-2, elaborado a partir de los datos recogidos entre los años 1989 y 1993 por el satélite Hipparcos, el predecesor de Gaia.

Esto limita la población a tan sólo dos millones de los más de mil millones de estrellas que Gaia está estudiando, pero permite realizar una evaluación preliminar de la calidad de sus observaciones.

Cuanto más cerca del Sol esté una estrella, mayor será su paralaje. Esta relación hace posible calcular la distancia a los astros a partir de esta medida. Por otra parte, al conocer la distancia se puede convertir el brillo aparente de una estrella en su brillo real, o ‘luminosidad absoluta’.

Los astrónomos representan la luminosidad absoluta de las estrellas en función de su temperatura – que se estima a partir de su color – para elaborar un ‘diagrama de Hertzsprung-Russell’, bautizado así en honor a los dos científicos de principios del siglo pasado que reconocieron la utilidad de esta gráfica para comprender la evolución de las estrellas.

“Nuestro primer diagrama de Hertzsprung-Russell, elaborado a partir de las luminosidades absolutas registradas por Gaia y por el catálogo Tycho-2, y de los datos de color obtenidos a través de las observaciones desde tierra, nos permite apreciar lo que será capaz de ofrecer esta misión en los próximos años”, explica Lennart Lindegren, profesor de la Universidad de Lund y uno de los promotores originales de la misión.

Como Gaia observa cada estrella repetidas veces para calcular su movimiento, también es capaz de detectar si ha variado el brillo de alguna de ellas, lo que ha permitido descubrir una serie de objetos astronómicos muy interesantes.

Gaia ha detectado cientos de fuentes transitorias en este primer año, comenzando por una supernova descubierta el 30 de agosto de 2014. Estas detecciones se comparten de forma inmediata con la comunidad científica a través de ‘Alertas Científicas’, lo que hace posible realizar observaciones adicionales desde tierra para determinar su naturaleza.

Una de estas fuentes transitorias multiplicó su brillo por un factor de cinco de forma repentina. Gaia había descubierto lo que se conoce como una ‘variable cataclísmica’, un sistema de dos estrellas en el que una de ellas, una enana blanca, está engullendo la masa de su compañera, lo que provoca fuertes emisiones de luz. Esta pareja también resultó ser un sistema binario eclipsante, en el que la estrella normal, relativamente más grande que su compañera, pasa por delante de la enana blanca, más brillante, ocultándola de forma periódica.

Lo que resulta más extraño es que las dos estrellas de este sistema tienen una gran cantidad de helio, pero muy poco hidrógeno. Los datos recogidos por Gaia y a través de las observaciones desde tierra podrían ayudar a los científicos a comprender cómo han perdido sus reservas estas dos estrellas.

Gaia también descubrió un gran número de estrellas cuyo brillo sufre cambios regulares. Muchos de estos descubrimientos fueron realizados entre los meses de julio y agosto de 2014, mientras Gaia observaba de forma repetitiva las regiones próximas a los polos de la eclíptica. Esta secuencia de observaciones tan seguidas ha resultado clave para detectar y estudiar las estrellas variables de estas regiones del firmamento.

Cerca del polo sur de la eclíptica se encuentra la famosa Gran Nube de Magallanes (LMC), una galaxia enana, satélite de la Vía Láctea. Gaia ha obtenido las curvas de luz de docenas de estrellas variables de tipo RR Lyrae en esta galaxia, cuyo nivel de detalle atestigua la altísima calidad de los datos de esta misión.

Otro curioso objeto observado durante esta primera fase de la misión es la nebulosa Ojo de Gato, una nebulosa planetaria conocida como NGC 6543, ubicada cerca del polo norte de la eclíptica.

Las nebulosas planetarias se forman cuando una estrella de baja masa expulsa sus capas externas al espacio, dejando atrás una enana blanca compacta. La materia expulsada interactúa con el medio interestelar de su entorno, creando espectaculares formaciones. Gaia realizó unas 200 observaciones de la nebulosa Ojo de Gato, y registró más de 84.000 puntos que perfilan con precisión los complejos filamentos gaseosos que dan fama a estas estructuras. A medida que avancen sus observaciones, Gaia será capaz de detectar cómo se expanden los nodos de ésta y otras nebulosas planetarias.

Más cerca de casa, Gaia ha detectado un gran número de asteroides, los pequeños cuerpos rocosos que pueblan nuestro Sistema Solar, principalmente entre las órbitas de Marte y Júpiter. Como los asteroides se encuentran relativamente cerca y también orbitan al Sol, parecen moverse en relación con las estrellas, apareciendo en una fotografía en concreto, pero ya no en las tomadas unos instantes más tarde.

Los científicos de Gaia han desarrollado un software especial para buscar a estos ‘intrusos’ y aislarlos de los datos que se están utilizando para estudiar las estrellas. Sin embargo, estos datos también permiten caracterizar mejor los asteroides conocidos, y catalogar miles de nuevos ejemplares.

Finalmente, además de las medidas astrométricas y fotométricas, Gaia también ha obtenido el espectro de muchas estrellas. El uso más básico de estos datos es determinar el movimiento de las estrellas a lo largo de la línea de visión, representado por el desplazamiento de las líneas de absorción de su espectro provocado por el efecto Doppler. Sin embargo, al obtener el espectro de algunas estrellas calientes, Gaia ha sido capaz de detectar las líneas de absorción del gas interestelar que se encontraba en primer plano, lo que permitirá a los científicos estudiar su distribución.

“Estas primeras ‘pruebas del concepto’ demuestran la gran calidad de los datos recogidos por Gaia, y la capacidad de la cadena de procesado. Los productos finales todavía no están listos, pero estamos trabajando duro para entregar los primeros resultados a la comunidad científica el año que viene. Estad atentos”, concluye Timo.

Gaia

Gaia es una misión de la ESA diseñada para censar mil millones de estrellas en nuestra galaxia y vecindario cósmico, para elaborar el mapa tridimensional más preciso de la Vía Láctea y encontrar respuestas sobre su origen y evolución.

El principal producto científico de esta misión será un catálogo con la posición, movimiento, brillo y color de cada una de las estrellas estudiadas. El año que viene se publicará una versión intermedia del catálogo. Mientras tanto, la estrategia de observación de Gaia está permitiendo descubrir y estudiar muchos fenómenos transitorios en el firmamento, que se comparten de forma inmediata con la comunidad científica a través de las Alertas Científicas.

La naturaleza de la misión de Gaia implica la adquisición de una enorme cantidad de datos complejos y extremadamente precisos, cuyo procesado requiere mucha experiencia, esfuerzo y potencia de cálculo. Un equipo paneuropeo de científicos, expertos y desarrolladores de software, el Consorcio para el Procesado y el Análisis de los Datos de Gaia (DPAC), distribuido y financiado por varios Estados miembros de la ESA, es el responsable del procesado y la validación de los datos de Gaia. La explotación científica de sus resultados sólo comenzará cuando hayan sido distribuidos a la comunidad científica.

Para más información:

Markus Bauer 



ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer




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Timo Prusti



Gaia Project Scientist


Email: timo.prusti@esa.int