Gaia, o cartógrafo galáctico da Europa, se foi, mas não esquecido

Este observatório provavelmente foi o projeto de astronomia mais transformador do século XXI, mas há uma boa chance de você nunca ter ouvido falar disso. Na semana passada, por exemplo, o Planetarium Hayden no Museu Americano de História Natural (AMNH) na cidade de Nova York estreou um novo “Space Show” chamado Encontros na Via Láctea– e isso muitas vezes esquecido espaçonave é sua estrela científica. Mas é mais provável que você saiba sobre a narração do ator Pedro Pascal no programa do que você deve estar familiarizado com a missão espacial única que serve como a espinha dorsal da apresentação.

O observatório é chamado Gaia. E, como tantas coisas boas, você realmente não sentiria falta até que se acabe – e agora é.

Lançado em 2013 pela Agência Espacial Europeia (ESA), cessou as operações em março passado, quando usava o pouco combustível que havia deixado para entrar em uma órbita de cemitério ao redor do sol. De sua estação em uma região quiescente de espaço profundo a mais de 1,6 milhão de quilômetros da Terra, a missão de Gaia era, em essência, bastante simples: foi projetada para nos dar uma melhor noção de onde estamos – uma “estrutura de referência” celestial sobre escalas interplanetárias, interstelares e intergaláticas sobrepostas. Para fazer isso, usou telescópios gêmeos de varredura no céu e três instrumentos, incluindo uma câmera de pixels, para medir meticulosamente as distâncias, posições, movimentos e mais de cerca de dois bilhões de objetos celestes, a maioria delas estrelas em nossa própria galáxia. Fez cerca de três trilhões de observações em todos, produzindo (entre muitas outras coisas) o maior e mais preciso mapa tridimensional da Via Láctea já feita.

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“Gaia era nosso melhor cartógrafo galáctico, e às vezes digo isso Encontros na Via Láctea É minha carta de amor ”, diz Jackie Faherty, cientista sênior de pesquisa do AMNH, que curou o novo show espacial e trabalha regularmente com dados de Gaia.“ Acontece que você pode aprender muito, determinando onde e o que há de tudo o que todos nós devemos a ser que se devamos. Olhando para ele, você pode encontrar e explorar todos os tipos de coisas diferentes que deseja saber. ”

Do mapa de Gaia, mais de 13.000 estudos revisados ​​por pares já surgiram, e muitos preocupam a estrutura fundamental e a profunda história da Via Láctea. Graças a Gaia, os cientistas agora podem avaliar melhor a quantidade de matéria escura dentro de nossa galáxia e conseguiram rastrear o crescimento e a evolução da Via Láctea através de eras por meio de riachos relíficos de estrelas espalhadas por fusões antigas com outras galáxias menores.

“As estrelas mantêm memórias de suas origens em suas idades, movimentos e composições químicas – todas as quais Gaia mediu”, diz Amina Helmi, astrônomo do Instituto Astronômico de Kapteyn, na Holanda. Ela e seus colegas usaram os dados da missão para descobrir evidências de uma grande fusão galáctica que, cerca de 10 bilhões de anos atrás, moldaram nossa galáxia doméstica na Via Láctea que conhecemos hoje. “With all that information, it was like a veil being lifted…. We could suddenly perform what’s sometimes called ‘galactic archaeology,’ reconstructing the Milky Way’s history to see when and how this merger happened with another, smaller galaxy that was about a third to a quarter of our galaxy’s mass…. Gaia allows us to look billions of years into the Milky Way’s history—before our solar system even formed—to see what actually happened back then, which is absolutely incrível.”

Rastreando perturbações de uma fusão mais recente e contínua, os astrônomos conseguiram revelar uma aparente distorção no disco da Via Láctea, oferecendo uma nova reviravolta – literalmente – na imagem clássica de nossa casa cósmica. Em escalas menores, a espaçonave refinou as órbitas de mais de 150.000 asteróides, vigilando centenas delas para ver se eles têm suas próprias luas. Ele espionou dicas de milhares de mundos e até alguns buracos negros orbitando outras estrelas. Em escalas maiores, ajudou a estimar a taxa de expansão do universo e também provocou o puxão sutil do coração da Via Láctea no sistema solar em dezenas de milhares de anos-luz.

O acerto de contas cósmico de Gaia agora é uma pedra angular para a maioria dos telescópios de última geração à terra e à base de espaço, que dependem do mapa celestial denso de alvo da missão para orientar e calibrar suas próprias observações e operações. Seja o telescópio espacial James Webb da NASA, a missão Euclid da ESA, o Observatório de Vera C. Rubin, baseado nos EUA, ou o telescópio extremamente grande de construção da Europa, praticamente todos os telescópios mais emocionantes da luz das estrelas do mundo, serão guiados por Gaia. E impressionantemente, o melhor ainda está por vir. Mais de dois terços do tesouro da missão de dados ainda estão em segredo. Ele está sendo preparado em um processo demorado para dois grandes marcos futuros: cerca de metade dos dados totais da GAIA são direcionados para o lançamento no próximo ano, e os dados completos da missão estão definidos para chegar a 2030.

Mas como não transmitiu imagens prontas para pôsteres de parede exuberantes e fundos de mesa, Gaia foi destinada desde o início a ser “criminalmente pouco reconhecido a astronomia”, diz Mark McCaughrean, astrônomo e ex-consultor sênior da ESA. “E como a GAIA forneceu informações absolutamente essenciais, se mundanas, como distâncias estelares precisas, está condenada a essa maldição de onipresente onipresença e obscuridade, pois muitas pessoas usam seus dados, mas tomam -os como garantidos como apenas ‘provenientes de um catálogo’.

Anthony Brown, um astrônomo da Universidade de Leiden, na Holanda, que lidera o grupo de processamento e análise de dados da missão, coloca isso de maneira mais sucinta: “Para os astrônomos, Gaia se tornou quase como o ar que você respira”, diz ele.

No coração da mapa de Gaia está uma técnica chamada astrometria, a medição de posições e movimentos celestes no plano do céu. Emparelhado com um fenômeno chamado parallax – a aparente mudança da posição de um objeto quando vista de dois pontos de vista – ostrônomos também podem usar o GAIA para determinar distâncias. Você pode ver o efeito paralaxe com seus próprios olhos: segure o polegar à distância e observe como parece pular enquanto pisca um olho e depois o outro. Quanto mais próximo o objeto for, maior será seu deslocamento. E quanto maior a sua linha de base é entre dois pontos de vista, menor será o deslocamento que você pode discernir. Seus olhos têm uma linha de base de cerca de seis centímetros; Gaia’s era de 300 milhões de quilômetros, ambientados pelos lados opostos da órbita da Terra ao redor do sol.

Um predecessor de Gaia, a missão Hipparcos da ESA, usou a mesma linha de base gigantesca para pesquisar o céu de 1989 até ficar sem combustível em 1993. Mas a tecnologia do tempo limitou os acréscimos astrométricos de Hipparcos a uma precisão de cerca de 200 medidas. (Um único arco em segundo é uma fatia angular muito pequena dos céus, tornando ainda mais notável a precisão de Milliarcsend de Hipparcos. A lua, por exemplo, ocupa cerca de 1.800 segundos no céu da Terra.)

Por mais impressionante que tenha sido Hipparcos, Gaia quebrou os registros estabelecidos por seu precursor-embora não sem desafios, como sprays de luz perdida de precisão de luz perdida que vazavam nas bordas do escudo solar da espaçonave e através de um buraco perfurado por um micromeeteoróide errante. Mas, em última análise, diz Brown, as medidas de Gaia obtidas da ordem de 100 vezes maior precisão – alcançando cerca de 10 microarcsegundos. E dentro da Via Láctea, a visão da espaçonave abrangeu 100 vezes mais volume e incluiu 10 vezes mais metas.

Os números que sustentam Gaia são tão estranhos à experiência cotidiana que fronteira com o absurdo, diz Michael Perryman, ex -pesquisador da ESA, que atuou como cientista do projeto de Hipparcos e Gaia e desempenhou um papel crucial para o desenvolvimento de ambas as missões. Ele compara a precisão de Hipparcos a discernir um segundo de crescimento de um cabelo humano a uma distância de um metro. A visão 100-Times-Better de Gaia, diz ele, é mais como medir a largura de um único átomo de hidrogênio da mesma distância. Outra comparação envolve o tamanho dos conjuntos de dados das duas missões. Quando a equipe de Hipparcos imprimiu seu catálogo completo, lembra Perryman, compreendeu cinco volumes espessos – quase o suficiente para preencher uma única prateleira de uma estante. Imprimir o catálogo completo de Gaia com a mesma densidade de informações por página, diz ele, exigiria cerca de 10 quilômetros de espaço nas prateleiras. “A mente confunde”, diz ele. “É quase incompreensível; esses são números e dimensões, simplesmente não estamos equipados para visualizar, portanto, mesmo as analogias são muito difíceis de entender”.

O melhor exemplo das alturas que essa precisão pode atingir pode ser a determinação da aceleração do sistema solar em relação a um vasto campo de quasares. Quasars são os núcleos conspícuos de galáxias remotas que abrigam ativamente os buracos negros supermassivos. Como tal, os quasares estão entre os mais poderosos que os astrônomos podem usar para investigar regiões distantes do universo. Gaia identificou as posições de mais de um milhão e meio deles para estabelecer um tipo de cenário fixo, contra os quais vários movimentos minúsculos do nosso sistema solar ou de outros objetos celestes próximos poderiam ser vistos.

Um movimento que Gaia conseguiu medir foi uma aceleração surpreendentemente pequena de apenas 0,232 nanômetro por segundo quadrado-uma deflexão contínua em escala de átomos na trajetória de 220 quilômetros por segundos do sistema solar, atribuído à atração gravitacional de nossa galáxia, a 26.000 anos leves a partir de anos leves. Grave, o deslocamento resulta em menos de um metro por dia-e reflete essencialmente a escultura em tempo real de nossa órbita galáctica, pois o sistema solar esculpe um caminho pelo campo gravitacional da Via Láctea.

“É um movimento quase circular ao redor do centro galáctico e é direcionado para o buraco negro supermassivo lá”, diz o astrônomo Sergei Klioner, da Universidade de Tecnologia Dresden da Alemanha, que liderou grande parte do trabalho por trás da medição. “Nenhum outro dados observacional poderia chegar perto de competir com Gaia aqui … Você costuma ouvir o termo” astronômico “no sentido de algo ser muito grande – mas este é um exemplo em que Gaia nos mostrou algo astronomicamente pequeno”.

Agora que Gaia ficou escuro, já se fala do que vem a seguir. “Nós realmente precisamos de outra missão de astrometria?” Pergunta a Brown, que começou a trabalhar em Gaia em 1997. “Bem, não imediatamente, mas o quadro de referência estelar extremamente preciso que nos deu – em superfície que muitos outros observatórios dependem – acabarão se deteriorando porque todas as estrelas estão se movendo, certo?” A ESA está imaginando uma missão subsequente, que potencialia o lançamento na década de 2040. Desta vez, essa missão seria otimizada para observações infravermelhas para permitir que os astrônomos vejam através da poeira que, de outra forma, obscurece sua visão do disco estelar da Via Láctea e do Centro Galáctico.

“É, de certa forma, maravilhoso, mas também um pouco triste que as pessoas tomem Gaia como garantidas porque, meu Deus, foi uma missão difícil”, reflete Perryman. “Não sinto tristeza por ter desaparecido; fico encantado e aliviado por tanto tempo, e estou muito consciente de quão notável é que vivemos em uma época em que a sociedade está disposta a reunir seus recursos para apoiar essas coisas, e temos a tecnologia em prática para fazê -las. Espero que esse período continue – mas que me preocupo que tenhamos sido concedidos também.”