Gaia — ESA observatoř mapující miliardu hvězd Mléčné dráhy

Gaia (ESA) mapuje miliardu hvězd Mléčné dráhy: 3D katalog, přesné paralaxy, pohyby a spektra — klíčová data pro pochopení vzniku a evoluce galaxie.

Gaia je vesmírná observatoř. Vypustila ji Evropská kosmická agentura (ESA) 19. prosince 2013. Cílem mise je sestavit 3D vesmírný katalog přibližně jedné miliardy astronomických objektů. Sonda nahradila a rozšířila dědictví předchozí evropské mise Hipparcos tím, že přináší mnohem větší citlivost, lepší rozlišení a spektrální informace pro každou pozorovanou hvězdu.

Bude zkoumat asi 1 % populace Mléčné dráhy. Je nástupcem mise Hipparcos a je součástí dlouhodobého vědeckého programu ESA Horizon 2000 Plus. Gaia bude sledovat každou ze svých cílových hvězd přibližně 70krát po dobu pěti let. Ve skutečnosti je operační doba mise delší než původní pětiletý plán – mise byla během provozu prodloužena, aby mohla nasbírat více opakovaných pozorování a zlepšit přesnost výsledného katalogu.

Konstrukce a přístroje

Gaia má dvě oddělené optické soustavy, které sdílejí jeden velký ohniskový rovinný detektor. Hlavní charakteristikou je rozsáhlá ohnisková rovina tvořená více než sto CCD čipy (106 CCD), které umožňují současné snímání velkého počtu zdrojů. Hlavní měřící jednotky zahrnují astrometrický přístroj pro přesné polohařské měření, dva low-resolution spektrofotometry (označované jako BP a RP – Blue Photometer a Red Photometer) pro měření spektrálních průběhů v širokém pásmu a Radial Velocity Spectrometer (RVS) pro získávání radiálních rychlostí jasnějších hvězd. Díky kombinaci přesné astrometrie, fotometrie a spektrometrie je Gaia schopna určit nejen polohy a pohyby bodů na obloze, ale i fyzikální vlastnosti hvězd.

Přesnost měření

Gaia dosahuje u jasných hvězd velmi vysoké přesnosti: u nejjasnějších objektů je astrometrická přesnost pořadí desítek mikroobloukových vteřin (µas), zatímco u slabších zdrojů se přesnost snižuje na stovky µas. Hlavní veličiny, které Gaia měří, jsou poloha, paralaxa (tedy vzdálenost) a vlastní pohyb hvězd. Z spektroskopických měření lze odvodit fyzikální vlastnosti každé pozorované hvězdy, jako jsou svítivost, teplota, povrchová gravitace a chemické složení. Radiální rychlosti z RVS doplňují trojrozměrné rychlostní pole u jasnějších hvězd.

Vědecké cíle a výsledky

Gaia vytvoří mimořádně přesnou trojrozměrnou mapu hvězd v celé galaxii Mléčná dráha a zmapuje jejich pohyby. Tato data jsou klíčová pro pochopení vzniku a následného vývoje Mléčné dráhy — její struktury, populačních složek (tenkého a tlustého disku, haló, bulbu) a historie splynutí s menšími galaxiemi. Spektroskopická měření zjistí fyzikální vlastnosti každé pozorované hvězdy, jejich svítivost, teplotu, gravitaci a prvkové složení. Díky spojení astrometrie, fotometrie a radiálních rychlostí mohou astronomové studovat pohyby hvězd v 3D, hledat hvězdné shluky, proudy a stopy minulých fúzí galaxií.

Zároveň Gaia pozoruje velké množství kvazarů, galaxií, extrasolárních planet a těles Sluneční soustavy. Pro kvazary a vzdálené extragalaktické zdroje slouží Gaia k vytvoření a upevnění mezinárodní hvězdné referenční soustavy (ICRS). Pro Sluneční soustavu Gaia objevuje a přesně určuje dráhy asteroidů, komet a jiných těles; tato data pomáhají upřesnit hmotnosti planet a modely dynamiky systému. Mimo to Gaia přináší objevné případy proměnných hvězd, exoplanet (především metodou astrometrie u blízkých jasných hvězd) a gravitačních čoček či jiných exotických jevů.

Datové sady a veřejné výsledky

Gaia pravidelně vydává výsledky ve formě „data releases“. Mezi důležité kroky patří publikace předběžných a plných dat obsahujících polohy, paralaxy, photometrii a pro některé zdroje i radiální rychlosti a spektrální informace. Tyto katalogy jsou veřejně dostupné a staly se základem stovek prací z oblasti galaktické astronomie, astrofyziky hvězd a dynamiky Sluneční soustavy. Výsledky umožňují amatérům i profesionálům vyhledávat a analyzovat velké množství objektů a událostí.

Dráha, vypuštění a provoz

Sonda Gaia byla vypuštěna pomocí rakety Sojuz z Guyanského vesmírného střediska (GSC) ve Francouzské Guyaně. Nachází se na Lissajousově dráze kolem Lagrangeova bodu L2 Slunce-Země, přibližně 1,5 milionu kilometrů od Země ve směru od Slunce. Umístění v bodě L2 poskytuje stabilní termální a osvětlení prostředí a umožňuje kontinuální pozorování většiny oblohy bez častých zásahů Země do zorného pole. Od průběhu provozu mise Gaia shromáždila údaje o stovkách milionů až přibližně miliardě hvězd a dalších objektů (různé datové sady obsahují proměnlivé počty zdrojů v závislosti na vydání a kvalitě zpracování).

Přínos pro astronomii a budoucnost

Z dat z mise Gaia vznikly zásadní posuny v našem chápání Mléčné dráhy: přesnější vzdálenosti umožňují lepší kalibraci hvězdných svítivostí a stáří, pohybová data odhalují stopy minulých splynutí a proudů hvězd, a rozsáhlé spektrální informace zlepšují znalosti o chemickém vývoji galaxie. Gaia také umožňuje testy obecné relativity (vliv gravitačních polí na dráhy světla), identifikaci kandidátů na blízké exoplanety a včasné varování o nově objevených proměnných a blýskavých úkazech prostřednictvím Gaia Alerts.

Gaia je příkladem moderní „big data“ astronomie: výsledné katalogy a nástroje pro jejich analýzu jsou základním zdrojem pro současný i budoucí výzkum. Další vylepšení výsledků se očekávají s pokračujícím provozem sondy a s novými „data releases“, které budou obsahovat delší časové řady pozorování, lepší kalibrace a více fyzikálních parametrů pro pozorované objekty.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to Gaia?

Otázka: Jaké je poslání observatoře Gaia?

Otázka: Jak dlouho bude Gaia monitorovat každou cílovou hvězdu?

Otázka: Jaká data Gaia poskytuje?

Otázka: Čeho chtějí astronomové pomocí těchto údajů dosáhnout?

Hledání podle dopisu