We weten van 1,7 miljard sterren de exacte positie in ons sterrenstelsel

Ons sterrenstelsel volgens GAIA
Gaia’s all-sky view van ons sterrenstelsel en de nabije sterrenstelsels gebaseerd op metingen van bijna 1,7 miljard sterren. Copyright: ESA/Gaia/DPAC

Op 19 december 2013 begon de Europese GAIA-missie aan een van de meest ambitieuze missies ooit. Tijdens een vijf jaar durende missie (die onlangs is verlengd) zou de ruimtetelescoop meer dan één miljard sterren, planeten, kometen, asteroïden en quasars in kaart brengen met als doel de grootste en meest nauwkeurige driedimensionale kaart van ons sterrenstelsel maken.

In september 2016 vond de eerste vrijgave plaats van data van de GAIA. Deze batch resultaten bevatte de afstanden en bewegingen van meer dan 2 miljoen sterren. Op 25 april 2018 werd de tweede batch gegevens vrijgegeven en in deze uitgave bevinden zich de posities, afstanden en bewegingen van meer dan één miljard sterren, asteroïden in ons zonnestelsel, en zelfs sterren buiten ons eigen sterrenstelsel.

De eerste dataset bevatte de waarnemingen die tijdens een jaar waarnemen waren verzameld. De nieuwe set bevat de data van 22 maanden waarnemen; van 25 juli 2014 tot 23 maart 2016. In totaal zijn er nu 1,7 miljard sterren in kaart gebracht en weten we hoe ze bewegen. Dit is belangrijk bij het begrijpen hoe ons sterrenstelsel in de tijd is geëvolueerd.

Volgens de onderzoekers van de ESA zorgen de waarnemingen die door Gaia zijn verzameld voor een herdefinitie van de fundamenten van de astronomie. Gaia is een ambitieuze missie die gebruik maakt van een grote menselijke bijdrage om de enorme berg complexe data te kunnen verwerken.

De nauwkeurigheid van de instrumenten van de Gaia hebben al metingen mogelijk gemaakt die zó nauwkeurig zijn dat het mogelijk was om de parallax van sterren – de schijnbare beweging die wordt veroorzaakt door de verplaatsing van de Aarde in zijn baan om de Zon – te onderscheiden van de bewegingen die sterren maken door ons sterrenstelsel. Van de 1,7 miljard sterren die nu in de catalogus staan is van 1,3 miljard sterren de parallax en de snelheid (de eigen beweging) nauwkeurig bepaald.

Van ongeveer 10% van deze sterren waren de parallax-metingen zó nauwkeurig dat astronomen ze rechtstreeks konden gebruiken om de afstanden tot de individuele sterren te bepalen. De tweede batch gegevens van de Gaia-missie betekende een geweldige sprong voorwaarts ten opzichte van zijn voorganger de Hipparchos van de ESA die als eerste ruimtemissie voor astrometrie bijna 30 jaar geleden ongeveer 118.000 sterren bestudeerde. De enorme hoeveelheid sterren waarvan nu de positie en de beweging bekend zijn levert al een verbazingwekkende catalogus op maar er is meer: de catalogus bevat veel meer informatie zoals de eigenschappen van de sterren en andere objecten aan de sterrenhemel.

Naast de eigenbeweging van sterren bevat de Gaia-catalogus heel veel andere informatie die voor astronomen interessant is zoals de helderheid en de kleurmetingen van bijna alle 1,7 miljard sterren die in de catalogus staan maar ook informatie over hoe de helderheid en de kleur van ongeveer een half miljoen variabele sterren in de tijd is veranderd. Ook bevat de catalogus informatie over de snelheden van zeven miljoen sterren in onze gezichtslijn, de oppervlaktetemperaturen van ongeveer 100 miljoen sterren en het effect van interstellair stof op ongeveer 87 miljoen sterren. Ook bevat de Gaia-data veel informatie over objecten in ons zonnestelsel waaronder de positie van 14.000 bekende asteroïden (die het mogelijk maken om hun exacte baan te berekenen).

Buiten ons eigen sterrenstelsel heeft Gaia de positie bepaald van ongeveer een half miljoen quasars. Dit zijn zeer heldere sterrenstelsels die superzware zwarte gaten in hun kern hebben en daardoor enorme hoeveelheden energie uitstralen.  De posities van al deze quasars was voorheen alleen bepaald aan de hand van radiogolflengtes maar deze informatie is nu ook voor het eerst beschikbaar op optische golflengtes.

De nieuwe Gaia-data zijn zo krachtig dat men voor het eerst gedetailleerde Herzsprung-Russell diagrammen kon opstellen van alle sterren die we aan de hemel kunnen zien en dat leidt tot interessante waarnemingen. Volgens astronomen lijkt het erop dat een nieuw tijdperk van galactische archeologie is aangebroken.

Het Herzsprung-Russell diagram, dat is vernoemd naar de twee astronomen die het in het begin van de 20ste eeuw opstelden, is fundamenteel voor de studie van sterpopulaties en hun evolutie. Gebaseerd op vier miljoen sterren die zich binnen een afstand van 5000 lichtjaar van de Zon bevinden hebben wetenschappers voor het eerst al verschillende details zichtbaar gemaakt over de sterren in de buurt van ons zonnestelsel.

Door het Herzsprung-Russell-diagram te combineren met de snelheidsmetingen kunnen astronomen onderscheid maken tussen populaties sterren van verschillende leeftijden die zich in verschillende gebieden van ons sterrenstelsel, zoals de halo en de galactische schijf bevinden en die op verschillende manieren zijn ontstaan. Zo heeft men ontdekt dat snel-bewegende sterren waarvan men altijd dacht dat de zich in de halo bevonden eigenlijk deel uit maken van twee verschillende sterpopulaties.

Maar ook in de nabijheid van de Zon heeft men interessante ontdekkingen gedaan. Zo heeft men uit een subset van de Gaia-data die sterren bevat tot op enkele duizenden lichtjaren van de Zon de beweging in alle drie de dimensies bepaald. Hieruit blijkt dat al deze sterren eenzelfde patroon volgen als sterren die met dezelfde snelheid om ons sterrenstelsel draaien. De oorzaak van deze patronen is nog onbekend, men weet niet of ze door ons sterrenstelsel zelf worden veroorzaakt of dat ze het resultaat zijn van interacties met kleinere sterrenstelsels die in het verleden met ons sterrenstelsel zijn versmolten.

Gaia zal ook gebruikt worden om meer te weten te komen over de baan van 75 bolhopen en 12 dwergsterrenstelsels die om ons sterrenstelsel heen draaien. Deze informatie zal nieuw licht werpen op de evolutie van ons sterrenstelsel, de zwaartekracht die het beïnvloedt en de rol die donkere materie hierin speelt.

De derde set gegevens van de Gaia zal eind 2020 beschikbaar komen waarna enkele jaren later de definitieve catalogus zal verschijnen. Ondertussen is er al een verlenging van de Gaia-missie aangekondigd. De ruimtetelescoop zal nu tot eind 2020 in bedrijf blijven.

Van de evolutie van sterren tot de evolutie van ons sterrenstelsel, de tweede Gaia-dataset blijkt al een zegen te zijn voor astronomen en astrofysici. Zelfs nadat de missie is beëindigd zullen wetenschappers vele jaren bezig zijn met het bestuderen van de gegevens en veel meer leren over de structuur en de evolutie van ons heelal.

Meer informatie: ESA

 

Eerste publicatie: 29 april 2018