El telescopio espacial Gaia sacude la ciencia de los asteroides

La misión espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea ESA está construyendo un mapa tridimensional ultra preciso de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observando casi dos mil millones de estrellas, o alrededor del uno por ciento de todas las estrellas de nuestra galaxia. Gaia se lanzó en diciembre de 2013 y ha recopilado datos científicos desde julio de 2014. El lunes 13 de junio, la ESA publicó los datos de Gaia en el Data Release 3 (DR3). Los investigadores finlandeses estuvieron muy involucrados en el lanzamiento.

Los datos de Gaia permiten, por ejemplo, derivar las órbitas y las propiedades físicas de asteroides y exoplanetas. Los datos ayudan a desentrañar el origen y la evolución futura del Sistema Solar y la Vía Láctea, y ayudan a comprender la evolución del sistema estelar y planetario y nuestro lugar en el cosmos.

Gaia gira lentamente sobre su eje en unas seis horas y se compone de dos telescopios espaciales ópticos. Tres instrumentos científicos permiten la determinación precisa de las posiciones y velocidades estelares, así como de las propiedades espectrales. Gaia reside aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en dirección contraria al Sol, donde orbita alrededor del Sol con la Tierra cerca del llamado punto L2 Sol-Tierra de Lagrange.

Gaia DR3 el 13 de junio de 2022 fue importante en la astronomía. Se publican alrededor de 50 artículos científicos con DR3, de los cuales nueve artículos se dedicaron a resaltar el potencial excepcionalmente grande de DR3 para futuras investigaciones.

Los nuevos datos de DR3 incluyen, por ejemplo, las composiciones químicas, temperaturas, colores, masas, luminosidades, edades y velocidades radiales de las estrellas. DR3 incluye el mayor catálogo de estrellas binarias jamás creado para la Vía Láctea, más de 150 000 objetos del sistema solar, en su mayoría asteroides pero también satélites planetarios, y millones de galaxias y cuásares más allá de la Vía Láctea.

“Hay tantos avances revolucionarios que es difícil identificar un solo avance más significativo. Basado en Gaia DR3, investigadores finlandeses cambiarán el diseño de asteroides en nuestro sistema solar, exoplanetas y estrellas en nuestra galaxia, la Vía Láctea, así como galaxias. ellos mismos, incluyendo la Vía Láctea y sus galaxias satélite circundantes. De vuelta en nuestro planeta, Gaia producirá un marco de referencia ultrapreciso para la navegación y el posicionamiento”, dijo el profesor de la Academia Karri Muinonen, Universidad de Helsinki.

Gaia y los asteroides

El aumento de diez veces en la cantidad de asteroides informados en Gaia DR3 en comparación con DR2 significa que hay un aumento significativo en la cantidad de encuentros cercanos entre asteroides detectados por Gaia. Estos encuentros cercanos se pueden usar para estimar la masa de asteroides y esperamos que se obtenga un aumento significativo en el número de masas de asteroides utilizando la astrometría Gaia DR3, especialmente cuando se combina con la astrometría obtenida por otros telescopios.

En el cálculo convencional de la órbita de un asteroide, se supone que el asteroide es un objeto puntual y no se tienen en cuenta su tamaño, forma, rotación y propiedades de dispersión de la luz superficial. Sin embargo, la astrometría de Gaia DR3 es tan precisa que debe tenerse en cuenta el desplazamiento angular entre el centro de masa del asteroide y el centro del área iluminada por el sol visible para Gaia. Con base en Gaia DR3, se certificó el desplazamiento del asteroide (21) Lutetia (Figura 2). La misión espacial Rosetta de la ESA fotografió Lutetia durante el sobrevuelo del 10 de julio de 2010. Con la ayuda de las imágenes de Rosetta Lutetia y las observaciones astronómicas terrestres, se derivaron un período de rotación, la orientación del polo de rotación y un modelo de forma detallado. Cuando el modelado físico se integra en el cálculo de la órbita, se eliminan los errores sistemáticos y, a diferencia del cálculo convencional, todas las observaciones se pueden integrar en la solución de la órbita. Por lo tanto, la astrometría de Gaia proporciona información sobre las propiedades físicas de los asteroides. Estas propiedades deben tenerse en cuenta utilizando modelos físicos o modelos de error empíricos para astrometría.

Gaia DR3 incluye, por primera vez, observaciones espectrales. El espectro mide el color del objetivo, es decir, el brillo en diferentes longitudes de onda. Una característica particularmente interesante es que la nueva versión contiene alrededor de 60.000 espectros de asteroides en nuestro sistema solar (Figura 3). El espectro de asteroides contiene información sobre su composición y por tanto sobre su origen y la evolución de todo el sistema solar. Antes de Gaia DR3, solo había unos pocos miles de espectros de asteroides disponibles, por lo que Gaia multiplicará la cantidad de datos por más de un orden de magnitud.

Gaia y los exoplanetas

Se espera que Gaia detecte hasta 20.000 exoplanetas gigantes midiendo su efecto gravitatorio sobre el movimiento de sus estrellas anfitrionas. Esto encontrará prácticamente todos los exoplanetas similares a Júpiter en la vecindad solar en los próximos años y determinará la frecuencia de las arquitecturas similares al sistema solar. La primera detección astrométrica de Gaia fue un exoplaneta gigante alrededor de épsilon Indi A, que es el exoplaneta similar a Júpiter más cercano a solo 12 años luz de distancia. La primera de estas detecciones es posible porque la aceleración observada en los estudios de velocidad radial se puede combinar con los datos de movimiento de Gaia para determinar las órbitas y masas planetarias.

Gaia y las galaxias

La resolución en microsegundos de arco de Gaia DR3 proporciona mediciones precisas del movimiento estelar, no solo en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, sino también en las muchas galaxias satélite que la rodean. A partir del movimiento de las estrellas en la propia Vía Láctea, podemos medir con precisión su masa y, con el movimiento adecuado de los satélites, ahora podemos determinar con precisión sus órbitas. Esto nos permite mirar tanto al pasado como al futuro del sistema galáctico de la Vía Láctea. Por ejemplo, podemos saber cuáles de las galaxias alrededor de la Vía Láctea son verdaderos satélites y cuáles están simplemente de paso. También podemos estudiar si la evolución de la Vía Láctea se ajusta a los modelos cosmológicos y, en particular, si las órbitas de los satélites coinciden con el modelo estándar de materia oscura.

Gaia y marcos de referencia

El marco de referencia celeste internacional, ICRF3, se basa en la posición de unos pocos miles de cuásares determinada por interferometría de línea de base muy larga (VLBI) en longitudes de onda de radio. ICRF3 se utiliza para obtener las coordenadas de los objetos celestes y determinar las órbitas de los satélites. Los cuásares ICRF3 también son puntos fijos en el cielo que se pueden usar para determinar la orientación precisa de la Tierra en el espacio en un momento dado. Sin esta información, por ejemplo, el posicionamiento por satélite no funcionaría.

Los datos de Gaia contienen aproximadamente 1,6 millones de cuásares, que se pueden utilizar para crear un marco de referencia celestial de luz visible más preciso para reemplazar el actual. En el futuro, esto afectará la precisión del posicionamiento satelital y las mediciones satelitales de exploración de la Tierra.