Az európai Gaia űrmisszió ma tudományos eredmények újabb tárházát tette közzé a galaxisunkról és azon túlról is. Az égi térképező küldetés többek között, a saját képességeit túlszárnyalva, újabb félmillió csillagot katalogizált egy sűrű csillaghalmazban, azonosított közel négyszáz lehetséges kozmikus lencsét, és több mint százötvenezer kisbolygó pozícióját pontosította a Naprendszerben.

A Gaia asztrometriai űrobszervatórium számtalan dimenzióban térképezi fel a galaxisunkat és környezetét, a minden korábbinál nagyságrendekkel pontosabb csillagkatalóguson dolgozva. Segítségével nagyon részletes képet kaphatunk helyünkről az Univerzumban, és a rengeteg különböző típusú égitest működéséről körülöttünk.

A küldetés legújabb, „célzott adatközlése” (Gaia Focused Product Release) fontos hozzájárulást jelent a kozmikus térképünkhöz. Az új adatok izgalmas és váratlan tudományos eredményeket hoztak magukkal, amelyek messze meghaladják a Gaia űrtávcső eredetileg tervezett képességeit is. Az FPR célzott adatközlés a több mint négyszáz kutatót tömörítő Gaia Adatfeldolgozó és -Elemző Konzorcium (Gaia DPAC) közös munkája révén született meg, amelyben a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Csillagászati Intézetének nyolc kutatója is aktívan részt vett.

Félmillióval több csillag a Gaia új megfigyelési módjával

A Gaia 2022-es, harmadik adatközlése több mint 1,8 milliárd csillagról tartalmazott adatokat, amellyel már igen részletes képet tudott festeni a Tejútrendszerről és galaxisunk kozmikus környezetéről. Csakhogy ezen a térképen maradtak még fehér foltok. Az űrtávcső nem tudta teljesen feltérképezni például azokat a területeket, amelyek igazán sűrűek csillagokban, így ezeken csak a fényesebb csillagok adatait rögzítette, kihagyva a halványakat közöttük.

Az ilyen területekre jó példák a gömbhalmazok. Ezek a csillaghalmazok az Univerzum legöregebb objektumai közé tartoznak, így nagyon hasznosak a kozmikus múltunkat vizsgáló kutatók számára. Csakhogy ezeknek a halmazoknak a közepe annyira tele van csillagokkal, hogy azok összefolyva látszhatnak a távcsöveinkben, így problémát jelenthet tiszta képet kapni róluk. Emiatt a halmazok felépítését sem lehet pontosan felmérni.

Az első halmaz, amelynél a Gaia megpróbálta kitölteni ezt a lyukat, az omega Centauri, a Földről látszó legnépesebb gömbhalmaz lett. Ahelyett, hogy a megszokott módon az egyedi csillagokra koncentrált volna, az űrtávcső egy speciális üzemmód segítségével az egész halmazt leképezte, ahányszor csak az a látómezejébe került.

Az omega Centauri gömhalmaz képe, egyesítve a korábbi és új adatokat. (Forrás: ESA/Gaia/DPAC)

„Csak az omega Centauriban félmillió új csillagot találtunk, amelyeket eddig a Gaia nem látott – és ez csak egyetlen halmaz!” – mondta el Katja Weingill, németországi Leibniz-Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) munkatársa és a szakcikk vezető szerzője.

„Ez nem csak a lyukak kitöltéséről szól, bár az is fontos” – tette hozzá Alekszej Mintsz, szintén a potsdami AIP munkatársa és a cikk társszerzője. „Az új mérések lehetővé tették, hogy olyan csillagokat is detektáljunk, amik a Gaia hagyományos adatfeldolgozási eljárásai számára túl közel vannak egymáshoz. Az új adatok segítségével vizsgálhatjuk a halmaz felépítését, a benne található csillagok eloszlását, a mozgásukat és így tovább, teljes és átfogó térképet összeállítva az omega Centauriról. Kihasználjuk a Gaia teljes potenciálját, a maximális képességeit ennek a csodás égi eszköznek.”

Az eredmények egyértelműen túlszárnyalják az űrtávcső tervezett képességeit. A konzorcium egy olyan megfigyelési módot vetett be, amely eredetileg csak annak az ellenőrzésére szolgált, hogy a Gaia műszerei rendben működnek-e, de adatokat nem rögzített. „Nem is terveztük tudományra használni, ami még izgalmasabbá teszi az eredményeket” – mondta még el Weingill.

A Hubble űrtávcső felvétele az omega Centauri belsejéről. A sárga csillagok szerepeltek a Gaia DR3 katalógusban, a pirosak az újonnan azonosított csillagok. (Forrás: ESA/Gaia/DPAC, Hubble)

Az űrtávcső jelenleg nyolc másik területet térképez fel ezzel a módszerrel: ennek eredményei a negyedik adatközlésben jelennek majd meg. Az adatok segíteni fognak a csillagászoknak abban, hogy megértsék, hogyan működnek ezek a kozmikus építőelemek. Ez kulcsfontosságú lépés lesz ahhoz, hogy igazolják galaxisunk korát, meghatározzák a középpontját, kiderítsék, hogy milyen ütközéseken ment át, ellenőrizzék a galaxisok fejlődési modelljeit, és következtessenek akár magának az egész Univerzumnak a korára is.

Lencsék nyomában: Gaia, a váratlan kozmológus

Bár a Gaia nem kozmológiai célokra készült, új eredményei messze tekintenek a távoli világegyetembe, az emberiség kozmosszal kapcsolatos legnagyobb kérdéseire is válaszokat rejtő, megfoghatatlan és izgalmas objektumokra, gravitációs lencsékre vadászva.

Gravitációs lencsézésről akkor van szó, amikor egy távoli objektum képe eltorzul egy köztünk és az objektum között elhelyezkedő további tömeg, például egy csillag vagy galaxis jelenléte miatt. Ez a köztes tömeg óriási nagyítólencseként működik, amely felerősíti a távoli forrás fényességét, és többszörös képet vetít róla az égboltra. Ezek a különös és ritka jelenségek lenyűgöző látványt nyújtanak, és hatalmas tudományos értékkel is bírnak, mivel egyedülálló nyomokat tárnak fel az Univerzum legkorábbi napjairól és első objektumairól.

„A Gaia egy igazi lencse-mágnes” – mondja Christine Ducourant, a francia Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux munkatársa. „A Gaiának köszönhetően rájöttünk, hogy az általunk látott objektumok egy része nem egyszerű csillag, még ha annak is tűnnek. Ezek valójában nagyon távoli, lencsézett kvazárok – rendkívül fényes, energikus galaxismagok, amelyeket fekete lyukak táplálnak. Most 381 erős jelöltet mutatunk be, amelyek lencsézett kvazárok lehetnek, és közülük 50 esetében ezt nagyon is valószínűnek tartjuk: ez a lista aranybánya a kozmológusok számára, és a valaha közzétett legnagyobb számú jelölt egyszerre.”

A lencsézett kvazárok megtalálása nagy kihívás. Egy rendszer lencsézett képei összeolvadhatnak az égbolton félrevezetve a kutatókat, emellett ezek a kvazárok nagyon messze is vannak tőlünk, ami halvánnyá és nehezen észrevehetővé teszi őket.

 „A Gaiában az a nagyszerű, hogy az egész égboltot végignézi, így kereshetünk lencséket anélkül, hogy tudnánk, merre kellene látni őket” – tette hozzá Laurent Galluccio, a francia Université Côte d’Azur kutatója. „A Gaia lett az első misszió, amely a teljes égbolton keresett gravitációs lencséket, nagy felbontással.”

A Gaia kozmológiai kalandjainak köszönhetően összekapcsolható a munkája a nemrég pályára állított, szintén európai Euclid űrtávcsővel, amely a sötét Univerzum titkait fogja kutatni. Mert bár nagyon eltérő dolgokra koncentrálnak – az Euclid galaxisok milliárdjait fogja feltérképezni, a Gaia pedig csillagok milliárdjait a mi galaxisunkban –, a Gaia felfedezte kvazárok fontos támpontot jelentenek majd az Euclid számára is.

Kisbolygók, összeadott csillagfény és pulzáló csillagok

A ma közzétett további szakcikkek még több új eredménnyel szolgálnak a minket körülvevő izgalmas és néha rejtélyes égitestekről. Az egyik például a Naprendszert benépesítő kisbolygókról árul el új dolgokat. Az új mérési adatok közel megkétszerezték a megfigyelési időt, lehetővé téve, hogy a kutatók hússzor pontosabban határozzák meg több mint százötvenezer kis égitest pályáját. Ez többek között bolygónk védelme szempontjából is nagyon fontos eredmény. Később, a negyedik adatközlés keretében pedig még egyszer ennyi kisbolygó, üstökösök és holdak pontosabb pályái is elérhetővé válnak majd.

Egy másik szakcikkben a Tejútrendszer korongját térképezték fel, a csillagok fényében látható gyenge jeleket, a csillagok között lebegő gáz és por halvány lenyomatait felhasználva. A kutatók hatmillió csillag színképét adták össze ehhez, hatalmas adatbázist összeállítva a gyenge színképvonalakról, amelyeket még sosem vizsgáltak ilyen nagy mintán. A remények szerint ezek az adatok lehetővé teszik majd, hogy beazonosíthassák a vonalak eredetét is, amelyről most azt gyanítják, hogy összetett szerves molekulák lehetnek. A jel származásának felderítése segíthet majd a galaxisunkban végbemenő összetett és összefonódó fizikai és kémiai folyamatok tanulmányozásában, valamint abban, hogy jobban megértsük a csillagok között található anyag tulajdonságait.

Az egyik diffúz csillagközi sáv erőssége a Tejútrendszerben, 5400 fényévre a Naptól. (Forrás: ESA/Gaia/DPAC)

Végül, de nem utolsósorban egy további szakcikk tízezer pulzáló és kettős vörös óriáscsillag dinamikáját mutatja be az eddig elérhető legnagyobb ilyesfajta adatbázisban. Ezek a csillagok kulcsfontosságúak a kozmikus távolságok kiszámításában, a csillagok jellemzőinek és fejlődési útjainak vizsgálatában. A fényességváltozásokat már közreadta a konzorcium a harmadik adatközlésben: a mostani katalógus ezt egészíti ki a látóirányú sebesség spektroszkópiából származó változásaival. Ez lehetővé tette például, hogy elkülönítsék a kettőscsillagok keringéséből eredő mozgásokat a csillagfelszín pulzáció okozta mozgásától, akkor is, amikor a fényességváltozások nagyon hasonlóak. Az új kiadással jobban megérthetjük, hogyan változnak ezek a lenyűgöző csillagok az idő múlásával.

„Az új adatközlés ismét megerősíti a Gaia alapvető és széleskörű fontosságát – még olyan témákban is, amelyek vizsgálatára nem is terveztük” – mondta el Timo Prusti, a Gaia projektvezető kutatója az Európai Űrügynökségnél. „Bár a fő célja a csillagok felmérése, a Gaia minden mást is vizsgál, a Naprendszer kis égitestjeitől a milliárd fényévekre található, többszörösen leképezett kvazárokig, messze túl a Tejútrendszer határain. A küldetésünk egészen egyedülálló betekintést nyújt Világegyetemünkbe, és mindent megteszünk, hogy a legtöbbet kihozzuk ebből a nagyon széles, teljes égboltot lefedő nézőpontból.”

A következő lépések

Az űrtávcső várhatóan 2025-ig lesz képes üzemelni, de az általa összegyűjtött hatalmas adatmennyiség még évekre elég munkát ad majd a konzorciumnak, és amelyben a magyar részvétel is folytatódni fog. „A Gaia egyértelműen az európai űrcsillagászat zászlóshajója. A mi részvételünk benne, ahogy más ESA missziókban is, mutatja, hogy a magyar csillagászok ott vannak a tudomány élvonalában. Nem egyszerűen felhasználjuk csak a kiadott adatokat, hanem részt veszünk az előállításukban is” – összegezte Molnár László, a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Csillagászati Intézetének munkatársa és a Gaia konzorcium tagja.

A Gaia előző, harmadik adatközlése 2022 júniusában jelent meg, a Tejútrendszer legrészletesebb térképét bemutatva. A következő, negyedik adatközlés legkorábban 2025 végére várható, és mind az előző nagy, mind a mostani célzott adatközlés annak alapjául szolgál majd. A tervek szerint segítségével a csillagászok még pontosabban megismerhetik a csillagok színét, helyzetét és mozgását, felmérhetik a változócsillagokat és a többes csillagrendszereket, azonosíthatnak kvazárokat és galaxisokat, összegyűjthetnek új exobolygójelölteket, és ki tudja, hogy ezek mellett még hány váratlan felfedezést fognak rejteni az adatok.

A Gaia FPR adatközlésben résztvevő magyar kutatók a HUN-REN CSFK képviseletében: Ábrahám Péter, Kóspál Ágnes, Kun Mária, Marton Gábor, Molnár László, Nagy Zsófia, Plachy Emese, Szabados László.