Un atlante di quasi due miliardi di stelle: rilasciato il secondo catalogo della missione Gaia

La missione Gaia dell’ESA ha diffuso ieri il Data Release 2, che contiene misure di alta precisione su quasi un miliardo e settecento milioni di stelle della nostra galassia, frutto di 22 mesi di osservazione e mappatura del cielo: il più imponente atlante stellare sino ad ora realizzato.

Il rilascio del secondo catalogo della missione Gaia prelude ad una moltitudine di scoperte che deriveranno dai preziosissimi dati acquisiti in 22 mesi di osservazioni su posizione, distanze e moto di 1,7 miliardi di stelle della Via Lattea, insieme a misure ad alta precisione della posizione e del moto di asteroidi nel nostro Sistema Solare. Le analisi preliminari eseguite sui dati rivelano dettagli precisissimi sulla popolazione stellare della nostra galassia e sul suo moto, cosa che li configura come una miniera d’oro per quelli che saranno i nuovi modelli della formazione e dell’evoluzione galattica.

Le osservazioni di Gaia stanno ridefinendo le fondamenta dell’astronomia”, ha detto Günther Hasinger, direttore scientifico dell’ESA.

“Gaia è una missione estremamente ambiziosa”, aggiunge Hasinger, “che si fonda su un straordinario capitale umano per trovare un senso ad un’enorme volume di dati incredibilmente complessi e testimonia la profonda necessità di progetti a lungo termine per poter progredire nella comprensione scientifica da un lato e nell’avanzamento tecnologico dall’altra”.

Il censimento galattico ha inizio (Fonte: ESA)

La missione Gaia è stata lanciata nel dicembre del 2013, cominciando le operazioni scientifiche nell’anno successivo. Il primo Data Release, basato su appena più di un anno di osservazioni, è stato pubblicato nel 2016 e conteneva informazioni sulle distanze e sul moto di due milioni di stelle. Il rilascio di ieri copre invece le osservazioni eseguite tra il 25 luglio 2014 e il 23 maggio 2016 e identifica con ancor maggiore precisione la posizione di 1,7 miliardi di stelle. Per le stelle più luminose, il livello di precisione ugualia quello che avrebbe un osservatore che dalla Terra riuscisse a distinguere una moneta da un euro sulla superficie della Luna. Con misurazioni così accurate è possibile separare la parallasse delle stelle (ovvero il loro spostamento apparente nel cielo derivante dal moto della Terra attorno al Sole) dal loro reale moto nella galassia. Il nuovo catalogo DR2 contiene la parallasse e la velocità propria di più di 1,3 miliardi di stelle. Dalle misurazioni più accurate della parallasse (circa il 10% del totale), gli astronomi possono calcolare la distanza precisa di queste stelle. Si tratta quindi di un enorme salto in avanti dalla missione dell’ESA Hipparcos, il predecessore di Gaia e la prima missione spaziale con obiettivi astrometrici, che quasi trent’anni fa osservò 118.000 stelle.

Le scale cosmiche coperte dalle osservazioni di Gaia (fonte: ESA)

Ce n’è per tutti

I dati di Gaia forniscono un amplissimo spettro di fronti di investigazione per la comunità astronomica. Oltre alle posizioni, velocità, parallassi, i dati di Gaia includono anche la luminosità e il colore di quasi tutte le stelle osservate, oltre alle informazioni di come luminosità e colore cambiano in stelle variabili (che sono circa mezzo milione tra quelle campionate). Le velocità lungo la direzione di osservazione di circa sette milioni di stelle e le temperature superficiali di circa 100 milioni di astri, insieme all’effetto delle polveri interstellari su circa 87 milioni di essi integrano l’imponente mole di dati della seconda release di Gaia. Ma come accennato prima, Gaia ha anche osservato e osserva oggetti del nostro Sistema Solare. Il rilascio di ieri include le posizioni di più di 14.000 asteroidi conosciuti che permettono di risalire alle loro orbite. Nelle prossime release di Gaia, si prevede ci saranno quantità di asteroidi monitorate ancora superiori. Dal lontano al vicino, al più lontano ancora, Gaia ha determinato anche le posizioni di mezzo milione di quasar, luminosissime e lontanissime galassie attivate da buchi neri supermassicci. Oltre ad un’utilità per gli studi cosmologici, questi dati sono utili per costruire il sistema di riferimento attraverso il quale Gaia triangola e cataloga tutto il resto degli oggetti celesti: normalmente questo è praticato a livello di sorgenti radio, di cui i quasar sono fonti, ma ora anche grazie a queste osservazioni è possibile implementare lo stesso principio nel campo del visibile.  Si tratta quindi di una sconfinata gamma di dati per svariati campi della ricerca: ce ne sarà davvero per tutti, per quanto attiene le scoperte che deriveranno dalle rilevazioni di Gaia.

Il diagramma H-R derivato dai dati di Gaia (fonte: ESA)

Archeologia galattica

Con i dati di Gaia è stato costruito il più completo e ambizioso diagramma di Hertzsprung-Russell: così chiamato dal nome dei due scienziati che lo hanno ideato, questa tipologia di diagramma mette a confronto sui suoi due assi la luminosità intrinseca delle stelle con il loro colore, ed è diventato nei decenni uno strumento fondamentale per catalogare e studiare le popolazioni di stelle e la loro evoluzione. Questa nuova versione del diagramma H-R (così denominato in breve) è basato sulle proprietà di 4 milioni di stelle entro una distanza di 5000 anni luce dal nostro Sole e rivela dettagli ad elevatissima definizione per la prima volta nella storia. Per esempio identifica il segnale tipico delle nane bianche (stelle che rimangono dopo la “morte” di un astro simile al nostro Sole) permettendo addirittura di differenziare quelle caratterizzate da un nucleo ricco di idrogeno da quelle invece ricche di elio. Ma c’è ancora di più: combinando i dati del diagramma H-R costruito con i dati di Gaia e l’informazione delle velocità stellari, è possibile distinguere differenti popolazioni di diverse età distribuite in svariati settori della galassia, per esempio nel disco o nell’alone. Ricerche su questi dati hanno confermato che le stelle che si muovono più velocemente che si pensavano appartenere all’alone galattico, appartengono a due distinte popolazioni stellari che si sono formate attraverso due differenti scenari evolutivi, lo studio dei quali richiederà ancora più osservazioni.

Una galassia in 3D

Per un sottoinsieme di stelle osservate entro poche migliaia di anni luce dal Sistema Solare, Gaia ha rilevato la velocità in tutte e tre le dimensioni dello spazio, rivelando delle configurazioni particolari nel moto delle stelle che orbitano intorno al nucleo della Via Lattea alla stessa velocità. Ricerche che seguiranno confermeranno se queste configurazioni sono collegate alle perturbazioni prodotte dalla barra galattica (una densa concentrazione di stelle con forma allungata e origine nel nucleo galattico), dall’architettura a spirale stessa o dall’interazione di piccole galassie che si sarebbero fuse con la Via Lattea miliardi di anni fa.  Un altro ambito di ricerca nel quale ad oggi i dubbi sono maggiori delle certezze e nel quale le osservazioni di Gaia potrebbero gettare una luce inaspettata, è quello degli ammassi globulari. Con la precisione dei dati raccolti è persino possibile derivare le velocità del movimento di stelle appartenenti a questi ammassi molto antichi, che si pensa si siano formati nei primi momenti dell’evoluzione galattica. I dati di Gaia sono già stati usati per derivare le orbite di 75 ammassi globulari e 12 galassie nane (come la piccola e grande Nube di Magellano, limitrofe alla Via Lattea). Queste informazioni sono di importanza basilare per comprendere le fasi evolutive della galassia così come le forze in gioco attualmente, specialmente nella distribuzione della materia oscura che permea non solo la nostra, ma tutte (o quasi) le galassie.

Con una tale quantità di osservazioni e di informazioni, il data set attuale di Gaia e quelli che saranno rilasciati in futuro, richiederanno agli scienziati anni di lavoro e ci si aspetta letteralmente una valanga di scoperte collegate che contribuiranno a gettare sempre maggior luce sugli aspetti cosmologici, galattici e planetari ad oggi ancora caratterizzati da grandi punti interrogativi.