Dies ist kein Foto der Milchstraße. Es ist die Karte mit 1,8 Milliarden Sternen aus Gaias großer neuer Datenveröffentlichung

Im Jahr 2013 hat die Europäische Weltraumorganisation (ESA) die Gaia Mission ins All, ein Observatorium der nächsten Generation, das die nächsten fünf Jahre damit verbringen wird, Daten über die Positionen, Entfernungen und Eigenbewegungen von Sternen zu sammeln. Die resultierenden Daten werden verwendet, um den größten 3D-Weltraumkatalog aller Zeiten zu erstellen, der insgesamt 1 Milliarde Sterne, Planeten, Kometen, Asteroiden, Quasare und andere Himmelsobjekte umfasst.

Seit Beginn der Mission hat die ESA drei Vorabveröffentlichungen vonGaiaDaten, die alle zu neuen Forschungsergebnissen und detaillierteren Karten unserer Galaxie geführt haben. Basierend auf dritte Veröffentlichung von Missionsdaten, bekannt als Frühe Datenfreigabe 3 (Gaia EDR3) haben Astronomen eine Karte des gesamten Himmels erstellt, die aktualisierte Daten zu Himmelsobjekten enthält und es schafft, die Gesamthelligkeit und Farbe der Sterne in unserer Galaxie zu erfassen.

Der EDR3 wurde am 3. Dezember 2020 veröffentlicht und enthält Daten zur Position und Helligkeit von mehr als 1,8 Milliarden Sternen, zur Parallaxe und Eigenbewegung von fast 1,5 Milliarden Sternen und zur Farbe von mehr als 1,5 Milliarden Sternen. Es enthält auch Daten zu mehr als 1,6 Millionen extragalaktischen Lichtquellen, darunter Sterne, Kugelsternhaufen und weiter entfernte Galaxien.

Dichtekarte der Galaxie basierend auf EDR3 ohne zusätzliche Farbe. Bildnachweis: ESA/Gaia/DPAC/A. Moitinho und M. Barros

Neue Karten

Im Vergleich zur vorherigen Version ( Gaia DR2 ), das im April 2018 veröffentlicht wurde, bedeutet dies einen Zuwachs von mehr als 100 Millionen Quellen. Darüber hinaus enthielt die neueste Version Verbesserungen der allgemeinen Genauigkeits- und Präzisionsmessungen. Mit diesen aktualisierten Daten konnten Astronomen eine Karte erstellen, die nicht nur die Helligkeit, sondern auch die Dichte unserer Galaxie zeigt.

Während die helleren Regionen dichteren Konzentrationen heller Sterne entsprechen, sind die dunkleren Regionen Teile des Himmels, in denen sich weniger und schwächere Sterne befinden. Auf der galaktischen Ebene gibt es dunkle Flecken, die von Wolken aus interstellarem Gas und Staub im Vordergrund erzeugt werden, die Licht von weiter entfernten Sternen absorbieren. Die helle horizontale Struktur entspricht der abgeflachten Scheibe der Milchstraße (auch bekannt als die Ebene der Galaxie), die von der Kante betrachtet wird.

Viele davon sind Wolken, die Sternenkinderzimmer verbergen, diffuse Nebel im interstellaren Medium, in denen neue Sterne geboren werden. Auf der galaktischen Ebene gibt es Regionen mit dunklen Flecken, die Vordergrundwolken aus interstellarem Gas und Staub entsprechen, die Licht von weiter entfernten Sternen absorbieren. Und natürlich gibt es die helle 'Ausbuchtung' in der Mitte, die dichte Konzentration von Sternen und Gas, die das galaktische Zentrum bildet.

Dann gibt es die vielen kugelförmigen und offenen Sternhaufen, die als helle Flecken über das Bild verteilt erscheinen, von denen einige Galaxien jenseits unserer eigenen sind. Die beiden hellen Objekte unten rechts im Bild sind die Große Magellansche Wolke (LMC) und Kleine Magellansche Wolke (SMC), die beiden Zwerggalaxien, die die Milchstraße umkreisen (und voraussichtlich in einigen Milliarden Jahren mit ihr verschmelzen).

Die Farbe der Sterne wurde reproduziert, indem die gesamte Lichtmenge, die von gesammelt wurde, kombiniert wurdeGaiamit all dem blauen und roten Licht, das von jedem Himmelsfleck aufgezeichnet wurde. Dies ist eine weitere Verbesserung, die der EDR3 bietet, nämlich das Vorhandensein von Farbinformationen für rund 1,5 Milliarden Quellen (200 Millionen mehr als DR2).

Galaktische Kollisionen

Ein weiterer Durchbruch dieser jüngsten Datenveröffentlichung war die Art und Weise, wie Astronomen die Populationen älterer und jüngerer Sterne bis zum galaktischen Antizentrum (dem äußersten Rand der Galaxie) verfolgen konnten. Auf diese Weise konnten Astronomen bestimmen, wie sich vergangene Verschmelzungen auf die Struktur der Milchstraßenscheibe ausgewirkt haben, und Computermodelle erstellen, die vorhersagten, wie sie mit der Zeit größer werden wird.

Die Daten zeigten, dass es in den äußeren Regionen der Scheibe eine sich langsam bewegende Komponente von Sternen oberhalb der abwärts gerichteten Ebene und eine sich schnell bewegende Komponente unterhalb der aufwärts bewegenden Ebene gibt. Dieses Muster kam für Astronomen völlig überraschend und hat die Argumente für eine Beinahe-Kollision zwischen der Milchstraße und dem Schütze-Zwerggalaxie in der jüngsten Vergangenheit.

Diese Zwerggalaxie, die einige Dutzend Millionen Sterne enthält, befindet sich etwa 70.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und umkreist die Milchstraße um ihre Pole. Diese Satellitengalaxie wird derzeit von der Milchstraße ausgeschlachtet, ein Prozess, der sie in der Vergangenheit einige Male in die Nähe unserer Galaxie gebracht hat. Bei jedem Durchgang reichte der Gravitationseinfluss dieser Galaxie aus, um einige Sterne in der Scheibe unserer Galaxie zu stören.

Gaias Sternbewegung für die nächsten 400.000 Jahre. Bildnachweis: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO ./EIN. Brown, S. Jordan, T. Roegiers, X. Luria, E. Masana, T. Prusti und A. Moitinho

Die ESA Konsortium für Datenverarbeitung und -analyse (DPAC), einem paneuropäischen Team aus erfahrenen Wissenschaftlern und Softwareentwicklern, konnte bereits ein dezentes Kräuseln in der Milchstraße . Sie führten dies auf vergangene Kollisionen zwischen Schütze und der Milchstraße vor 300 bis 900 Millionen Jahren zurück. Diese neuesten Daten untermauern dies basierend auf der Bewegung von Sternen in der Scheibe der Galaxie.

Teresa Antoja , ein Marie Curie Sk?odowska Fellow mit dem Institut für Kosmoswissenschaften an der Universität Barcelona, ​​arbeitete mit DPAC-Kollegen an dieser Analyse. „Die Bewegungsmuster der Scheibensterne unterscheiden sich von dem, was wir früher glaubten“, sagte sie kürzlich in einer ESA Pressemitteilung . „Es könnte ein guter Kandidat für all diese Störungen sein, wie einige Simulationen anderer Autoren zeigen.“

Die Bewegung der Sterne

Darüber hinaus haben Forscher der Universität Helsinki erstellte eine Animation mit den Eigenbewegungen von 40.000 zufällig ausgewählten Sternen über die nächsten 1,6 Millionen Jahre. Im weiteren Verlauf scheinen sich die Sterne von der linken Seite der Galaxie zu bewegen und sich auf der rechten Seite zu sammeln, was auf die Bewegung des Sonnensystems zurückzuführen ist. In ähnlicher Weise trugen die scheinbaren Bewegungen von Quasaren dazu bei, die absolute Bewegung des Sonnensystems einzuschränken.

„Das von Gaia erworbene Wissen beeinflusst die Präzision der Satellitennavigation in der Zukunft.“ Genannt Professor Markku Poutanen von der Finnisches Geoforschungsinstitut (FGI). „Die Satellitenpositionen und die Erdausrichtung im Weltraum werden in einem Bezugssystem bestimmt, das an die Richtungen von Quasaren gebunden ist. Die Präzision und der Stand der Technik des Referenzrahmens sind entscheidend für die Präzision der Navigation.“

Als Prof. Karri Muinonen der Universität Helsinki und Forschungsprofessor am FGI erklärt :

„In der Animation beschreiben kurze und lange Spuren Veränderungen der Sternpositionen mit 80 000 Jahren. Erstere beziehen sich meistens auf ferne Sterne, während letztere ausschließlich auf die nahen Sterne zurückzuführen sind. Hin und wieder werden kurze Trails zu langen und lange Trails zu kurzen. Das hängt auch mit den sich ändernden Entfernungen der Sterne zusammen.“

„Dies zeigt die durchschnittliche Bewegung des Sonnensystems in Bezug auf die umgebenden Sterne. Aus finnischer Sicht ist es faszinierend, dass die von Gaia dokumentierte Bewegung mit der bahnbrechenden Forschung über die Bewegung des Sonnensystems von übereinstimmtFriedrich Wilhelm August Argelander(1799-1875) im 19. Jahrhundert am Helsinki-Observatorium.“

Argelander war Mitglied des Observatoriums der Universität Helsinki, das zu dieser Zeit als Kaiserliche Alexander-Universität bekannt war. Während war der erste Astronom, der die Bewegung und Richtung des Sonnensystems um das Zentrum der Milchstraße berechnete. Diese Beobachtungen wurden zusammen mit den genauen Positionen von 560 Sternen gemacht, während Argelander von 1827 bis 1831 am Turku-Observatorium war.

Weitere vom DPAC durchgeführte Forschungen haben gemessen, wie sich die Bewegung des Sonnensystems im Laufe der Zeit beschleunigt. Anhand der beobachteten Bewegung extrem weit entfernter Galaxien schätzten sie, dass sich das Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von 0,23 nm/s . beschleunigt²(relativ zum Restsystem des Universums), was einer Zunahme von etwa 115 km pro Jahr entspricht.

Sternzählung

Die EDR3-Daten ermöglichten auch die Durchführung einer neuen Sternzählung, die als bekannt ist Gaia-Katalog der Sterne in der Nähe , das 331 312 Objekte (schätzungsweise 92% der Sterne) innerhalb von 326 Lichtjahren des Sonnensystems enthält. Dies ist die erste Volkszählung seit dem Gliese Katalog der Sterne in der Nähe wurde 1957 zusammengestellt. Anfangs enthielt es nur 915 Objekte, wurde 1991 auf 3.803 Objekte aktualisiert und war auf eine Entfernung von 82 Lichtjahren begrenzt.

Mit anderen Worten, die neue Volkszählung von Gaia enthält 100-mal so viele Objekte in vierfacher Entfernung. Es bietet auch Standort-, Bewegungs- und Helligkeitsmessungen, die um Größenordnungen genauer sind als der Gliese-Katalog. Wie Muinonen beschrieben der Data-Mining-Prozess:

„Wir sind für die tägliche Berechnung der Umlaufbahnen der von Gaia entdeckten Asteroiden verantwortlich. Basierend auf diesen Berechnungen werden bodengebundene Folgebeobachtungen organisiert. Vor der Veröffentlichung von Daten nehmen wir an der Validierung von Gaia-Beobachtungen von Asteroidenpositionen, Helligkeiten und Spektren teil.

'Unsere Forschung mit Gaia-Daten konzentriert sich auf Asteroidenbahnen, Rotationsperioden und Polorientierungen, Massen, Formen und Oberflächenstruktur- und -zusammensetzungseigenschaften. Bei der Berechnung von Kollisionswahrscheinlichkeiten für erdnahe Asteroiden ist die Präzision der Referenzsysteme von zentraler Bedeutung.“

Als Timo Prusti, derGaiaProjektwissenschaftler, hinzugefügt :

'Gaia EDR3 ist das Ergebnis einer großen Anstrengung aller an der Gaia-Mission Beteiligten. Es ist ein außergewöhnlich reichhaltiger Datensatz, und ich freue mich auf die vielen Entdeckungen, die Astronomen aus der ganzen Welt mit dieser Ressource machen werden.Und wir sind noch nicht fertig; weitere großartige Daten werden folgen, während Gaia weiterhin Messungen aus dem Orbit durchführt.'

Diese und andere neue erkenntnisse sind nur die neuesten Durchbrüche aus den Daten, die Gaia in den letzten sieben Jahren gesammelt hat. EDR3 ist die erste einer zweiteiligen Veröffentlichung, der die vollständige Datenfreigabe 3 (DR3) folgen wird. Aufgrund der Pandemie wurde der Termin verschoben, wird aber derzeit voraussichtlich bis zum erstes Halbjahr 2022 .

Am 1. Oktober, bei einem Treffen der ESAs Programmausschuss Wissenschaft (SPC), dieGaiaDie Mission wurde noch einmal verlängert – diesmal bis zum 31. Dezember 2022. Vorbehaltlich einer Halbzeitüberprüfung und Bestätigung durch das SPC könnte die Mission sogar bis 2025 verlängert werden. Mit all den bereitgestellten Daten ist klar, dass die ESA will um diese Mission am Laufen zu halten!

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