Космический телескоп Gaia помог создать самую подробную карту Млечного Пути и позволил изучить историю галактики

Космический телескоп Gaia Европейского космического агентства (ESA) помог астрономам создать самую полную карту нашей галактики — Млечного Пути. С момента запуска в 2013 году с помощью аппарата было получено три набора данных, содержащий информацию о расположении, скорости и траектории движения примерно 2 млрд звёзд. Благодаря этому астрономы могут не только видеть галактику в её нынешнем состоянии, но и смоделировать её облик на миллиарды лет в прошлое или будущее.

Космический телескоп Gaia / Источник изображения: ESA / Gaia / DPAC

Хотя Gaia не так известен, как другие космические телескопы, такие как Хаббл или Джеймс Уэбб, именно он произвёл настоящую революцию в изучении Млечного пути и позволил значительно продвинуться в понимании эволюции галактики. Последний набор данных Gaia включает в себя новую информацию о химическом составе, температуре звёзд, их цвете, массе, скорости движения и др. Кроме того, в набор данных включена информация о множестве двойных звёзд, астероидов, спутников планет, а также галактиках и квазарах за пределами Млечного Пути.

Космический телескоп оптического диапазона Gaia располагает в точке Лагранжа L₂ системы Земля-Солнце на расстоянии в 1,5 млн км от нашей планеты. Он вращается вокруг Солнца синхронно с нашей планетой, которая защищает его от бликов. Аппарат шириной 2,3 метра оснащён 10-метровым солнцезащитным экраном. Для наблюдений используются два имеющихся в конструкции телескопа. Основным научным инструментом является огромный цифровой сенсор из 106 отдельных CCD-матриц размером 4,7 × 6 см каждая. Общее разрешение сенсора составляет 938 млн пикселей. Телескопы проецируют улавливаемый свет на сенсор, а для разделения изображений задействована цифровая обработка.

Помимо телескопов в конструкции Gaia размещены синий и красный фотометры, позволяющие измерять яркость и цвет наблюдаемых звёзд. Благодаря этому астрономы могут определить температуру, массу, возраст и химический состав звёзд. Ещё аппарат оснащён прибором для измерения радиальных скоростей, который показывает, как звёзды движутся к телескопу или от него. Спектрометр также измеряет поглощаемый звёздами свет, что помогает узнать больше об их химическом составе.

Траектории движения звёзд в галактике Млечный путь в течение следующие 400 тыс. лет / Источник изображения: ESA / Gaia / DPAC

Gaia видит около 2 млрд наиболее ярких звёзд, но это лишь около 1 % от их общего количества в галактике. Однако с помощью специальных алгоритмов и большого количества научных данных астрономам удалось составить карту Млечного Пути. Ежедневно Gaia передаёт на Землю от 20 до 100 Гбайт данных. Прежде чем они попадают в руки научного сообщества, Консорциум по обработке и анализу данных Gaia, состоящий из более чем 400 исследователей и инженеров из шести суперкомпьютерных центров Европы, тратит годы на обработку, калибровку и проверку получаемой от телескопа информации. По данным Немецкого аэрокосмического центра, окончательный каталог данных миссии Gaia будет состоять из более чем петабайта данных, которые, если их распечатать на бумажных листах, можно сложить в стопку высотой около 100 км.

«Это то же самое, как если бы вы пытались определить форму здания, находясь внутри него. Чтобы понять форму галактики, нужно знать, где находятся отдельные звёзды. Но звёзды находятся очень далеко друг от друга, и для фиксации их положения в трёх измерениях требуется чрезвычайно высокая точность», — рассказал один из участников проекта Йос де Брюйне (Jos de Bruijne).

Каждый набор данных Gaia сопровождается пометкой «лучшая карта Млечного Пути на сегодняшний день», и так будет впредь, поскольку данные становятся более точными. В поле зрения аппарата попадают всё более отдалённые звёзды, за счёт чего астрономы получают новые данных о них. Gaia также считается создателем галактической археологии. С помощью сложных алгоритмов учёные просеивают данные миссии в поисках закономерностей в движении звёзд. Поскольку объекты в космосе подчиняются законам физики, астрономы могут смоделировать, как Млечный Путь выглядел миллиарды лет назад или как галактика будет выглядеть через миллиарды лет.

Вверху: карта лучевых скоростей звёзд и карта плотности межзвёздной пыли. Внизу: карта лучевых скоростей и самодвижения звёзд (изменения положения на небе), а также карта химического состава звёзд / Источник изображения: ESA / Gaia / DPAC

Постепенно астрономы собирают воедино историю Млечного Пути, находя свидетельства древних столкновений, в результате которых массивная спиральная галактика с примерно 200 млрд звёзд приобрела нынешний облик. Учёные установили, что около 10 млрд лет назад зарождающийся Млечный Путь столкнулся с другой галактикой. Остатки этой галактики, которая получила название Гайя-Энцелад, дали начало Млечного Пути.

Анализ данных Gaia также показал, что диск галактики искривлён и колеблется. Предполагается, что причиной этого могло стать столкновение с карликовой галактикой Стрелец. Астрономы рассчитывают узнать больше об этом благодаря дальнейшей обработке данных, получаемых от космического телескопа. Миссия Gaia продлится до 2025 года и учёные уверены, что впереди их ждут новые открытия.