Em 13 de junho, às 6:00 ET, astrônomos de todo o mundo desceram no Gaia Archive: a página da Web de destino para cada último bit de dados da missão da Agência Espacial Europeia (ESA) para mapeamento da Via Láctea – Interferômetro Astrométrico Global para Astrofísica (Gaia) . Depois de anos calibrando e validando as medições da espaçonave do movimento, velocidade, brilho, composição e outras propriedades de centenas de milhões de estrelas, os oficiais da missão finalmente revelaram o Data Release 3 (DR3) ao público. Entre a leitura de comunicados de imprensa e postando fotos de bolos com tema de telescópio no Twitteros cientistas começaram a vasculhar o DR3 para as próximas grandes descobertas em buracos negros, asteróides, arqueologia galáctica, exoplanetas e muito mais.
Poucos minutos após o lançamento, a ESA revelou imagens tridimensionais atualizadas mapas da Via Láctea e desencadeou um dilúvio de novas informações sobre os bilhões de estrelas ao nosso redor – do que elas são feitas, de que maneira estão viajando e quão rápidas e antigas elas são – tudo a serviço do objetivo fundamental de Gaia de pesquisar o céu para entender melhor nossa galáxia.
“Não esperava que tivéssemos uma cobertura tão boa. Todos esses mapas – meu queixo caiu”, diz Ronald Drimmel, astrônomo do Observatório Astrofísico de Turim no Instituto Nacional de Astrofísica da Itália e membro do Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC), que trabalha no Gaia desde o final dos anos 1990.
Drimmel passou alguns meses antes do lançamento verificando algumas das observações de Gaia – tempo suficiente para reunir um papel, um dos muitos artigos que a equipe do DPAC escreveu para demonstrar o que é possível com o DR3. Com novas medições das trajetórias 3-D de mais de 33 milhões de estrelas – incluindo seu movimento em direção e para longe de nós, não apenas através do céu – Drimmel e seus colegas mapeou os movimentos estelares de diferentes partes da nossa galáxia, especialmente aqueles para os dois braços espirais à direita da Via Láctea e o centro achatado em forma de barra entre eles. Saber como as estrelas nestas regiões díspares se movem hoje pode ajudar os pesquisadores a fazer engenharia reversa do surgimento da forma espiral distinta de nossa galáxia, bem como entender como essas estruturas podem surgir em outras galáxias.
“Agora estamos em uma era, pelo menos para a Via Láctea, onde podemos ver todas essas coisas muito dinâmicas acontecendo”, diz Adrian Price-Whelan, astrônomo do Centro de Astrofísica Computacional (CCA) do Flatiron Institute. na cidade de Nova York, co-autor um novo papel que foi postado no servidor de pré-impressão arXiv.org apenas um dia após o lançamento do DR3. Eles usaram os movimentos estelares atualizados no DR3 para encontrar sinais de distúrbios na estrutura da Via Láctea causados por eventos como quase acidentes entre nós e a galáxia anã de Sagitário – um pequeno remanescente de uma galáxia presa em uma espiral da morte em torno da nossa. Estudar esta e outras galáxias “satélites” ajuda os pesquisadores a identificar os principais eventos da história caótica da Via Láctea, revelando as épicas colisões intergalácticas e as ligações próximas que deram origem à nossa familiar espiral de estrelas ao longo de bilhões de anos. “A história de nossa galáxia é o que as coisas caíram e absorveram na Via Láctea ao longo do tempo – isso está conectado ao acúmulo de nossa galáxia, mas também tem consequências para as estruturas que vemos na galáxia”, explica Price-Whelan.
Os movimentos precisos medidos por Gaia também são fundamentais para identificar sistemas de menor escala dentro da galáxia, incluindo estrelas binárias, bem como estrelas que orbitam objetos astrofísicos mais exóticos, como estrelas de nêutrons e buracos negros. Esses densos “remanescentes estelares” são essencialmente restos da morte de grandes estrelas. Se essas grandes estrelas estão em sistemas binários, as teorias dos astrônomos preveem que os remanescentes continuarão orbitando suas estrelas companheiras ainda não mortas, então os pesquisadores esperam encontrar um buraco negro em um binário a partir dos dados de Gaia a qualquer momento.
“Estamos todos empolgados com os buracos negros; todos estão ansiosos para encontrar o buraco negro”, diz Katie Breivik, astrônoma do CCA. Vasculhando o enorme novo catálogo de sistemas binários no DR3 nos dias após o lançamento, porém, “nós ficamos tipo, ‘Sério? Não há nada? Não há um único buraco negro gigantesco gritando para nós? Mas está tudo bem. Nossas esperanças ainda não foram frustradas.”
Breivik tem muito mais para trabalhar. “Em termos da verdadeira ‘potência’ científica que eu acho que os dados do Gaia vão trazer, é apenas poder observar estrelas binárias – estrelas binárias de todas as diferentes massas, tipos e fases de evolução”, diz ela. Desde o lançamento dos dados, Breivik vem refinando versões sintéticas dos dados do Gaia para sistemas estelares binários. Para fazer isso, ela usa modelos matemáticos para gerar populações artificiais de estrelas para eventual comparação com os resultados reais de Gaia, a fim de procurar onde estão os buracos em nossas teorias atuais.
A diversão com estrelas não termina com binários. “Uma das coisas que estou fazendo com [DR3] imediatamente está trabalhando em uma amostra muito próxima de estrelas”, diz Jacqueline Faherty, astrofísica do Museu Americano de História Natural em Nova York. Ela espera desvendar de onde as estrelas estão vindo e para onde elas vão no futuro. O trabalho de Faherty é ajudado por uma adição muito aguardada no DR3: espectros estelares, que mostram como o brilho de uma estrela varia de acordo com o comprimento de onda, ou cor, de sua luz emitida. Os espectros transmitem informações sobre a temperatura e a composição química das estrelas. As impressões digitais de diferentes elementos identificados nos espectros podem identificar estrelas que podem ter nascido nas mesmas regiões. Isso ajuda os astrônomos a “recuar no relógio” para descobrir como várias populações estelares surgiram e evoluíram ao longo do tempo, além de sugerir o que está por vir e permitir que pesquisas prevejam quando, onde e como as futuras gerações de estrelas podem se formar.
Mas não são apenas os amantes das estrelas que estão entusiasmados com os espectros. O DR3 também contém espectros para cerca de 60.000 asteróides. Investigadores como Federica Spoto, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, podem usar esses espectros para aprender do que são feitos os asteroides distantes e encontrar “famílias” baseadas em composição para ajudar a vincular rochas espaciais espalhadas aos objetos originais dos quais se fragmentaram. Usando as medições detalhadas dos movimentos de asteroides do DR3, bem como seus espectros, Spoto quer retroceder ao longo das trajetórias dos asteroides para identificar os principais eventos de impacto que os formaram e quando esses eventos ocorreram. “Se você seguir toda a [asteroid] cinto, todas as colisões, você pode fazer uma linha do tempo das fases iniciais da formação do sistema solar”, diz ela.
Faherty, Drimmel, Spoto, Price-Whelan e Breivik concordam que há ciência suficiente para trabalhar no DR3 para as gerações de astrônomos, mas os dados vêm apenas dos primeiros 3 meses das observações de Gaia. Ainda há anos de observações intocadas para aguardar enquanto a missão continua, e os astrônomos sabem disso. “Não há descanso”, diz Drimmel, cujos colegas da equipe do DPAC estão trabalhando no próximo lançamento de dados desde o final de 2021.
Pelo Data Release 4 (DR4), programado para sair nos próximos anos, podemos esperar dobrar o número de asteróides catalogados, diz o membro do DPAC e astrônomo Paolo Tanga do Observatório Côte d’Azur, na França. Haverá estrelas mais massivas para detectar buracos negros em Breivik e posições e trajetórias estelares ainda mais precisas para brincar, algo que os exploradores de exoplanetas estão animados.
“Estamos analisando os dados do Gaia em busca de evidências de que uma estrela está mostrando algum puxão de um planeta massivo invisível”, diz Thayne Currie, astrofísico do Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, Califórnia. induzidas em seu caminho pelo céu, ele espera identificar sistemas estelares candidatos para estudos de acompanhamento com outros telescópios que possam confirmar e caracterizar quaisquer mundos lá.
O próximo lote de dados que Currie precisa virá do DR4, mas ele e seus colegas já estão confiantes de que seu método de caça ao planeta funciona, com base em explorações preliminares de versões anteriores – e eles não são os únicos. Um grupo liderado pelo astrônomo Aviad Panahi, da Universidade de Tel Aviv, confirmou os dois primeiros exoplanetas encontrado em dados anteriores do Gaia em um artigo de pré-impressão que foi recentemente aceito para publicação pela Astronomy & Astrophysics. Os planetas gigantes gasosos quentes Gaia-1b e Gaia-2b foram vistos quando passaram na frente de sua respectiva estrela hospedeira, como visto da órbita da Terra, o que causou uma queda momentânea no brilho de cada estrela na ótica de Gaia. Com base no sucesso de sua técnica – apoiada por observações de acompanhamento dos planetas usando um telescópio terrestre – Panahi e seus colegas planejam procurar as mesmas mudanças de brilho nos novos dados do Gaia para encontrar mais exoplanetas, o que acrescenta caça ao planeta para a longa lista de atividades possíveis com DR3.
“Outras pessoas querem missões mais sensuais”, diz Faherty, referindo-se a projetos como o Telescópio Espacial James Webb, de US$ 10 bilhões, da NASA, e seus sucessores propostos igualmente caros (e expansivos) que planejam procurar sinais de vida em outros mundos. Mas a natureza fundamental da missão Gaia – um levantamento de estrelas em todo o céu – sustenta toda a astrofísica. Sua capacidade de medições precisas do brilho e das posições dos objetos que passam por sua linha de visão torna a missão uma poderosa ferramenta de uso geral para astronomia de todos os tipos. “É a medida fundamental do universo: uma medida de distância”, diz Faherty. “E este é o maior observatório de medição de distância que já existiu.”
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