Scritto: Domenica, 30 Novembre 2014 07:37 Ultima modifica: Sabato, 27 Dicembre 2014 21:14

GAIA ha osservato 1 miliardo di stelle!


Anche se non è sotto i riflettori come Rosetta o altre missioni, GAIA sta pazientemente raccogliendo una enorme mole di dati durante la sua continua scansione del cielo.

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40 milioni di oggetti celesti osservati ogni giorno, oltre 1 miliardo dall'inizio della missione, questi i numeri del silenzioso lavoro del più ambizioso progetto di astrometria spaziale. Cerchiamo di fare il punto sulle ultime osservazioni effettuate e su cosa dobbiamo aspettarci nei prossimi mesi.

GAIA era stata lanciata quasi un anno fa e dopo una lunga e travagliata fase di "commissariamento" aveva iniziato le osservazioni di routine lo scorso 25 Luglio, seguendo una modalità di scansione che ha permesso di favorire l'attività di "autocalibrazione". Esattamente 2 mesi dopo, l'asse di rotazione è stato ottimizzato per dare a Gaia la possibilità di osservare Giove mentre attraversa regioni contenenti stelle abbastanza luminose, in modo da poter misurare la curvatura relativistica della luce a causa della gravità del gigante gassoso (una osservazione mai tentata prima e che richiede una precisione notevole!); in particolare, il 21 Novembre scorso sono state riprese le prime immagini di calibrazione di Giove in vista delle osservazioni sulla deviazione della luce da effettuarsi nel 2017. 

Sempre a fine Settembre, è stata effettuata l'ultima "campagna di decontaminazione" per rimuovere possibili depositi di ghiaccio dagli specchi del telescopio, riscaldandoli tramite resistenze elettriche. Di conseguenza questi depositi, che sono all'origine degli "stray light" che disturbano l'osservazione delle stelle più deboli, dovrebbero essere rimasti solo sul "soffitto" del satellite; comunque, il rischio che si formino nuovi depositi sulle ottiche c'è sempre e la situazione viene attentamente monitorata da Terra; eventuali nuove campagne di decontaminazione (e conseguente aggiustamento della messa a fuoco) potrebbero esserci nei prossimi mesi.

Nel frattempo, si sono stabiliti i nuovi limiti di detezione per i vari strumenti di bordo: per la misura di velocità radiale siamo alla magnitudine 16.2 mentre per le misure di posizione di sta valutando se estenderle alla ventunesima magnitudine. Al 15 Ottobre, Gaia aveva già raccolto qualcosa come 7.6 TB di dati, osservato 9 miliardi di transiti e 3 miliardi di spettri, effettuate 18 miliardi di osservazioni fotometriche e misurate 1 miliardo di velocità radiali! Questo dà una idea della quantità di informazioni che devono essere gestite dal team DPAC (Data Processing and Analysis Consortium) che lavora a Terra.

Per ottenere le 5 misure astrometriche principali (coordinate celesti, moti propri e parallasse), ogni oggetto deve essere osservato almeno 5 volte in tempi sufficientemente distanziati; questo non sarà possibile per tutti gli oggetti, specialmente quelli che hanno un carattere transitorio (ad esempio nove e supernove); si sta quindi cercando di integrare le osservazioni iniziali di Gaia con altri cataloghi esistenti (in particolare Tycho-2) e questo dovrebbe permettere di pubblicare i primi cataloghi astrometrici provvisori molto prima del previsto.

ESA Gaia

Credits: ESA/Gaia/DPAC/Observatoire de Paris-Meudon/Olivier Marchal & David Katz

Recentemente, le capacità spettroscopiche di GAIA sono state rese note con la pubblicazione di 6 spettri (figura in alto) riferiti ad altrettante stelle con diversa temperatura e diversi tipi spettrali; procedendo da sinistra a destra e dall'alto in basso, si vedono stelle di tipo M7, K3, G0, F0, A0 e B2, con temperature superficiali crescenti (rispettivamente: 3000, 4700, 6000, 7300, 10000 e 21000 Kelvin). Nel primo spettro si riconoscono le transizioni delle molecole di ossido di Titanio nella freedda atmosfera di una stella rossa mentre, appena la temperatura cresce, le mlecole vengono dissociate e le bande vengono sostituite dalle righe in assorbimento di atomi ionizzati, soprattutto del Calcio e del Ferro (tipi spettrali K,G); infine, le stelle più calde del Sole sono dominate dalle riche del Calcio e dell'Idrogeno (serie Paschen); queste ultime sono decisamente più larghe a causa della elevata velocità termica degli atomi. 

Un'altra immagine pubblicata recentemente mostra invece la potenza del software di elaborazione a bordo di Gaia, che è in grado di riconoscere e isolare gli oggetti stellari che attraversano il campo inquadrato dai sensori CCD e trasmettono a Terra solo le informazioni relative:

ESA Gaia

Credits: ESA/Gaia/DPAC/UB/IEEC

L'immagine si riferisce al celebre ammasso globulare Omega Centauri, situato nell'emisfero meridionale e distante da noi 15800 anni luce. L'immagine non è una vera fotografia ma piuttosto la "rappresentazione artificiale" di come lo vedono i sette processori "Video Processing Units" (VPUs) che elaborano automaticamente e continuamente il flusso di informazioni registrate dai CCD e, con un apposito algoritmo, estraggono le informazioni relative a ciascun oggetto riconosciuto e ne trasmettono una micro-immagine a terra, larga solo pochi pixel. Le dimensioni e la luminosità di ogni punto dell'immagine riflettono la luminosità di ciascuna stella (vedi scala delle magnitudini in alto a sinistra), fornendo una rappresentazione abbastanza realistica dell'ammasso. In questo caso, Gaia è stata capace di riconoscere e misurare oltre 137mila oggetti in 1 minuto di osservazione. L'immagine mostra chiaramente le 7 "strisciate" legate alla scansione delle saette VPU (e altrettante file di sensori) e si intravede anche qualche artefatto allungato dovuto alla diffrazione della luce. L'immagine è incompleta perchè, quando GAIA ha inquadrato le regioni più affollate dell'ammasso, il software è andato in saturazione poiché non è in grado di gestire un flusso così grande di informazioni; questo è un limite previsto e inevitabile del sistema.

L'ultima interessante novità riguarda la rivelazione di esopianeti da parte di Gaia. In base a uno studio condotto da M. Perryman e altri (e inviato a The Astrophysical Journal), il numero di pianeti di massa comparabile o maggiore a quella di Giove potrebbe salire da circa 21000 per una missione nominale di 5 anni fino a qualcosa come 70000 pianeti nel caso di una missione estesa a 10 anni! >Questo >numero è circa 35 volte il numero complessivo di esopianeti attualmente noti! Gaia utilizzerà peraltro un metodo di rivelazione diverso da quelli finora più "gettonati": invece di studiare le variazioni di velocità radiale o di luminosità nelle stelle, userà principalmente il metodo astrometrico, basato su piccole oscillazioni nella posizione apparente delle stelle sulla volta celeste, legate alla rotazione mutua della stella e del pianeta attorno al comune centro di massa (dire che i pianeti girano attorno alle stelle è solo una approssimazione di quanto avviene realmente, come ci insegna Newton!). Il fatto di utilizzare un metodo di rivelazione diverso è di per sè un ulteriore "valore aggiunto" perché permette di verificare la scoperta con altri metodi indipendenti e soprattutto perché fornisce informazioni nuove e complementari rispetto ai metodi spettroscopici e fotometrici, soprattutto sull'orientamento dell'orbita. La nuova stima del numero di pianeti si basa 

Per i dettagli si veda l'articolo originale su arXiv, di cui riportiamo di seguito l'abstract:

We provide a revised assessment of the number of exoplanets that should be discovered by Gaia astrometry, extending previous studies to a broader range of spectral types, distances, and magnitudes. Our assessment is based on a large representative sample of host stars from the TRILEGAL Galaxy population synthesis model, recent estimates of the exoplanet frequency distributions as a function of stellar type, and detailed simulation of the Gaia observations using the updated instrument performance and scanning law. We use two approaches to estimate detectable planetary systems: one based on the S/N of the astrometric signature per field crossing, easily reproducible and allowing comparisons with previous estimates, and a new and more robust metric based on orbit fitting to the simulated satellite data. 

With some plausible assumptions on planet occurrences, we find that some 21,000 (+/-6000) high-mass (1-15M_J) long-period planets should be discovered out to distances of ~500pc for the nominal 5-yr mission (including at least 1000-1500 around M dwarfs out to 100pc), rising to some 70,000 (+/-20,000) for a 10-yr mission. We indicate some of the expected features of this exoplanet population, amongst them ~25-50 intermediate-period (P~2-3yr) transiting systems.

Riferimenti:
http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20141124
http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/news_20141106
http://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20141113
http://www.cosmos.esa.int/documents/29201/295411/DPAC_NL_24.pdf/9159ef95-e27d-49cf-9b8d-02901b328a03

Letto: 4833 volta/e Ultima modifica Sabato, 27 Dicembre 2014 21:14
Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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