Di Gaia avevamo parlato il mese scorso, quando l'ESA riferiva di un preoccupante "safe-mode" dovuto al guasto di uno dei due transponder deputati alle comunicazioni con la Terra. Adesso il satellite ha ripreso pienamente la sua attività scientifica e lo testimonia anche l'immagine di apertura, una visualizzazione appena pubblicata da ESA/DPAC che rappresenta 100 miliardi di transiti; in pratica, un 1 "trilione" (l'anglosassone 1012, ovvero il nostro bilione) di misure astrometriche di GAIA in 44 mesi di vita operativa! I colori rappresentano la frequenza dei transiti e quindi la densità di stelle osservate nell'arco dei mesi (ascisse) e nel corso di una singola giornata (ordinate), man mano che il satellite ruotava esplorando l'intera volta celeste. Per capire come interpretare l'immagine, è come se vedessimo un filo (il cui colore rappresenta appunto la densità di transiti in funzione del tempo) avvolto in un rocchetto, con un giro per ogni giorno di osservazione (le due estremità superiore e inferiore vanno fatte combaciare). Come si vede meglio nella immagine del giorno dedicata, ingrandendo sono riconoscibili in giallo la Via Lattea (con il taglio centrale dovuto all'assorbimento della polvere) e le nubi di Magellano, zone di densità stellare nettamente più alta.
Ogni giorno, Gaia colleziona in media 70 milioni di transiti di oggetti stellari; questo significa che, dall'inizio della sua vita operativa fino al 14 Aprile scorso, ha osservato qualcosa come 100 milioni di transiti sui suoi sensori, costituiti da ben 1 miliardo di pixel. Ciascun transito completo implica 9 riprese astrometriche, 2 spettrofotometriche e 3 per la velocità radiale (queste ultime non su tutto il campo inquadrato, si veda questo video esplicativo). Considerando solo le misure di posizione, ce ne sono in tutto 10 per ogni transito e da qui la cifra di 1000 miliardi di osservazioni astrometriche inviate finora a Terra. Tuttavia, come vedremo presto, finora solo la metà di queste misure sono state effettivamente analizzate e utilizzate per creare il nuovo catalogo ormai pronto.
Sia nell'immagine di apertura che nel diagramma qui sotto sono riconoscibili alcune interruzioni nella raccolta dati, generalmente brevi (poche ore) tranne l'ultima avventua tra il 18 e il 28 Febbraio a causa del suddetto problema al transponder. Nell'articolo di riferimento, le due figure sono unite in una sola e la seconda può essere considerata la versione "collassata" o proiettata della prima lungo la direzione verticale, cioè la sua media nel tempo. I picchi corrispondono a periodi in cui la fascia di cielo coperta da Gaia nel corso di ogni rivoluzione (che dura 6 ore) attrversava il piano della Via Lattea; essi corrispondono, nella prima immagine, a strisce verticali mediamente più chiare (gialle).
Andamento giornaliero della frequenza di transiti ogni secondo, a partire dal 25 luglio 2014 - Credits: ESA/Gaia/DPAC, (J. Portell, C. Jordi, C. Fabricius, J.Castañeda, P. Esquej, A.G.A. Brown) - Processing: M. Di Lorenzo
In alto nel grafico sono indicati i periodi di osservazione utilizzati nei primi tre cataloghi Gaia: DR1 è quello pubblicato a Settembre 2016, contenente solo i dati di posizione e luminosità misurati nei primi 14 mesi su 1,1 miliardi di oggetti. Il DR2 uscirà il prossimo 25 Aprile e stavolta conterrà 22 mesi di osservazioni su 1,7 miliardi di sorgenti, complete di moti propri, parallassi e velocità radiali, misurati una precisione inedita! Il terzo catalogo DR3, tra un paio d'anni, fornirà queste informazioni sulla base di un intervallo temporale quasi doppio (42 mesi) e con precisione ancora maggiore e l'ultimo catalogo si baserà sui dati raccolti nel corso della missione completa (60 mesi, salvo ulteriori estensioni). La natura dell'elaborazione dei dati DPAC (il consorzio che si occupa di elaborare i dati) richiede di elaborare più volte gli stessi dati Gaia al fine di ottenere, dopo ogni iterazione, una precisione maggiore, sia durante le calibrazioni che nei vari cataloghi ("data releases"). Questo richiede un'enorme mole di calcoli ed è per questo che, nel rilascio dei cataloghi intermedi, la quantità di dati elaborati viene limitata a una finestra di tempo contenuta, prima di arrivare ad elaborare l'intero set quinquennale di dati grezzi dalla missione nominale
Gaia ha già osservato ciascuna sorgente più di 50 volte, in media, e si stima che questa cifra crescerà a 70 transiti durante la missione nominale di cinque anni; questo significa che alla fine verranno si arriverà ben oltre 120 miliardi di transiti. Siccome la densità dei transiti varia fortemente in base all'affollamento stellare della regione osservata, si va da poche decine fino a diverse migliaia di eventi al secondo. Questo è illustrato nell'istogramma seguente, dove sulle ascisse abbiamo il numero di transiti al secondo mentre l'altezza indica la frequenza ovvero la frazione di tempo in cui c'è stato quel particolare numero di transiti sul sensore (la scala verticale ed è "normalizzata" a 1 che è il valore massimo). In pratica, se escludiamo i brevi periodi in cui non si sono raccolti dati, Gaia ha osservato meno di 100 transiti/secondo per soltanto il 4,1% del tempo (55 giorni in tutto), mentre per il 44,2% ha osservato almeno 500 transiti/s e, all'altro estremo, per l'1,8% del tempo (e del cielo osservato) si è andati oltre 5000 transiti/s, una quantità che rischierebbe di mandare in crisi il sistema automatico di classificazione e di misura in tempo reale (il quale infatti si limita a osservare le stelle più luminose nei campi molto affollati).
Gaia ha ora accumulato quasi 45 mesi di operatività, quindi a Terra sono stati trasmessi già il doppio dei dati sfruttati in DR2 e oltre il 70% di quelli che avremo a fine missione. Forse possiamo capire meglio la scala con cui Gaia opera con la seguente equivalenza: se volessimo osservare ognuna delle sorgenti DR2 per un secondo soltanto, avremmo bisogno di 54 anni. Gaia ha già osservato ogni stella per più di quattro secondi 500 volte in meno di quattro anni; il tempo di esposizione cumulativo supera i 133 mila anni!
Riferimenti:
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20180414
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