Как Gaia будет отображать галактику одной звездой за раз


Астрономическое сообщество готовится к большой: захватывающей 3D-карте всего Млечного Пути.

Астрономию часто называют старейшей отраслью науки. С древних времен люди смотрели на небо, каталогизировали его жителей, отмечали новые прибытия и наметили постоянные звезды и блуждающие планеты.

На протяжении тысячелетий в астрономии были достигнуты огромные успехи, но остаются некоторые удивительно основные вопросы: где именно находятся звезды? Где, в Великой схеме вещей, Земля? Какова форма и структура нашей родной галактики?

Мы прошли долгий путь от того, чтобы думать о звездах как о двумерной проекции на небе, но измерение расстояния звезды остается довольно сложным. И даже отслеживать движение звезды по небу в двух измерениях трудно без лет данных.

В 1989 году Европейское космическое агентство (ЕКА) запустило спутник Hipparcos для измерения положения 2,5 миллионов звезд, каталог, который не был выпущен в полном объеме до 2000 года. В 2013 году ЕКА запустило Gaia, которая вернет еще более точные данные о более чем миллиарде звезд. Гайя была греческой богиней, которая считалась своего рода матерью-землей. Миссия ЕКА первоначально стояла за " Глобальный Астрометрический Интерферометр для астрофизики."Хотя многие параметры изменились, ЕКА сохранило название для обеспечения непрерывности миссии.

Gaia не завершит свою миссию до 2019 года, и окончательный анализ данных будет доступен только спустя годы. Но в сентябре 2015 года команда Gaia science выпустила первый раунд данных из 14 месяцев наблюдений и приветствовала ученых по всему миру, чтобы прыгнуть. Результаты уже меняют взгляд астрономов на нашу галактику.
По количеству
Миссия гайи заключается в том, чтобы” отобразить миллиард звезд", но даже это смелое обещание подрывает истинные способности космической обсерватории. Гайя, вращаясь вокруг орбиты на расстоянии около 932 000 миль (1,5 миллиона километров) и отображая все небо, несет в себе три инструмента. Его астрометрический инструмент показывает положения и движения звезд с точной точностью, наблюдая, как они, по-видимому, двигаются в течение пятилетней миссии Гайи. Его фотометрическая камера измеряет яркость звезд на Красной и синей длинах волн, производя данные об их температурах и составах. Наконец, спектрометр измеряет допплеровский сдвиг определенных химических сигнатур, чтобы выявить, двигаются ли звезды к земле или от Земли. (Для углубленного обзора Гайя конструкция и миссии, проверить астрономиис декабря 2014 сюжет“, как Гайя карту миллиарда звезд.”)

В конце концов, цель Gaia состоит в том, чтобы построить расстояние до 100 миллионов звезд с точностью до 10 процентов. Для 10 миллионов объектов его погрешность составит менее 1 процента. Он будет измерять позиции и движения более чем 1 миллиарда звезд по всему небу, вплоть до 20-й величины, с точностью до нескольких миллионов секунд, сокрушая предыдущие исследования.

Однако для этого первого выпуска данных Гайя нуждалась в некоторой помощи. Gaia измеряет движения звезд, чтобы определить их расстояние. Из только первого года данных, невозможно распутать движение звезд от собственного движения телескопа, как он следует вокруг орбиты Земли вокруг Солнца. Но спутник Hipparcos уже сделал эту работу однажды, для миллионов целевых звезд Гайи. Каталог Hipparcos знает, где эти звезды были 20 лет назад, и Gaia знает, где они сейчас, даже лучше точность. Этот расширенный график был именно тем, что нужно Гайе.

Таким образом, команда Gaia объединила окончательный каталог Hipparcos, называемый Hipparcos-Tycho 2, с данными Gaia до сих пор. Астрометрическое решение Tycho-Gaia (Tgas) является первым шагом на обновленной карте, которая в конечном итоге будет содержать положение звезды в 3-D, а также ее движение, более точно, чем когда-либо прежде. На данный момент он содержит 2 миллиона звезд, измеренных в два раза больше, чем только Гиппаркосом. К концу миссии Гайи, данные о Гиппаркосе будут заменены более точными измерениями Гайи. Но в то же время, Hipparcos — и несколько других удивительных источников — протягивают Гайе руку помощи.
Измерение
Ladder of the stars
Одной из больших задач Гайи является калибровка шкалы космического расстояния, которая требует некоторых звездных инструментов. Астрономы используют два типа переменных звезд, называемых переменными Cepheid и RR Lyrae stars, которые светлеют и исчезают на регулярных временных шкалах. Время они принимают для того чтобы просиять и увянуть маштабы в дневальном способе с как внутреннеприсуще ярко они. Поэтому, если у двух Цефеидов один и тот же период, но один кажется слабее, то эта звезда должна быть дальше. Астрономы могут определить его расстояние, наблюдая его период и яркость.

Однако для того, чтобы эта система работала, астрономы должны иметь твердое понимание отношения период-светимость. Чтобы откалибровать его, они должны знать расстояние до некоторых из этих переменных звезд. Gaia будет измерять более близкие звезды, используя параллакс, или видимое изменение положения звезды из-за орбитального движения Земли вокруг Солнца. Соседняя звезда появится перед различными фоновыми звездами в течение лета, когда Земля (и Гайя, вращающиеся вокруг стабильной точки позади нашей планеты) находится на одной стороне Солнечной системы, чем зимой, когда Земля изменила свое собственное положение на 2 астрономических единиц (астрономическая единица-среднее расстояние между Землей и солнцем).

Вы можете сымитировать этот метод просто путем держать перст перед вашей стороной и смотреть ее с как раз вашим левым глазом, и после этого вашим правом. Появится палец, чтобы изменить положение относительно фоновых объектов. Таким образом, в астрономии соседние звезды имеют более заметное изменение положения, чем более отдаленные звезды, и это изменение в видимом положении показывает их истинное расстояние от Земли. Это независимое измерение расстояния позволяет астрономам калибровать отношение период-светимость переменных звезд.

К концу миссии Гайи, соотношение должно быть острым. Точное измерение расстояния до близлежащих переменных звезд и ужесточение отношения период-светимость позволит астрономам расширить эту лестницу расстояния до более отдаленных звезд, тем самым выводя точные расстояния до далеких переменных звезд.
GaiasFirstSkyMap
Первые шаги
Что могут астрономы сделать с частичным опросом Gaia? Множество.

Одной из целей Gaia является предоставление обновленной карты Млечного Пути. Около 400 миллионов находок Gaia являются новыми для человеческих каталогов, поскольку они разрешают объекты, которые ранее рассматривались как одиночные точки света в несколько звезд.

Кроме того, используя TGAS, астрономы могут лучше понять, как двигаются звезды, тем самым показывая им структуру нашей Галактики — и некоторых ее соседей.

Одним из первых сюрпризов, которые преподнесла Гайя, был потрясающий образ Млечного Пути. ” Я попросил сделать этот образ, но это было намного лучше, чем я ожидал", - говорит Энтони Браун, член научной команды Gaia. Браун также является председателем консорциума по обработке и анализу данных Gaia, группы, которая делает данные Gaia понятными для научного сообщества. Ясность изображения и само количество целей также предполагает, что Млечный Путь больше, чем предыдущие оценки, хотя точные цифры, вероятно, будут ждать до более поздних выпусков данных.

Более определенно, большое Магеллановое облако по соседству также больше, чем ожидалось. Исследователи могут изучать эту миниатюрную галактику извне, и Гайя показала, что больше звезд, чем ожидалось, связаны с ее движением по всему космосу. Гизелла Клементини, член команды Gaia из Италии, объясняет: "мы смотрим в деталях с гораздо более мощными инструментами, чем раньше . . . Даже если они просто за углом, потому что они близко, вы находите вещи.”

Одним из тестов Gaia's showier было производство диаграммы цветовой величины; построение цвета звезд по сравнению с их яркостью, и где они попадают на диаграмму, рассказывает астрономам об их типах и стадиях эволюции. Чаще всего эти диаграммы создаются из астрофизических моделей звезд, а не из реальных данных. Но острое видение и измерения Gaia уже предоставили достаточно данных, чтобы построить грубую диаграмму, и его полный каталог должен позволить исследователям построить потрясающе четкую диаграмму, основанную полностью на данных, позволяя теоретикам оттачивать свои модели.

Gaia также определил в пределах Млечного Пути 1 394 переменные звезды, которые изменяют в яркости над установленными периодами времени. Из них 386 не наблюдались в предыдущих исследованиях. Эти переменные звезды являются первой волной мишеней, которая поможет Gaia с одной из его других основных целей.
AnatomyoftheMilkyWay
Неожиданные события
Еще до первого выпуска данных Gaia поделился некоторыми звездными сюрпризами с большим сообществом. Группа обработки данных обнаружила интересные объекты, заслуживающие более быстрого расследования, такие как извержения звезд, черные дыры или взрывы сверхновых. Такие объекты, возможно, успокоились к моменту официального выпуска данных, лишив исследователей возможности следить за другими телескопами.

В сентябре 2014 года, Gaia объявила о сверхновой по имени Gaia14aaa. В период между месяцем и месяцем Гая наблюдала за тем, как Галактика хозяина стала ярче, и астрономы быстро последовали за ней с помощью двух наземных телескопов. Изучая спектр, или сигнатуру света, галактики, они определили, что яркий свет представляет собой сверхновую Тип Ia, когда белый карлик вытесняется звездой-компаньоном, чтобы разорвать себя на части.

Другой удивительный источник, названный Gaia14aae, вспыхнул ярко в видении Gaia в августе 2014. Астрономы в конце концов определили, что это катаклизмическая переменная, или система двух звезд, каннибализующих друг друга. Неравномерное поглощение материала может привести к энергетическим вспышкам света. Как профессиональные астрономы, так и астрономы-любители следовали и обнаружили, что звездам не хватает каких-либо признаков водорода, который образует большую часть звезд во Вселенной. Обе звезды стары и потребили весь их годный к употреблению водород, помещая их в редкий класс катаклизмических переменных под названием am Canum Venaticorum stars, названный в честь первой найденной системы этого типа.

С взором всего неба Gaia, исследование будет продолжать появляться переходные источники-от нескольких до 10 в день, отфильтрованные из примерно миллиона потенциальных объектов, прыгающих из первого прохода через данные - что общее астрономическое сообщество может преследовать между выпусками данных.

**Свобода информации
ESA потребовались годы, чтобы выпустить каталог Hipparcos, ожидая, пока его весь опрос будет завершен и полностью проанализирован. С Гайей они открывают двери рано. В то время как опрос еще не завершен, научная команда считает, что в начале процесса есть большая ценность в том, чтобы позволить научному сообществу.

Дэвид Хогг, исследователь Нью-Йоркского университета и сторонник открытого доступа к науке, не мог быть более взволнован. Он организует "hack days" на астрономических конференциях уже несколько лет и даже расширил их до " hack weeks."В соответствии с более традиционным компьютерным программированием, hack days-которые больше о создании вещей быстро, чем любой вид кибератаки-разработаны вокруг идеи, что если вы поместите достаточно умных людей в комнату для работы над сфокусированными проектами, блестящие идеи и твердые результаты будут следовать.

Всего через месяц после первого выпуска данных, Хогг и некоторые коллеги провели “спринт " Gaia в Нью-Йорке. ” Для меня очевидно, что огромное количество науки выйдет из спринта", - говорит Хогг. Несколько статей уже доступны в интернете или циркулируют через его и других исследователей inbox, поскольку они собирают комментарии перед публикацией. Все представляют, по его мнению, публикуемую науку. На встрече присутствовали Браун и Алсионе Мора, еще один член команды Gaia. Но это были аутсайдеры, которые устроили шоу.

Василий Белокуров из Кембриджского университета вытащил из релиза Gaia совершенно неожиданный суб-каталог. В будущем Gaia будет выпускать полный каталог переменных звезд, которые функционируют как бесценные деления в масштабе космического расстояния. Пока эта коллекция невелика и ограничена кратким списком, который Гая описал в начале своей миссии, но Белокуров говорит, что гораздо больший каталог скрывается на виду.

Он использовал фотометрические неопределенности Гая, чтобы доказать, что звезды с более высокими неопределенностями на самом деле являются переменными звездами, которые ждут астрономы. Хотя эти звезды официально не классифицируются как таковые командой Gaia, Белокуров мог сравнить эти источники Gaia с прошлыми, полностью уменьшенными каталогами, чтобы доказать, что они реальны. Это должно позволить астрономам получить начало от данных, которые им в противном случае пришлось бы ждать до следующего выпуска данных, через год или больше, чтобы увидеть.

Джо Бови, из Университета Торонто, измерил константы Оорта “в то время как он ждал файлов для распаковки”, говорит Хогг, подчеркивая быстро развивающийся характер научного спринта. Константы Оорта, названные в честь того же Яна Оорта, который предсказал облако Оорта, являются двумя числами, которые определяют, как вращается Млечный Путь. Их можно измерить, посмотрев на большие популяции звезд в нашей родной галактике и изучив, как они двигаются. С первоначальным выпуском Bovy пересчитал номера за несколько минут. ” И он получил лучшие значения, чем когда-либо измеряли ранее", - говорит Хогг.

Хогг сам копается в том, как движение звезды относительно диска галактики привязано к ее возрасту. Астрономы давно знают, что звезды набирают скорость с возрастом, но точную связь было трудно установить. Это распространенная проблема со звездным возрастом; люди, в конце концов, не живут достаточно долго, чтобы увидеть, как звезды рождаются и умирают, и большинство возрастных измерений астрономов несколько расплывчаты или сильно полагаются на модели. С точностью Gaia и ее предварительными результатами, следующее поколение астрономов может иметь точные возрасты для звезд, основанных исключительно на их скоростях, говорит Хогг.

Хогг говорит, что Гайя не единственный масштабный астрономический проект, чтобы сделать свои данные открытыми. Миссия Kepler и Sloan Digital Sky Survey, среди прочего, сделали свои данные общедоступными, извлекая выгоду из внешних пользователей, обнаруживающих скрытые драгоценные камни. Когда один исследователь предлагает или просит улучшения в том, как данные обрабатываются или совместно, команда миссии Gaia может поделиться преимуществами со всеми, а также пожинать плоды себя.

Но Хогг благодарит руководство миссии Gaia, особенно Брауна и Тимо Прусти, за то, что они защищают открытый доступ к данным и за их неослабевающее партнерство с научным сообществом, чтобы работать над неизбежными вопросами, даже до того, как опрос достигнет зрелости. Результатом является коллективное усилие, и выигрыш больше науки для всех.

Хогг планирует будущие спринты Gaia: в этом году в Гейдельберге, Германия, и в Нью-Йорке снова в 2018 году. Основная миссия гайи даже не завершится до 2019 года. По мере созревания каталога Gaia будет выявлять экзопланеты с радиальными данными скорости и даже более резкими видами на структуру Млечного Пути.

” До сих пор мы видели только верхушку айсберга, - обещает Прусти. С этой свежей наукой из первого релиза, мы можем только ждать, чтобы увидеть, что полная и ослепительная картина нашего Млечного Пути показывает.


Comments 2


Уникальный робот-бот в Telegram, который за выполнение несложных и даже полезных заданий платит токенами RKT8, стоимость которых вчера превысила 5$ - традиционная профессиональная аналитика, пожелания баблишка и крепкой шишки ;) жми на ссылку и приступай к выполнению! ссылка

17.11.2018 05:39
0