Gaian aineisto paljasti, että tähtien ratoihin vaikuttaa nyt menossa oleva pienemmän galaksin törmäys Linnunrataan

26.4.2018
Euroopan avaruusjärjestön Gaia-missio on tuottanut äärimmäisen tarkan tiedon Linnunradan tähtien paikoista ja liikkeistä Auringon lähellä. Paikkojen ja liikkeiden rakenteista tutkijat päättelevät, että tähtien ratoihin vaikuttanee parhaillaan meneillään oleva pienemmän galaksin törmäys Linnunrataan. Suomalaisittain kiinnostavaa on uusi data Aurinkokuntamme kohteista; nyt julkaistiin ensimmäistä kertaa paikka- ja kirkkaushavaintoja 14 099 asteroidista.

Euroopan avaruusjärjestö, ESA, julkaisi vastikään Gaia-avaruusmission havaintodataa, jota se on kerännyt 22 kuukauden ajan alkaen heinäkuun lopulta 2014. Aineisto sisältää muun muassa paikka- ja kirkkaustietoa 1 692 919 135 tähdestä.

Gaia-avaruusteleskooppi havainnoi tähtitaivaan kohteita järjestelmällisesti niin sanotun Lagrangen L2-pisteen läheisyydessä 1.5 miljoonan kilometrin päässä Maasta Auringon vastaisessa suunnassa. Mission pääasiallinen tehtävä on kartoittaa omaa galaksiamme, Linnunrataa, tarkemmin kuin koskaan ennen. Gaia havainnoikin yli miljardia Linnunradan tähteä parhaimmillaan asteen sadasmiljoonasosan tarkkuudella niin, että lopputuloksena syntyy kolmiulotteinen maisema galaksistamme vuoteen 2023 mennessä.

Tulossa kolmiulotteinen maisema galaksistamme vuoteen 2023 mennessä

Uusi aineisto sisältää väritietoa 1.38 miljardista tähdestä, säteisnopeuksia 7.2 miljoonasta tähdestä, tietoa 0.5 miljoonasta muuttuvasta tähdestä, pintalämpötiloja 161 miljoonalle tähdelle, tietoa tähtienvälisen pölyn ja kaasun sironnasta ja absorptiosta 88 miljoonan tähden suunnassa, sekä säteen ja luminositeetin 77 miljoonalle tähdelle.

Gaian tietojenkäsittelyn hoitaa Euroopan laajuinen DPAC (Data Processing and Analysis Consortium) yli 300 tutkijan voimin. Helsingin yliopiston Aurinkokunnan tutkijat osallistuvat Gaia-missioon monella eri tavalla, kertoo professori Karri Muinonen.

– Me vastaamme esimerkiksi Gaian havaitsemien uusien asteroidien päivittäisestä radanmäärityksestä. Sen perusteella järjestetään sitten seurantahavaintoja maanpäällisillä teleskoopeilla. 

Asteroidien muodot paljastuvat suomalaistutkijoiden tekemillä matemaattisilla menetelmillä

Gaian datan julkistuksen yhteydessä (Gaia Data Release 2, 25.4.2018) tutkijat ovat osallistuneet asteroidien kirkkaushavaintojen validointiin vertailemalla tunnetuille asteroideille laskettuja kirkkauksia Gaian havaitsemiin kirkkauksiin.

– Datan julkistaminen tulee lisäämään tietoamme asteroidien pyörimisestä ja muodoista, pian voimme johtaa uutta pyörimistietoa ja muototietoa tuhansille asteroideille. Vastaavasti datan julkistus mahdollistaa asteroidien tarkkojen ratojen ja massojen laskentaa tutkijoiden kehittämillä inversiomenetelmillä sadoille asteroideille.

Näin professori Muinonen arvelee.

Optisen järjestelmän tarkkuus ylittänee vielä radioalueen järjestelmän tarkkuuden

Paikantamisessa Gaia-missio on tuottanut ensimmäisen kaukaisiin kvasaareihin liittyvän optisen vertausjärjestelmän, koordinaatiston. Tämän vertausjärjestelmän tarkkuus on jo 22 kuukauden havaintojen perusteella samaa luokkaa kuin valmisteilla olevan uusimman ja parhaan radioalueen havaintoihin perustuvan VLBI-vertausjärjestelmän tarkkuus (Very Long Baseline Interferometry).

Gaian havaintotyön valmistuttua muutamien vuosien kuluttua optisen järjestelmän tarkkuus tullee ylittämään radioalueen järjestelmän tarkkuuden.

Mullistavia havaintoja pallomaisten tähtijoukkojen ja kääpiögalaksien paikoista ja liikkeistä

Gaia-missio on tuottanut äärimmäisen tarkan tiedon Linnunradan tähtien paikoista ja liikkeistä Auringon lähellä. Paikoissa ja liikkeissä havaituista rakenteista voidaan päätellä, että tähtien ratoihin vaikuttanee parhaillaan meneillään oleva pienemmän galaksin törmäys Linnunrataan.

­– Linnunradan lähiavaruuden pallomaisten tähtijoukkojen ja kääpiögalaksien paikoista ja liikkeistä on saatu melkoisen mullistavaa havaintoaineistoa, Karri Muinonen sanoo.

Gaian havaintoaineisto mahdollistaa näiden kohteiden radanmäärityksen ja dynaamisen kehityksen mallintamisen. Kohteiden ratojen nähdään olevan lähes kohtisuorassa Linnunradan tasoa vastaan. Kohteet eivät kuitenkaan kierrä Linnunradan keskustaa samassa tasossa. Pallomaisten tähtijoukkojen ratojen on lisäksi todettu olevan huomattavasti ympyrämäisempiä kuin aiemmin on arveltu.

Uusi aineisto on ensimmäistä kertaa paljastanut Suuren Magellanin pilven pyörimisen tarkalla mittauksella tämän lähigalaksin tähtien paikoista ja liikkeistä. Gaia on paljastanut ennennäkemätöntä rakennetta sekä Suuressa Magellanin pilvessä että Pienessä Magellanin pilvessä.

Uusi laskentapalvelu mahdollistaa kirkkaushavaintojen spektriaineiston avoimen analyysin verkossa

ESA:n rahoituksella suomalaistutkijat ovat yhdessä Space Systems Finlandin kanssa kehittäneet Gaia AVI -laskentapalvelun (Added Value Interface), mikä mahdollistaa verkon yli tapahtuvan kirkkaushavaintoaineiston sekä spektriaineiston avoimen analyysin.

– Uusin datan julkistus ei vielä koskenut Gaian spektriaineistoa, jonka perusteella tullaan myöhemmin saamaan tietoa asteroidien koostumuksesta, eri mineraaleista ja veden esiintymisestä asteroideilla. Tämä on merkittävää Aurinkokunnan kehityksen tutkimuksessa ja tulevaisuuden kaivostoiminnassa asteroideilla, Muinonen sanoo.  

Kaivostoimintaa asteroideilla

Gaian asteroideista havaitseman kirkkaus- ja spektriaineiston mallintamisessa tullaan hyödyntämään äskettäin Euroopan tutkimusneuvoston rahoituksella kehitettyjä sähkömagneettisen sironnan laskentamenetelmiä. Nämä menetelmät kytkevät asteroidien pinnoista havaitut spektrit ensimmäistä kertaa pinnan ominaisuuksia kuvaaviin fysiikan perussuureisiin.

Helsingin yliopiston tähtitieteilijät kertovat Gaia-avaruusmissioon liittyvästä työstään lisää yleisötilaisuudessa lauantaina 30.6.2018 YK:n Asteroidipäivänä Helsingin Observatoriolla. 

Kuva 1: Linnunrata väreissä Gaian datan julkistamisen jälkeen. Kirkkaat tähdet ja tähtienvälisen pölyn aiheuttamat pimeät alueet erottuvat silmiinpistävällä tarkkuudella. Gaia on havainnoinut tähtien paikat ennennäkemättömällä tarkkuudella. Samalla Gaia on myös kartoittanut pölyn etäisyysjakautuman. Kuva: ESA

Kuva 2: Kuvassa asteroidin radan koon epävarmuus asteroidin radan koon funktiona. Gaian 22 kuukaudessa keräämä havaintoaineisto (keltainen) tuottaa jo parhaimmillaan yhtä tarkkoja radanmäärityksiä kuin jopa 200 vuoden mittaiset havaintojaksot pääosin maanpäällisillä teleskoopeilla (musta). Havaintojakson pituuden ja havaintojen lukumäärän kasvattaminen parantaa ratojen tarkkuutta entisestään. Gaian oli alun perin tarkoitus tehdä havaintoja 5 vuoden ajan (simuloitu ennuste punaisilla symboleilla), mutta tällä hetkellä näyttää melko todennäköiseltä, että Gaia voisi tehdä havaintoja jopa 10 vuoden ajan (simuloitu ennuste sinisillä symboleilla) ja täten mahdollistaa jopa 100-kertaisen parannuksen radanmääritysten tarkkuuteen. Kuva on julkaistu artikkelissa  F. Spoto et al. (Gaia Collaboration) 2018, Astronomy & Astrophysics, hyväksytty. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201832900

Lue lisää:
http://sci.esa.int/gaia/60147-waiting-for-gaia-s-second-data-release/
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dr2

Gaia-sa­tel­liit­ti löy­si en­sim­mäi­sen uu­den as­te­roi­din­sa 26.2.2017: https://www.helsinki.fi/fi/uutiset/luonnontieteet/gaia-satelliitti-loysi...
Tu­los­sa on tark­ka kol­miu­lot­tei­nen mai­se­ma Lin­nun­ra­das­ta 7.2.2014: https://www.helsinki.fi/fi/uutiset/kestava-kehitys/tulossa-on-tarkka-kol...

ESA:n tiedotustilaisuus Gaian ensimmäisestä datajulkaisusta pidettiin syyskuussa 2016: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Gaia/Watch_Gaia_first_da...

Euroopan avaruusjärjestön Gaia-sivut:
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Gaia
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Gaia/Gaia_overview

Yhteystiedot:
Professori Karri Muinonen, Helsingin yliopisto ja Maanmittauslaitos, karri.muinonen@helsinki.fi, 050 415 5474
Dosentti Mikael Granvik, Helsingin yliopisto ja Luulajan teknillinen yliopisto, mikael.granvik@helsinki.fi, 050 521 7209; Asteroidien ratojen ja massojen määritys Gaian astrometriasta
FT Johanna Torppa, Geologian tutkimuskeskus, johanna.t.torppa@gmail.com, 050 410 1152; Asteroidien muotojen ja pyörimistilojen määritys Gaian fotometriasta
FT Antti Penttilä, Helsingin yliopisto, antti.i.penttila@helsinki.fi, 050 524 0968; Asteroidien koostumusten analyysi Gaian spektroskopiasta
Viestinnän asiantuntija Minna Meriläinen-Tenhu, @MinnaMeriTenhu, 050 415 0316, minna.merilainen@helsinki.fi

Lue lisää aiheesta: Luonnontieteet