Il mappatore della Via Lattea: 6 modi in cui il satellite Gaia cambierà l’astronomia

Astronomi da tutto il mondo stanno per avere il loro primo assaggio di uno strumento che trasformerà le loro vite lavorative.

Gaia, un telescopio spaziale lanciato nello spazio dall’European Space Agency (ESA) a fine 2013, rilascerà la prima mappa della Via Lattea il 14 Settembre. Il catalogo mostrerà le posizioni in 3D di 2,057,050 stelle e altri oggetti, e come queste posizioni sono cambiate nell’arco degli ultimi vent’anni. In seguito, la mappa conterrà un miliardo di oggetti o più, e sarà 1,000 volte più estesa e almeno 10 volte più precisa di tutto ciò che si era ottenuto in precedenza.

Il catalogo che verrà rilasciato la prossima settimana includerà anche 19 articoli dagli astronomi di Gaia che hanno già ottenuto i dati. Ma altri team di ricercatori sono anch’essi in preparazione per il loro primo salto. Lennart Lindegren, un astronomo del Lund Observatory in Sevia e uno dei principali ruoli guida nel progetto di Gaia fin dalla sua prima proposizione nel 1993, si aspetta che gli astronomi producano oltre 100 articoli nelle settimane appena successive il rilascio del primo catalogo.

Alcuni gruppi hanno pianificato anche degli eventi di ‘Gaia hacking’ e ‘Gaia sprint’, nei quali i ricercatori lavoreranno collettivamente in modo da capire come sfruttare al meglio una tale mole di dati. “Gaia sta per rivoluzionare ciò che sappiamo sulle stelle e la galassia,” dice David Hogg, un astronomo alla New York University che sta guidando alcuni di questi sforzi collettivi. Pertanto la domanda è, quali sono alcune delle principali rivelazioni che Gaia potrebbe farci?

Archeologia della Via Lattea

La visione in 3D di Gaia della nostra Via Lattea in moto mostrerà come le stelle si muovono sotto l’effetto della forza gravitazionale. Questo ci consentirà di comprendere meglio la struttura della Galassia, incluse le parti che non sono direttamente visibili dalla Terra, come le ‘barre’ – i due bracci che fuoriescono diritti dal centro galattico e si uniscono alle braccia a spirale.

I ricercatori saranno in grando di identificare gruppi estranei di stelle, che si muovono insieme ad alte velocità, e che si reputa siano i residui di unioni con galassie più piccole, dice Michael Perryman, un astronomo all’University College Dublin e precedente senior scientist per Gaia ad ESA. Combinata con l’informazione che già abbiamo a disposizione riguardo il colore delle stelle, la temperatura, e la composizione chimica, questa mappa dettagliata consentirà ai ricercatori di ricostruire l’archeologia della Galassia: ovvero come la galassia sia diventata così come la vediamo oggi nell’arco degli ultimi 13 miliardi di anni. “Durante la sua fase operativa, Gaia riuscirà ad apportare un radicale cambiamento nella nostra comprensione della struttura della Via Lattea e della sua storia evolutiva,” dice Monica Valluri, un astronomo all’University of Michigan in Ann Arbor.

Dov’è la materia oscura della Via Lattea?

I dettagli delle traiettorie delle stelle dentro la Galassia riveleranno la distribuzione non solo della materia visibile ma anche della materia oscura, la quale si ritiene costituisca la maggior parte della materia di molte galassie. Questo potrebbe a sua volta aiutarci a capire cosa sia realmente la materia oscura.

Gaia potrebbe anche permettere di verificare alcune teorie più esotiche. La teoria standard sulla materia oscura predice che il campo gravitazionale della Galassia sia a simmetria sferica nelle vicinanze del centro galattico ma che diventi elongato “come un pallone da football Americano” nelle zone più esterne, spiega Valluri. Una teoria alternativa chiamata MOND (modified Newtonian dynamics) implica che il campo sia invece conformato più come un pancake. Osservato la velocità delle stelle, che dipende dall’azione del campo gravitazionale, Gaia sarà dunque capace di verificare quale delle due teorie fa la predizione più plausibile.

I dati potrebbero anche mostrare l’evidenza che la materia oscura abbia ucciso i dinosauri. Se la materia oscura fosse infatti concentrata in un ‘disco oscuro’ relativamente sottile in prossimità del piano galattico, dice l’audace teoria, potrebbe inizializzare impatti di asteroidi che causerebbero estinzioni di massa se il Sistema Solare passasse attraverso tale disco.

Distanze stellari incerte

Le misure precise sulla distanza delle singole stelle dal Sole consentiranno agli astrofisici di aggiustare i loro modelli sull’evoluzione stellare. Ciò è dovuto al fatto che le attuali teorie dipendono fortemente dalle stime di distanza per capire come la luminosità intrinseca di una stella cambi durante l’arco della sua vita.

Uno dei primi gruppi di stelle che i ricercatori andranno a verificare è quello delle Pleiadi, un ammasso aperto nella costellazione del Toro. La maggior parte delle osservazioni, inclusa una condotta con l’Hubble Space Telescope, forniscono una distanza dell’ammasso di 135 parsec (440 anni luce). Ma risultati ottenuti tramite Hipparcos, una missione spaziale ESA che ha preceduto Gaia, suggeriscono che l’ammasso si trovi a soli 120 parsec di distanza.

Qualcuno ha affermato che questa discrepanza pone dei dubbi sulla reale accuratezza delle misure ottenute da Hipparcos. Gaia usa un metodo simile, ma molto più evoluto, rispetto a quello di Hipparcos, così che gli astronomi potranno monitorare le sue osservazioni in modo più approfondito. “Ritengo che il risultato di Hipparcos potrebbe molto probabilmente essere confutato da Gaia,” dice David Soderblom del Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, un autore nello studio condotto con Hubble.

Migliaia di nuovi mondi

Gli astronomi hanno scoperto migliaia di pianeti in orbita attorno ad altre stelle, nella maggior parte dei casi tramite la rilevazione di piccoli avvallamenti nella luminosità della stella quando il pianeta in orbita vi passa di fronte, o “transita”. Gaia rileverà pianeti usando un altro metodo: misurando i leggeri spostamenti avanti e indietro nella posizione della stella, causati dall’attrazione gravitazionale del pianeta.

“Sembra come una bella scommessa che la missione potrà rivelare migliaia di nuovi mondi,” dice Gregory Laughlin, un astronomo alla Yale University in New Haven, Connecticut.

La tecnica di Gaia è particolarmente adatta a rilevare pianeti di grandi dimensioni in orbite relativamente ampie, dice Alessandro Sozzetti, un ricercatore di Gaia all’Osservatorio Astrofisico di Turino in Italia. E contrariamente al metodo dei transiti, tale tecnica riesce a misurare la massa del pianeta. Se funzionerà, permetterà un incredibile ritorno in carreggiata di un metodo che in passato ha visto molte false partenze.

Ma trovare pianeti in questo modo richiederà comunque diversi anni di osservazioni, con una anteprima che sarà disponibile a partire dal 2018, dice Sozzetti.

Quanto velocemente l’Universo si sta espandendo

Sebbene Gaia sia primariamente un esploratore della Via Lattea, la sua grande capacità permetterà di raggiungere anche i campi dell’intero Universo osservabile.

Le misure di distanza effettuate da Gaia funzioneranno solo per oggetti nella Galassia o nelle immediate vicinanze; per stimare le distanze di galassie lontane, gli astronomi tipicamente sfruttano le esplosioni di supernovae dette di Tipo Ia. La luminosità apparente di tali supernovae rivela quanto sia lontana la galassia che le ospita. Questi punti di riferimento, o ‘candele standard’, sono state ad oggi il miglior metodo disponibile per stimare il tasso di espansione dell’Universo. Le misure hanno portato gli astronomi a postulare l’esistenza di una misteriosa ‘energia oscura’ che ha accelerato tale espansione.

Ma per utilizzare le supernovae come punti di riferimento, gli astronomi devono confrontarle con altri tipi di candele nella nostra Galassia. Nel suo primo rilascio dati, Gaia misurerà le distanze di migliaia di stelle di questo tipo con elevata accuratezza. Successivamente, le misure del satellite consentiranno ai cosmologi di migliorare le loro mappe di distanza dell’intero Universo e probabilmente di risolvere alcuni problemi di incongruenza sulle stime del tasso di espansione.

Minacce da asteroidi invisibili

Dal momento che Gaia scandaglia il cielo costantemente, il satellite riuscirà a tracciare e a scoprire oggetti che sono molto più vicini a noi delle stelle più prossime. Si ritiene che in definitiva riuscirà ad osservare circa 350,000 asteroidi dentro il Sistema Solare, e a scoprirne centiana di nuovi, dice l’astronomo di Gaia Paolo Tanga del Côte d’Azur Observatory in Nice, Francia. Questi oggetti includeranno NEAR-Earth objects (NEOs), i quali hanno orbite che li portano fino a circa 200 milioni di km dalla Terra.

Se un NEO dovesse essere trovato, , Gaia può mettere in allerta gli osservatori, i quali potranno poi utilizzare i telescopi da terra per stabilire se l’oggetto possa costituire una minaccia. Dal suo punto vantaggioso di osservazione, Gaia scandaglierà quasi l’intera volta celeste, e potrebbe pertanto rilevare oggetti che, durante certi momenti sono troppo vicini al Sole per essere osservati da Terra, dice Anthony Brown, un astronomo al Leiden Observatory nei Paesi Bassi, che guida la collaborazione di Gaia per il processamento dei dati. “Possiamo osservare in aree che normalmente non potremmo raggiungere da terra nello stesso tempo.”

Tracciando le rotte di determinati asteroidi nell’arco di diversi anni, Gaia consentirà di ottenere verifiche accurate della descrizione della gravità fornita da Albert Einstein, ovvero la sua teoria della Relatività Generale.

Articolo tradotto dall’originale a cura di Davide Castelvecchi, pubblicato su Nature News.

Nature 537, 292–293 (15 September 2016) doi:10.1038/nature.2016.20569