Satélite GAIA

Descrição da imagem: O satélite Gaia, construído em Toulouse (França) pela Astrium. Na Grécia antiga, no século II a.C., Hiparco de Niceia (-190 a -120 a.C.) mediu minuciosamente a olho nu a posição de mais de um milhar de estrelas. Hiparco produziu o primeiro catálogo estelar. Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite), o primeiro satélite de astrometria (1989-1993), forneceu as coordenadas celestes de cerca de 120.000 estrelas, com uma precisão de 10 a 100 vezes maior do que os catálogos anteriores, estabelecidos com instrumentos terrestres. Depois do satélite Hipparcos, é a vez de GAIA, o topógrafo, percorrer a Galáxia com espelhos muito maiores e mapear em 3D mais de um bilhão de objetos (estrelas, planetas, pulsares, quasares, etc.). Fonte da imagem: Astronoo.

GAIA mapeia a Via Láctea

GAIA é um projeto da Agência Espacial Europeia (ESA). O satélite foi lançado em 19 de dezembro de 2013 da Guiana Francesa por um foguete Soyuz. Esta missão tem como objetivo mapear nossa Via Láctea em 3D com uma precisão que varia de 7 microsegundos de arco ou 7/3600 avos de grau para as estrelas mais brilhantes (magnitude 12 e menos) até 300 microsegundos de arco para as estrelas mais fracas (magnitude 20).

Os cientistas coletarão dados de mais de um bilhão de objetos e compreenderão melhor os mecanismos de formação das galáxias, o funcionamento interno das estrelas, a influência da matéria escura e a curvatura dos raios luminosos devido aos efeitos gravitacionais.

A sonda de 2 toneladas possui 3 detectores instalados em um dos dois telescópios que poderão realizar cerca de 75 medições de astrometria, fotometria e espectroscopia em cada objeto observado. Registrará a posição, a velocidade, o brilho e a distância em relação à Terra de cada uma das estrelas apontadas por seus telescópios.

GAIA é, portanto, o topógrafo da Galáxia; a sonda enviará durante 5 anos mais de um petabyte de dados (1000 TB) que serão processados pelo CNES e 30 laboratórios internacionais. Graças ao censo de todas essas estrelas, os astrônomos poderão identificar diferentes gerações de populações estelares e reconstruir sua trajetória no espaço e no tempo.

O objetivo de GAIA é produzir a imagem mais detalhada possível da estrutura de nossa Galáxia e prever sua evolução. Os levantamentos, de uma precisão sem igual, alimentarão os cientistas por décadas. GAIA é capaz de medir a espessura de um fio de cabelo localizado a 1000 km de distância.

Para medir a distância das estrelas, GAIA utiliza o método da paralaxe estelar. Este antigo método geométrico consiste em apontar a estrela duas vezes, com um intervalo de seis meses. Em outras palavras, os astrônomos medem o ângulo de paralaxe medindo a posição de uma estrela a partir de uma posição da Terra em sua órbita e medem novamente, 6 meses depois, quando a Terra está do outro lado do Sol, tendo percorrido 300 milhões de km. Quanto mais próxima estiver a estrela, maior será o ângulo de paralaxe, o que nos dá diretamente a distância da estrela. Conhecendo a distância de uma estrela, podemos determinar suas principais características, sua luminosidade real, sua idade, sua massa, sua temperatura. Para isso, será necessário conhecer em todo momento a distância entre essas duas janelas de disparo e, portanto, conhecer muito precisamente a posição de GAIA.

Monitoramento a partir do solo

O monitoramento contínuo a partir do solo será assegurado por uma rede de telescópios, para posicionar GAIA com uma precisão de uma centésima de segundo de arco, o que significa que o satélite deverá permanecer confinado dentro de um raio de 100 metros. Este dispositivo, chamado GBOT (Ground Based Optical Tracking), complementa os métodos de rádio da ESA.

Em uma pequena bolha de 12 anos-luz de diâmetro centrada no Sol, já contamos com 31 estrelas. Mas assim que GAIA apontar seus dois telescópios de carbeto de silício para distâncias longínquas, da ordem de 30.000 anos-luz, poderá detectar centenas de milhares de estrelas e até exoplanetas do tamanho de Júpiter.

GAIA deveria detectar entre 1000 e 2000 cefeidas na Via Láctea; como a distância será perfeitamente conhecida, isso permitirá calibrar com precisão o método de medição. A sonda europeia também estudará cerca de 500.000 quasares e, através da observação em grande escala do movimento das estrelas, Gaia nos mostrará a distribuição da matéria escura.

Talvez suas medições forneçam respostas a um dos principais problemas da astrofísica moderna, o da natureza da maior parte da matéria do universo. Graças à grande precisão da sonda, as medições científicas de Gaia permitirão testar ainda mais finamente a teoria geral da relatividade de Einstein. É provável que efeitos gravitacionais normalmente invisíveis apareçam claramente nos dados.

E finalmente, graças à precisão de suas medições fotométricas e astrométricas, Gaia poderá ver milhares de exoplanetas pelo método de trânsito, já que cada objeto deve ser visto várias dezenas de vezes durante a missão. A potência de cálculo necessária para processar todos esses dados é estimada em 6 teraflops (6.000 bilhões de operações por segundo). O volume de dados a ser processado será da ordem de um milhão de trilhões de bytes, ou seja, a capacidade de 250.000 DVDs.

Gaia observará o céu profundo a partir de uma órbita privilegiada ao redor do Sol. Esta localização especial é o ponto de Lagrange L2. O ponto L2 é um local privilegiado para observar o universo porque é um ambiente térmico extremamente estável. Está localizado a 1.492 milhões de km da Terra na linha definida pela Terra e pelo Sol. Desde 2009, encontram-se nesta órbita os satélites Planck Surveyor e Herschel. Este ponto de Lagrange L2 segue a Terra enquanto orbitamos o Sol, de modo que o Sol, a Terra e a Lua estão sempre fora do campo de visão dos instrumentos.

Fim da coleta de dados (janeiro de 2025) e publicação do catálogo final (2030)

Com a conclusão de suas observações e a publicação do catálogo final, Gaia deixará um legado sem igual para as futuras gerações de astrônomos.