In december 2013 lanceerde de European Space Agency (ESA) de Gaia missie, een ruimteobservatorium ontworpen om de posities van bewegingen van hemellichamen te meten. Tijdens zijn vijfjarige missie heeft dit observatorium in totaal 1 miljard objecten bestudeerd - inclusief verre sterren, planeten, kometen, asteroïden, quasars, enz. - om de grootste en meest nauwkeurige 3D-ruimtecatalogus te creëren ooit gemaakt.
Met de tweede release van Gaia gegevens, die plaatsvonden op 25 april 2018, hebben astronomen een aantal diepgaande ontdekkingen gedaan over onze Melkweg. De meest recente is een 3D-kaart van de Melkweg die is gericht op OB-sterren, de heetste, helderste en meest massieve sterren in onze Melkweg. Met deze nieuwste 3D-kaart, Gaia heeft astronomen nog een ander hulpmiddel gegeven om de verspreiding en samenstelling van onze Melkweg te verkennen, evenals de evolutie ervan in het verleden en de toekomst.
Simpel gezegd, het is erg uitdagend om de structuur van de Melkweg - die een afgeplatte schijfvorm heeft die wordt gekenmerkt door spiraalarmen - in kaart te brengen of de verdeling van sterren in zijn schijf te reconstrueren. Dit komt doordat het zonnestelsel, zoals bij de meeste sterren in onze Melkweg, is ingebed in de galactische schijf zelf. Als gevolg hiervan moesten astronomen vertrouwen op waarnemingen van andere sterrenstelsels om een beter begrip te krijgen van hoe onze eigen sterren eruit zien.
Dit is waar de 3D-posities en de 2D-bewegingen van de meer dan 1 miljard objecten worden waargenomen door Gaia komt in het spel. Met behulp van gegevens over 40.000 OB-sterren op een afstand van 10.000 lichtjaar van de zon, kon Kevin Jardine - een softwareontwikkelaar en amateurastronoom die gespecialiseerd is in het gebruik van astronomische gegevens om de Melkweg in kaart te brengen - deze uitgebreide kaart maken.
Omdat OB-sterren een relatief korte levensduur hebben - tot enkele tientallen miljoenen jaren - worden ze meestal dicht bij hun formatieplaatsen in de Galactische Schijf gevonden. Deze sterren zenden tijdens hun leven een aanzienlijke hoeveelheid ultraviolette straling uit, die het omringende interstellaire gas snel ioniseert. Als zodanig kunnen ze worden gebruikt om de algehele verspreiding van jonge sterren, stervormingsplaatsen en de spiraalarmen van de Melkweg met een hoge mate van nauwkeurigheid te volgen.
Zoals Jardine uitlegde op zijn blog op Galaxy Map:
“Ik heb deze kaart ontwikkeld met hulp van wetenschappers van de Gaia-missie van de European Space Agency en onderzoekers van de universiteiten van Leiden en Heidelberg. Het omvat isosurface sterdichtheid die de belangrijkste concentraties van de heterere O-, B- en A-sterren in de Gaia DR2-release in kaart brengt, ongeveer 5000 extreem hete ioniserende sterren, stofwolken en HII-gebieden. Sterker nog, het is zowel in een face-on-vorm van boven de Melkweg beschikbaar als in een echte 3D-versie in de nieuwste versie van Gaia Sky. ”
Op deze manier kon Jardine een kaart maken die is gecentreerd op de zon en de galactische schijf toont zoals deze van buiten de melkweg zou verschijnen. Om te gaan met het enorme aantal sterren in de Gaia catalogus, Kevin gebruikte een techniek die vaak wordt gebruikt in CT-scans om het weefsel van organen en botten te visualiseren. Deze techniek staat bekend als dichtheids-iso-oppervlakken, waarbij een glad oppervlak punten van constante waarde vertegenwoordigt binnen een 3D-volume van de ruimte.
Hierdoor kunnen regio's met verschillende dichtheden worden gevisualiseerd; in dit geval werden verschillende gebieden van de galactische schijf voorgesteld door verschillende kleuren, afhankelijk van de dichtheid van ioniserende sterren. De gebieden met de hoogste dichtheid worden weergegeven in roze-paarse tinten, gebieden met een gemiddelde dichtheid worden vertegenwoordigd door violet / blauw en gebieden met een lage dichtheid zijn donkerblauw.
Jadrine raadpleegde ook gegevens van andere astronomische onderzoeken om concentraties van interstellair stof (groen) en bekende wolken van geïoniseerd gas (rode bollen) in kaart te brengen. Zoals je kunt zien, heeft de kaart een ongebruikelijk uiterlijk, waarbij sterconcentraties lijken te zijn gerangschikt in spaken die zich uitstrekken vanaf de kern, in plaats van in spiraalarmen. Dit komt door een combinatie van stofwolken die het zicht op de achterliggende sterren belemmeren en de verspreiding van sterren langs specifieke gezichtslijnen.
Op zijn blog sprak Jardine veel trots uit over de kaart die hij had gemaakt en bedankte iedereen die het mogelijk heeft gemaakt. 'Soms komen dromen uit', schreef hij. "Vandaag kan ik een gedetailleerde kaart van de Melkweg aankondigen tot 3000 parsecs of ongeveer 10.000 lichtjaar van de zon ... Ik beheer deze site nu al bijna 14 jaar, maar het voelt vandaag als een nieuw begin."
Deze kaart, de laatste doorbraak die uit de tweede release van zal komen Gaia gegevens, zullen astronomen helpen meer te weten te komen over de soorten sterren waaruit onze Melkweg bestaat, de algehele structuur ervan en hoe de Melkweg zich in de toekomst zal ontwikkelen. De derde release van Gaia de gegevens zullen eind 2020 plaatsvinden en de definitieve catalogus zal in de jaren 2020 worden gepubliceerd.
Inmiddels is er al een verlenging goedgekeurd voor de Gaia missie, die nu tot eind 2020 zal blijven bestaan. Een interactieve versie van deze kaart is ook beschikbaar als onderdeel van Gaia Sky, een realtime 3D-astronomie visualisatiesoftware die is ontwikkeld voor de Gaia missie aan de Universiteit van Heidelberg's Astronomisches Rechen-Institut.
En bekijk zeker deze trailer van de Gaia 3D-kaart, met dank aan Kevin Jardine:
