Quelle: DLR 13. Juni 2022.

13. Juni 2022 – Die Geheimnisse unserer Galaxie zu entschlüsseln und die Milchstraße dabei zu kartieren, ist eines der Hauptziele der Satellitenmission Gaia. Diesem Ziel ist die Mission am 13. Juni 2022 mit der Veröffentlichung des kompletten dritten Sternenkatalogs ein Stück nähergekommen: Rund 1,8 Milliarden Himmelsobjekte wurden dafür von Gaia beobachtet und vermessen. Bis zum voraussichtlichen Missionsende im Jahr 2025 soll so der mit rund zwei Milliarden Himmelskörpern bislang größte und auch genaueste Sternenkatalog entstehen.

Bislang größte Zählung von Doppelsternen
„In den letzten 34 Monaten konnte Gaia viele neue Erkenntnisse gewinnen und den bisherigen Katalog deutlich erweitern“, erklärt Dr. Alessandra Roy, Gaia-Projektleiterin in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „So enthalten die Daten die Positionen von rund 156.000 kleinen Körpern in unserem Sonnensystem, wie etwa Asteroiden. Ein weiteres Highlight ist die größte Zählung von Doppelsternsystemen in der Milchstraße, die bislang stattgefunden hat und die von entscheidender Bedeutung ist, um die Entstehung von Sternen zu verstehen.“ Außerdem konnten zahlreiche Transits von Exoplaneten, also das vorbeiziehen der Planeten vor ihrem Stern, beobachtet und dokumentiert werden.

Um die wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, muss Gaia fast ununterbrochen Hunderte von Himmelsobjekte pro Sekunde erfassen. Dabei kartiert die Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA die Objekte in der Milchstraße in drei Dimensionen, indem sie deren Positionen, ihre Entfernungen von der Erde und ihre Geschwindigkeiten in Richtung Erde misst. Die wissenschaftlichen Instrumente an Bord können die scheinbare Bewegung der Sterne am Himmel, die durch die jährliche Umlaufbahn der Erde um die Sonne verursacht wird (Parallaxen der Sterne), bestimmen und von ihren realen Bewegungen durch die Galaxie unterscheiden.

Selbst für die nächsten Sterne ist die scheinbare Bewegung winzig: Sie ist kleiner als eine Bogensekunde. Gaia misst die Position der Sterne mit einer Genauigkeit von rund einer 20 Millionstel Bogensekunde. „Dies entspricht der Messung des Durchmessers eines menschlichen Haares, wenn der Beobachter 1000 Kilometer weit vom Haar entfernt positioniert ist“, verdeutlicht Dr. Roy. „Aber die Sonde kann mehr als das: Sie bestimmt auch die Helligkeit, Temperatur und chemische Zusammensetzung sowie das Alter der fast zwei Milliarden beobachteten Objekte.“ Alle diese Parameter sind wichtig, um den Lebenszyklus und die Herkunft der beobachteten Sterne zu verstehen.

„Big Data“ aus dem All
Verarbeitet werden die riesigen Datenmengen aus dem All vom „Data Processing and Analysis Consortium“ (DPAC). Das DPAC ist eine Kooperation von rund 400 Forschenden sowie Softwareingenieurinnen und -ingenieuren, die in sechs verschiedenen Rechenzentren in ganz Europa arbeiten. Die so aufbereiteten Daten werden von Forschenden weltweit bereits erfolgreich genutzt: Seit Beginn der Mission waren die Informationen von Gaia die Grundlage für rund 8000 wissenschaftliche Veröffentlichungen.

Dabei hat die Erfassung von Himmelsobjekten eine lange Tradition: Der erste Sternenkatalog wurde im zweiten Jahrhundert v. Chr. von dem griechischen Astronomen Hipparchos von Nicäa erstellt. Seitdem wurden die Aufzeichnungen immer präziser. Aber Kataloge von Sternpositionen, die vom Boden aus beobachtet wurden, sind in ihrer Genauigkeit durch die Turbulenzen der Erdatmosphäre begrenzt. Die ESA-Mission Hipparcos (1989-1993) war die erste Weltraummission dieser Art und kartierte etwa 120.000 Sterne. Der endgültige Gaia-Katalog wird 10.000 bis 20.000 Mal größer sein als der von Hipparcos, da er Messungen der physikalischen Parameter und 3D-Positionen von etwa einem Prozent der hundert Milliarden Sterne in unserer Galaxis enthalten wird. Die Genauigkeit der Gaia-Informationen übertreffen die alten Daten zudem um das 20- bis 50-Fache.

Im Jahr 2013 startete die Mission Gaia in den Orbit und sammelt seither wissenschaftliche Daten. Die Veröffentlichung dieser Informationen wird aufgrund der gewaltigen Datenmengen in einzelne Kataloge aufgeteilt: Bereits die erste Veröffentlichung, die im September 2014 stattfand, umfasste die Parallaxen und die Eigenbewegungen von rund zwei Millionen Sternen. Die zweite Gaia-Veröffentlichung im April 2018 enthielt bereits 1,3 Milliarden Messungen und war noch genauer als die erste. Der dritte Katalog wurde in zwei Teile geteilt: die vorzeitige Datenveröffentlichung (eDR3), die im Dezember 2020 veröffentlicht wurde, und die heutige vollständige dritte Datenveröffentlichung (DR3).

Für die Zukunft sind derzeit zwei weitere Veröffentlichungen geplant. Der vierte Gaia-Katalog wird auf Daten der ersten fünf Jahre seit dem Start von Gaia basieren und soll bis Ende 2025 veröffentlicht werden. Er wird sowohl vollständige astrometrische und photometrische Daten für fast zwei Milliarden Sterne enthalten, als auch eine Liste veränderlicher Sterne, multipler Sternsysteme und Exoplaneten. Aufgrund einer möglichen Missionsverlängerung bis 2025 ist ein fünfter Katalog vorgesehen, der voraussichtlich im Jahr 2030 publiziert werden soll.

Die neuen Gaia-Daten können ab dem 13. Juni 2022, 12:00 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit, im Gaia-Archiv abgerufen werden: https://gea.esac.esa.int/archive/

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Quelle: ESA 13. Juni 2022.

13. Juni 2022 – Gaia ist die Mission der ESA zur Erstellung der genauesten und vollständigsten multidimensionalen Karte der Milchstraße. Dadurch können die Astronom*innen die Struktur und vergangene Entwicklung unserer Heimatgalaxie über Milliarden von Jahren nachvollziehen sowie den Lebenszyklus von Sternen und unseren Platz im Universum besser verstehen.

Was ist neu in der Datenfreigabe 3?
Die Datenfreigabe 3 von Gaia enthält neue und verbesserte Details für fast zwei Milliarden Sterne in unserer Galaxie. Der Katalog enthält neue Daten, wie z. B. chemische Zusammensetzungen, Sterntemperaturen, Farben, Massen, Alter und die Geschwindigkeit, mit der sich Sterne auf uns zu oder von uns weg bewegen (Radialgeschwindigkeit). Ein Großteil dieser Informationen wird durch die erstmals veröffentlichten Spektroskopie-Daten von Gaia bereitgestellt, für die das Sternenlicht in seine einzelnen Farben aufgespalten wird (wie bei einem Regenbogen). Die Daten enthalten auch spezielle Untergruppen von Sternen, z. B. jene, deren Helligkeit sich mit der Zeit ändert.

Dieser Datensatz enthält auch den bisher größten Katalog von Doppelsternen, Tausende von Objekten des Sonnensystems wie Asteroiden und Monde von Planeten sowie Millionen von Galaxien und Quasaren außerhalb der Milchstraße.

Sternenbeben
Zu den überraschendsten Entdeckungen in den neuen Daten gehört, dass Gaia Sternenbeben – winzige Bewegungen auf der Oberfläche eines Sterns – nachweisen kann, die die Form der Sterne verändern. Das Observatorium wurde eigentlich nicht dafür gebaut.

Gaia hat bereits zuvor radiale Schwingungen gefunden, die Sterne regelmäßig anschwellen und schrumpfen lassen, während sie ihre kugelförmige Gestalt beibehalten. Allerdings hat Gaia jetzt auch andere Schwingungen entdeckt, die eher wie große Tsunamis wirken. Diese nicht-radialen Schwingungen verändern lediglich die globale Form eines Sterns und sind daher nicht so leicht zu erkennen.

Gaia hat bei Tausenden von Sternen starke nicht-radiale Sternenbeben entdeckt. Gaia hat außerdem derartige Schwingungen in Sternen aufgedeckt, bei denen diese bisher nur selten zu sehen waren. Nach den derzeitigen Theorien sollten diese Sterne keine Beben haben, aber Gaia hat sie an ihrer Oberfläche entdeckt.

„Sternenbeben lehren uns eine Menge über die Sterne, insbesondere über ihr Innenleben. Gaia ist eine Goldgrube für die ‚Asteroseismologie‘ massereicher Sterne“, sagt Conny Aerts von der KU Leuven in Belgien, die Mitglied des Gaia-Konsortiums ist.

Die DNA der Sterne
Die Zusammensetzung der Sterne kann uns etwas über ihren Entstehungsort und ihre anschließende Reise und damit über die Geschichte der Milchstraße verraten. Mit den heute veröffentlichten Daten enthüllt Gaia die größte chemische Karte der Galaxie, die mit 3D-Bewegungen von der Umgebung unserer Sonne bis hin zu kleineren Galaxien in unserer Nähe gekoppelt ist.

Einige Sterne enthalten mehr „Schwermetalle“ als andere. Während des Urknalls bildeten sich nur leichte Elemente (Wasserstoff und Helium). Alle anderen schwereren Elemente, die von Astronom*innen „Metalle“ genannt werden, entstehen im Inneren von Sternen. Wenn Sterne sterben, werden diese Metalle in das Gas und den Staub zwischen den Sternen, das sogenannte interstellare Medium, freigesetzt, aus dem dann neue Sterne entstehen. Durch das aktive Entstehen und Sterben von Sternen entsteht eine metallreichere Umgebung. Die chemische Zusammensetzung eines Sterns ist somit eine Art DNA, die uns wertvolle Informationen über seine Herkunft liefert.

Dank Gaia wissen wir, dass einige Sterne in unserer Galaxie aus primordialem Material bestehen, während andere wie unsere Sonne aus einer Materie bestehen, die von früheren Generationen von Sternen angereichert wurde. Die dem Zentrum und der Ebene unserer Galaxie näher gelegenen Sterne sind reicher an Metallen als Sterne in größerer Entfernung. Gaia hat außerdem anhand ihrer chemischen Zusammensetzung Sterne identifiziert, die ursprünglich aus anderen Galaxien als unserer stammen.

„Unsere Galaxie ist ein wunderschöner Schmelztiegel von Sternen“, sagt Alejandra Recio-Blanco vom Observatoire de la Côte d’Azur in Frankreich, die Mitglied von des Gaia-Konsortiums ist.

„Diese Vielfalt ist extrem wichtig, denn sie verrät uns die Geschichte der Entstehung unserer Galaxie. Sie offenbart die Migrationsprozesse innerhalb unserer Galaxie und die Akkretion aus externen Galaxien. Dies zeigt auch deutlich, dass unsere Sonne und wir alle Teil eines sich ständig verändernden Systems sind, das durch die Zusammenführung von Sternen und Gas unterschiedlicher Herkunft entstanden ist.“

Doppelsterne, Asteroiden, Quasare und mehr
Mehrere heute veröffentlichte Arbeiten spiegeln die ganze Fülle und Tiefe des Entdeckungspotenzials von Gaia wider. Ein neuer Katalog von Doppelsternen gibt Aufschluss über die Masse und die Entwicklung von mehr als 800.000 Doppelsternsystemen, während eine neue Asteroidenstudie, die 156.000 felsige Körper umfasst, den Ursprung unseres Sonnensystems näher beleuchtet. Gaia enthüllt auch Informationen über 10 Millionen veränderliche Sterne, geheimnisvolle Makromoleküle zwischen den Sternen sowie Quasare und Galaxien außerhalb unserer eigenen kosmischen Nachbarschaft.

„Anders als bei anderen Missionen, die auf bestimmte Objekte abzielen, handelt es sich bei der Mission Gaia um eine Durchmusterungsmission. Das bedeutet, dass Gaia bei der mehrfachen Durchmusterung des gesamten Himmels mit Milliarden von Sternen zwangsläufig Entdeckungen machen wird, die anderen, spezielleren Missionen entgehen würden. Das ist eine ihrer Stärken, und wir sind gespannt darauf, dass die Astronomiegemeinschaft unsere neuen Daten genau unter die Lupe nimmt, um noch mehr über unsere Galaxie und ihre Umgebung zu erfahren, als wir uns vorstellen konnten“, sagt Timo Prusti, Projektwissenschaftler für Gaia bei der ESA.

Gaia Data Release 3 Papers (Englisch)
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dr3-papers

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