Una sequenza di immagini scattate come parte della campagna di tracciamento ottico a terra del satellite Gaia dell'ESA con il VLT Survey Telescope (VST) da 2,6 metri dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO) in Cile. Le stelle nell'immagine appaiono leggermente allungate, poiché il telescopio sta seguendo Gaia piuttosto che le stelle. Le osservazioni sono state impilate usando le stelle come riferimento per mostrare il movimento di Gaia attraverso il cielo. Credito:ESO, CC BY 4.0
Mentre la missione Gaia dell'ESA ha rilevato più di un miliardo di stelle dallo spazio, gli astronomi hanno monitorato regolarmente la posizione del satellite nel cielo con telescopi in tutto il mondo, compreso l'Osservatorio europeo meridionale in Cile, per perfezionare ulteriormente l'orbita di Gaia e, infine, migliorare l'accuratezza del suo censimento stellare.
Un anno fa, la missione Gaia ha rilasciato la sua tanto attesa seconda serie di dati, che includeva misurazioni di alta precisione:posizioni, indicatori di distanza e moti propri, di oltre un miliardo di stelle nella nostra galassia, la Via Lattea. Il catalogo, sulla base di meno di due anni di osservazioni e quasi quattro anni di elaborazione e analisi dei dati da parte di una collaborazione di circa 450 scienziati e ingegneri del software, ha permesso studi trasformazionali in molti campi dell'astronomia, generando più di 1000 pubblicazioni scientifiche negli ultimi dodici mesi.
Nel frattempo nello spazio, Gaia continua a scansionare il cielo e a raccogliere dati che vengono elaborati per versioni future per ottenere una precisione ancora maggiore sulla posizione e sul movimento delle stelle e consentire studi sempre più approfonditi e dettagliati sul nostro posto nel cosmo. Ma per raggiungere la precisione prevista per il catalogo finale di Gaia, è fondamentale individuare la posizione e il movimento del satellite dalla Terra.
A questo scopo, gli esperti di dinamica di volo presso il centro operativo dell'ESA utilizzano una combinazione di tecniche, dal tradizionale tracciamento radio e range all'osservazione simultanea utilizzando due antenne radio, il cosiddetto metodo delta-DOR. In un approccio unico e innovativo per l'ESA, il tracciamento a terra di Gaia include anche osservazioni ottiche fornite da una rete di telescopi di medie dimensioni in tutto il pianeta.
Il VLT Survey Telescope (VST) da 2,6 metri dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO) in Cile registra la posizione di Gaia nel cielo per circa 180 notti all'anno.
Rappresentazione artistica della navicella spaziale Gaia. Credito:ESA/ATG medialab
"Si tratta di un'entusiasmante collaborazione spazio-terra, utilizzando uno dei telescopi di classe mondiale dell'ESO per ancorare le osservazioni pionieristiche del miliardario agrimensore stellare dell'ESA, "dice Timo Prusti, Scienziato del progetto Gaia all'ESA.
"Il VST è lo strumento perfetto per individuare il movimento di Gaia, " aggiunge Ferdinando Patat, capo dell'Ufficio programmi di osservazione dell'ESO. "Utilizzare una delle strutture terrestri di prim'ordine dell'ESO per sostenere osservazioni spaziali all'avanguardia è un ottimo esempio di cooperazione scientifica".
Inoltre, il telescopio Liverpool di due metri situato alla Palma, Isole Canarie, Spagna, e la rete globale di telescopi ottici Las Cumbres, che gestisce telescopi da due metri in Australia e negli Stati Uniti, hanno anche osservato Gaia negli ultimi cinque anni come parte della campagna Ground Based Optical Tracking (GBOT).
"Le osservazioni di Gaia richiedono una procedura di osservazione speciale, " spiega Monika Petr-Gotzens, che ha coordinato l'esecuzione delle osservazioni dell'ESO su Gaia dal 2013. "La navicella spaziale è ciò che chiamiamo un 'bersaglio mobile', dato che si sta muovendo rapidamente rispetto alle stelle sullo sfondo, seguire Gaia è una vera sfida!"
In queste immagini Gaia è un semplice puntino di luce tra le tante stelle che il satellite stesso ha misurato, quindi è necessaria una calibrazione meticolosa per trasformare questo corpo di osservazioni in dati significativi che possono essere inclusi nella determinazione dell'orbita del satellite.
La vista a tutto cielo di Gaia della nostra Via Lattea e delle galassie vicine, sulla base di misurazioni di quasi 1,7 miliardi di stelle. La mappa mostra la luminosità totale e il colore delle stelle osservate dal satellite ESA in ogni porzione di cielo tra luglio 2014 e maggio 2016. Le regioni più luminose indicano concentrazioni più dense di stelle particolarmente luminose, mentre le regioni più scure corrispondono a zone del cielo dove si osservano meno stelle luminose. La rappresentazione del colore si ottiene combinando la quantità totale di luce con la quantità di luce blu e rossa registrata da Gaia in ogni lembo di cielo. La struttura orizzontale luminosa che domina l'immagine è il piano galattico, il disco appiattito che ospita la maggior parte delle stelle della nostra Galassia domestica. Al centro dell'immagine, il centro galattico appare vivido e brulicante di stelle. Le regioni più scure del piano galattico corrispondono a nubi in primo piano di gas e polvere interstellari, che assorbono la luce delle stelle più lontane, dietro le nuvole. Molti di questi nascondono asili nido stellari dove stanno nascendo nuove generazioni di star. Sparsi sull'immagine ci sono anche molti ammassi globulari e aperti - raggruppamenti di stelle tenute insieme dalla loro gravità reciproca, così come intere galassie oltre la nostra. I due oggetti luminosi in basso a destra dell'immagine sono le Grandi e Piccole Nubi di Magellano, due galassie nane in orbita attorno alla Via Lattea. Credito:ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO
Ciò ha richiesto l'utilizzo dei dati della seconda versione di Gaia per identificare le stelle in ciascuna delle immagini raccolte negli ultimi cinque anni e calcolare la posizione del satellite nel cielo con una precisione di 20 milliarcosecondi o superiore (un secondo d'arco è equivalente alla dimensione di un Euro moneta vista da una distanza di circa quattro chilometri).
"Questo è un processo impegnativo:stiamo usando le misurazioni delle stelle di Gaia per calibrare la posizione della navicella spaziale Gaia e, infine, migliorare le sue misurazioni delle stelle, " spiega Timo.
Le osservazioni da terra forniscono anche informazioni chiave per migliorare la determinazione della velocità di Gaia nello spazio, che deve essere conosciuto con la precisione di pochi millimetri al secondo. Ciò è necessario per correggere un fenomeno noto come aberrazione della luce - un'apparente distorsione nella direzione della luce in entrata dovuta al movimento relativo tra la sorgente e un osservatore - in un modo simile all'inclinazione dell'ombrello mentre si cammina sotto la pioggia.
"Dopo un'attenta e lunga elaborazione dei dati, ora abbiamo raggiunto la precisione richiesta per le osservazioni da terra di Gaia da implementare come parte della determinazione dell'orbita, "dice Martin Altmann, capo della campagna GBOT dell'Astronomisches Rechen-Institut, Centro per l'Astronomia dell'Università di Heidelberg, Germania, che lavora in stretta collaborazione con i colleghi dell'Osservatorio di Parigi in Francia.
Le informazioni GBOT verranno utilizzate per migliorare la nostra conoscenza dell'orbita di Gaia non solo nelle osservazioni a venire, ma anche per tutti i dati che sono stati raccolti dalla Terra negli anni precedenti, portando a miglioramenti nei prodotti di dati che saranno inclusi nelle versioni future.
