Desde o seu lançamento em 2014, a missão Gaia revolucionou o estudo da nossa Via Láctea

A missão europeia Gaia cria o mapa mais abrangente da nossa galáxia, a Via Láctea. Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC

O telescópio espacial Gaia da Agência Espacial Europeia (ESA) cria o mapa mais abrangente da nossa galáxia, a Via Láctea. Ao medir as posições, velocidades e trajetórias precisas de cerca de 2 bilhões das estrelas mais brilhantes do céu, o Gaia permite que os astrônomos não apenas vejam a galáxia como ela se parece hoje, mas também para reproduzir o filme de sua vida milhões e bilhões de anos no passado e no futuro. 

Embora não seja um nome familiar como o Telescópio Espacial Hubble ou o Telescópio Espacial James Webb, Gaia revolucionou o estudo da Via Láctea e permitiu avanços em nossa compreensão da evolução da galáxia que antes eram impossíveis. Por muitos anos, tem sido a missão espacial astronômica que produz mais artigos científicos.

Desde seu lançamento em 2013, o Gaia divulgou quatro lotes de dados, com medições cada vez mais precisas e novos tipos de informações sobre idades, massas, níveis de brilho e composições químicas das estrelas da galáxia.

O telescópio também criou conjuntos de dados recordes sobre asteroides no sistema solar e estrelas binárias na Via Láctea.

O telescópio permanecerá operacional até 2025, quando ficará sem combustível. Mas o vasto catálogo de dados que a missão cria manterá os astrônomos ocupados nas próximas décadas.

COMO GAIA ESTUDA A VIA LÁCTEA?

Aninhado no Ponto de Lagrange L2, a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra, Gaia orbita o Sol em sincronia com o nosso planeta. Protegido pela Terra do brilho do sol, mas também livre dos efeitos de distorção da atmosfera terrestre, que afetam as observações dos telescópios terrestres, a espaçonave semelhante a um disco voador varre todo o céu a cada dois meses.

O satélite Gaia de 2,3 metros de largura está conectado a um protetor solar circular de 10 metros de largura e é equipado com dois telescópios que ficam a 106 graus de distância. Os telescópios projetam a luz que capturam em uma câmera de 1 bilhão de pixels, que distingue os detalhes mais fracos do universo circundante. Em vez de criar imagens espetaculares, esses telescópios permitem que os astrônomos determinem alguns parâmetros-chave que revelam as distâncias das estrelas do Gaia, bem como suas posições e movimentos no plano do céu.

Além dos dois telescópios, o Gaia também carrega fotômetros azuis e vermelhos que medem o brilho e a cor das estrelas observadas. A partir dessas medições, os cientistas podem derivar temperaturas, massas, idades e composições de estrelas. 

Um espectrômetro de velocidade radial também está a bordo do Gaia. Este instrumento mede a rapidez com que as estrelas se aproximam ou se afastam do Gaia, mas também revela como essas estrelas absorvem a luz, o que reflete sua composição química.

Os dois bilhões de estrelas que o Gaia vê representam apenas cerca de 1% da população estelar da galáxia. Mas com a ajuda de algoritmos inteligentes e muito conhecimento científico, os astrônomos podem reconstruir a Via Láctea como um todo a partir das observações da missão.

Todos os dias, Gaia envia 20 a 100 gigabytes de dados para a Terra, o que equivale a 850 milhões de observações individuais de estrelas. Antes que a comunidade científica em geral ponha as mãos nos dados e comece a desvendar os mistérios da galáxia, o Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC), composto por mais de 400 pesquisadores e engenheiros de software espalhados por seis supercentros de computação em toda a Europa, passa anos processando, calibrando e validando os dados. 

"Cada estrela é medida em média 75 vezes a cada cinco anos", disse Stefan Jordan, um dos pesquisadores da equipe DPAC do Centro de Astronomia da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, à revista E&T. "Isso significa que, quando começamos nosso trabalho, temos muitos trilhões de observações de estrelas individuais. Temos que processar esses dados em um catálogo que, para cada um dos quase dois bilhões de estrelas que medimos, contém apenas cinco parâmetros para astrometria [a posição e o movimento de estrelas] e, em seguida, parâmetros adicionais para brilho e espectros".

De acordo com o Centro Aeroespacial Alemão (conhecido por sua sigla em alemão DLR), o catálogo final da missão compreenderá mais de um petabyte de dados, que, se impressos em papel, empilhariam até 100 km de altura.

Trajetórias de estrelas na Via Láctea nos próximos 400.000 anos com base em medições da missão europeia Gaia. Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC

POR QUE ERA DIFÍCIL ESTUDAR A VIA LÁCTEA ANTES DO GAIA?

Antes do lançamento do Gaia, o progresso no mapeamento da Via Láctea era lento e meticuloso.

“É o mesmo que tentar dizer a forma de um edifício enquanto está dentro dele”, disse Jos de Bruijne, vice-cientista do projeto Gaia na ESA, em comunicado. "Para entender a forma da galáxia, você precisa saber onde estão as estrelas individuais. Mas as estrelas estão muito distantes e muito longe, e medir com precisão suas posições em três dimensões requer extrema precisão".

Para colocar as coisas em perspectiva, no início da década de 1990, os astrônomos sabiam as posições precisas de apenas cerca de 8.000 estrelas, de acordo com a ESA. O avanço da tecnologia dos telescópios permitiu que eles aumentassem gradualmente o tamanho dos catálogos estelares e melhorassem sua precisão, mas os efeitos da atmosfera restringiram suas possibilidades. As coisas só começaram a avançar adequadamente após o lançamento do antecessor do Gaia, a missão Hipparcos da ESA, no início dos anos 90. Hipparcos mapeou as posições de apenas cerca de 100.000 estrelas, em comparação com os dois bilhões do Gaia.

"Hipparcos foi construído com tecnologia dos anos 1980", disse Floor van Leeuwen, ex-chefe da equipe de processamento de dados Gaia no Instituto de Astronomia de Cambridge, no Reino Unido, à revista E&T, que esteve envolvido na missão Hipparcos quando era um jovem pesquisador. "Havia muito pouca memória a bordo, e o satélite tinha que se comunicar constantemente com a estação terrestre enquanto observava. Os detectores eram muito mais simples, não podiam ver estrelas mais fracas e toda a missão era muito menos flexível".

A mudança de fase entre Hipparcos e Gaia, disse van Leeuwen, deveu-se principalmente a melhorias na tecnologia digital. Ainda assim, da perspectiva de hoje, os detectores e câmeras do Gaia podem parecer obsoletos, embora fossem de última geração no início dos anos 2000, quando a missão foi desenvolvida.

Os dados do Gaia permitiram aos astrônomos analisar as galáxias anãs que orbitam a Via Láctea. Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC

O QUE O GAIA DESCOBRIU ATÉ AGORA?

Desde o lançamento do segundo lote de dados do Gaia em 2018, a missão vem gerando em média cinco artigos científicos por dia, o que dificulta bastante a escolha de seus destaques. 

Foi assim que van Leeuwen explicou o progresso à revista E&T em dezembro de 2020: "Apenas quatro ou cinco anos atrás, um dos professores seniores da Universidade de Cambridge ainda me perguntava repetidamente: 'Quais são os movimentos adequados das Nuvens de Magalhães? Você já mediu elas? 'Não, não temos medição', tive que admitir", disse van Leeuwen. "Hoje, não apenas conhecemos os movimentos próprios das Nuvens de Magalhães com extrema precisão, mas também sabemos o que está acontecendo dentro delas".

A Pequena Nuvem de Magalhães e a Grande Nuvem de Magalhães são duas galáxias anãs que orbitam nos arredores da Via Láctea. As galáxias, revelaram os dados do Gaia, só foram capturadas pela gravidade da Via Láctea há alguns bilhões de anos e acabarão se fundindo com ela. 

Todo lançamento de dados do Gaia vem com a etiqueta do melhor mapa da Via Láctea até o momento, e isso continuará sendo o caso em todos os lançamentos futuros, à medida que os dados se tornarem mais precisos. A missão também é capaz de ver estrelas cada vez mais distantes e revelar novas informações, como a composição química das estrelas, o que torna este mapa cada vez mais colorido. 

Gaia também é creditado por criar virtualmente o campo da arqueologia galáctica. Usando algoritmos sofisticados, os astrônomos vasculham os dados da missão em busca de padrões no movimento das estrelas. Como os objetos no espaço seguem as leis da física, os astrônomos podem retroceder o filme da evolução da Via Láctea bilhões de anos no passado e avançar no futuro. 

Gradualmente, eles estão montando a história da vida da Via Láctea, encontrando evidências de colisões antigas através das quais a galáxia se formou em sua forma atual, uma enorme galáxia espiral que abrange 200 bilhões de estrelas. 

Os astrônomos descobriram que, cerca de 10 bilhões de anos atrás, a nascente Via Láctea colidiu com outra galáxia, que era cerca de quatro vezes menor que a Via Láctea naquela época. Remanescentes desta galáxia, que os pesquisadores chamaram de Gaia Enceladus, deram origem ao halo da Via Láctea, a esfera de estrelas dispersas em torno do disco galáctico muito mais massivo. 

“No momento, achamos que [a colisão com Gaia Enceladus] foi a última fusão significativa que a Via Láctea sofreu”, disse Anthony Brown, astrônomo da Universidade de Leiden, na Holanda e presidente do DPAC.

O último lançamento de dados do Gaia em 13 de junho de 2022 inclui os maiores conjuntos de dados de sistemas estelares binários da Via Láctea, bem como a maior pesquisa de composições químicas de asteroides do sistema solar. No futuro, a equipe planeja se concentrar na descoberta de exoplanetas orbitando estrelas distantes.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Explore as visualizações de dados do Gaia no canal dedicado da missão no YouTube.
• Para um mergulho aprofundado na ciência e no funcionamento da missão, visite o site da ESA Science Gaia ou o portal principal da agência.

BIBLIOGRAFIA

• ESA, Como Gaia estuda a Via Láctea? https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/How_does_Gaia_study_the_Milky_Way
• ESA, Porque era tão difícil estudar a Via Láctea antes de Gaia? https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Why_was_it_so_difficult_to_study_the_Milky_Way_before_Gaia
• ESA, Cinco fascinantes revelações do Gaia sobre a Via Láctea https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Five_fascinating_Gaia_revelations_about_the_Milky_Way
• ESA, Gaia: Ciência com 1 bilhão de objetos em três dimensões https://www.cosmos.esa.int/web/gaia

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Referência:

PULTAROVA, Tereza; HOWELL, Elizabeth. Gaia spacecraft: Mapping the Milky Way like never before. Space, Nova York, 13, jun. 2022. References. Disponível em: <https://www.space.com/41312-gaia-mission.html>. Acesso em: 19, jun. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.