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Conferencia en el Planetario de Madrid: Gaia, cartografiando la Vía Láctea

El pasado 15 de noviembre asistimos al Planetario de Madrid para escuchar una nueva charla dentro de su ciclo de conferencias de otoño, en esta ocasión a cargo de José Hernández (ESA) sobre la misión Gaia.

Cartografiando la Vía Láctea

Durante esta conferencia José nos habló sobre nuestra localización dentro de la galaxia y los intentos de cartografiar nuestro “vecindario” cósmico. La misión Hipparcos, precursora de Gaia, hizo un catálogo preliminar entre los años 1989 y 1993 a pesar de que un problema en su motor impidió que alcanzara su órbita prevista. Desde que se lanzó en diciembre de 2013 Gaia está mejorando este mapa estelar consiguiendo medir distancia, brillo y tipo de las estrellas de nuestra galaxia. Mientras realiza este trabajo Gaia también está detectando y midiendo la posición de múltiples asteroides (más de 14.000 hasta la fecha) y nos está permitiendo medir el halo de nuestra galaxia.

Para realizar su misión, el telescopio espacial está situado en el punto L2 de la órbita terrestre y utiliza el método de la paralaje para establecer la distancia a estrellas distantes. Gaia está equipado con cámaras muy potentes que trabajan en luz visible, situadas sobre una estructura muy estable de carburo de silicio que tiene unas propiedades termoelásticas excelentes. Las cámaras tienen un sensor de gran campo (1 Gpixel)

El colosal sensor de la CCD a bordo de Gaia
El colosal sensor de la CCD a bordo de Gaia

A medida que Gaia gira sobre si misma las cámaras captan imágenes de las estrellas. La sonda completa un giro cada 6 horas. Además de captar las imágenes hay un espectrómetro a bordo para estudiar la luz de las estrellas y analizar su composición. El procesado de imágenes se hace en el propio satélite y es bastante complejo. Es tal la cantidad de información que generan las cámaras que no se puede enviar toda a través de las antenas. A bordo hay una unidad de procesado de imágenes y solamente se procesan las partes del CCD donde hay estrellas, se comprimen los datos y se envían a la estación base. En ocasiones, cuando Gaia fotografía zonas de gran densidad estelar el sistema llega a saturarse, afortunadamente esto ha pasado en pocas ocasiones, siempre cuando escaneaba cerca del plano galáctico.

La antena de comunicaciones es fija (no hay componentes móviles a bordo para evitar vibraciones que afecten a la estabilidad) pero haciendo interferometría se puede apuntar el haz de radio con precisión hacia la Tierra para enviar los datos. Tras 5 años de misión se han generado unos 100TB de datos crudos.

Gaia es un gran telescopio espacial. Para hacernos una idea, tiene una distancia focal de 35 metros. ¿Pero cómo es posible tener esa distancia focal en un satélite? La respuesta está en el uso de un conjunto de espejos de gran precisión. Utilizar un telescopio de esas características en la Tierra con esa precisión sería casi imposible.

Dificultades de la misión

Para procesar correctamente los datos de Gaia necesitamos saber su posición exacta y para ello se utilizan potentes telescopios y radiotelescopios desde la Tierra. Uno de los primeros problemas que se detectó fue que se pensaba que la reflexión del satélite iba a ser mayor al disponer de un gran parasol pero al ser una superficie totalmente plana reflejaba menos luz hacia nosotros de la esperada. El problema se solucionó utilizando telescopios más grandes para su seguimiento.

El seguimiento no fue el único problema. Los científicos no tardaron en comprobar que las cámaras registraban demasiada luz de fondo. Esa luz parásita estaba producida por unos “pelillos” del parasol. El problema se compensó reduciendo el área leída de los sensores CCD.

El problema más importante fue debido a la contaminación. A medida que pasaba el tiempo las estrellas brillaban menos en los CCDs. Se sospechaba que se estuviera formando hielo delante de las cámaras. Para solucionar el problema se realizan descontaminaciones utilizando calefactores que eliminan el hielo. Se han hecho 5 campañas de descontaminación hasta el momento y se pierden un par de semanas de observación debido a que es necesario realizar una estabilización térmica posterior.

Otro problema fue que se detectaron variaciones en el ángulo básico entre los dos telescopios. Afortunadamente utilizando el laser de interferometría que hay a bordo se puede medir esa desviación y realizar una corrección.

Por útimo, un problema que afecta a todos los satélites es el impacto de micrometeoritos. Cuando sucede esto Gaia se “bambolea” y el sistema de micropropulsores tiene que estabilizar de nuevo el satélite.

El procesado

Procesar los datos de Gaia es como hacer un puzle. Hasta el momento hay más de 1600 millones de estrellas y de cada estrella proceden 50 observaciones con múltiples datos tales como brillo, color, velocidad radial… Hay que ordenar todos los datos. Para ello se realiza un cross-match en el que se procesan los datos de las estrellas durante todas las observaciones. Es un proceso iterativo donde se ajusta posición del satélite, calibración del instrumento y posición de las estrellas.

De todo esto se encarga un consorcio europeo (DPAC) con unas 440 personas de 75 instituciones europeas y 6 centros de proceso (en España ESAC en Madrid y la Universidad de Barcelona que utiliza el superordenador Mare Nostrum). En Cambridge se hace la fotometría y astrometría, en Ginebra se hace el estudio de variables, en Toulouse se hace la medida de velocidad radial, etc…

Los datos se procesan a diario y a veces se producen alertas, como por ejemplo cuando se detecta una supernova. Hasta ahora ha habido dos entregas de datos y en 2020 se entregará la tercera. Recientemente la misión se ha ampliado y se estima que llegue a los 2000 millones de estrellas cartografiadas.

La información obtenida por Gaia ha permitido a los científicos hacer estudios muy interesantes. Algunos de estos estudios nos hablan del pasado de nuestra galaxia y de las posibles colisiones con otras galaxias en el pasado mediante procesos de “canibalización” en el que se forman jets de estrellas. Gaia permitirá saber que colisiones ha habido y de que tipo. Otros estudios han analizado los movimientos de las estrellas alrededor de galaxias como M31.

También es muy interesante el descubrimiento de estrellas hiperveloces que salen expulsadas de la galaxia u otras que entran procedentes de otras galaxias, algo que no se había podido probar hasta hace poco. En total son más de 300 artículos científicos realizados hasta ahora con los datos de Gaia.

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Autor: Roberto Ferrero

Miembro de las agrupaciones astronómicas Madrid Sur y AstroHenares. Astrofotógrafo. Monitor de astroturismo y responsable de Turismo Estelar, portal web de turismo astronómico.
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