Vào ngày 19 tháng 12 năm 2013, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) Gaia tàu vũ trụ đã lên vũ trụ với một trong những nhiệm vụ đầy tham vọng nhất từ trước đến nay. Trong quá trình thực hiện sứ mệnh 5 năm đã được lên kế hoạch (gần đây đã được mở rộng), đài quan sát không gian này sẽ lập bản đồ của một tỷ ngôi sao, hành tinh, sao chổi, tiểu hành tinh và quasar để tạo ra danh mục 3D lớn nhất và chính xác nhất của Dải Ngân hà tạo.
Bản phát hành đầu tiên của Gaia dữ liệu, diễn ra vào tháng 9 năm 2016, chứa khoảng cách và chuyển động của hơn hai triệu ngôi sao. Nhưng lần phát hành dữ liệu thứ hai, diễn ra vào ngày 25 tháng 4 năm 2018, thậm chí còn ấn tượng hơn. Bao gồm trong bản phát hành là các vị trí, chỉ số khoảng cách và chuyển động của hơn một tỷ ngôi sao, tiểu hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta và thậm chí cả những ngôi sao nằm ngoài Dải Ngân hà.
Trong khi việc phát hành dữ liệu đầu tiên dựa trên các quan sát chỉ trong hơn một năm, việc phát hành dữ liệu mới kéo dài trong khoảng 22 tháng - kéo dài từ ngày 25 tháng 7 năm 2014 đến ngày 23 tháng 5 năm 2016. Phân tích sơ bộ dữ liệu này đã được tiết lộ tốt chi tiết về 1,7 tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà và cách chúng di chuyển, điều cần thiết để hiểu cách thức thiên hà của chúng ta phát triển theo thời gian.
Như Günther Hasinger, Giám đốc Khoa học ESA, đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây về ESA:
“Các quan sát được thu thập bởi Gaia đang xác định lại nền tảng của thiên văn học. Gaia là một sứ mệnh đầy tham vọng dựa trên sự hợp tác lớn của con người để hiểu được một khối lượng lớn dữ liệu rất phức tạp. Nó cho thấy sự cần thiết của các dự án dài hạn để đảm bảo tiến bộ trong khoa học và công nghệ vũ trụ và thực hiện các nhiệm vụ khoa học thậm chí táo bạo hơn trong những thập kỷ tới.“
Độ chính xác của GaiaCác thiết bị đã cho phép các phép đo chính xác đến mức có thể tách thị sai của các ngôi sao - sự dịch chuyển rõ ràng gây ra bởi quỹ đạo Trái đất quanh Mặt trời - từ các chuyển động của chúng qua thiên hà. Trong số 1,7 tỷ ngôi sao được xếp vào danh mục, thị sai và vận tốc (hay còn gọi là chuyển động phù hợp) của hơn 1,3 tỷ được đo và liệt kê.
Đối với khoảng 10% trong số này, các phép đo thị sai chính xác đến mức các nhà thiên văn học có thể ước tính trực tiếp khoảng cách đến các ngôi sao riêng lẻ. Như Anthony Brown của Đại học Leiden, đồng thời là chủ tịch của Ban điều hành Hiệp hội phân tích và xử lý dữ liệu Gaia, đã giải thích:
“Bản phát hành dữ liệu Gaia thứ hai thể hiện một bước tiến vượt bậc đối với ESA‘s vệ tinh Hipparcos, Gaia‘Tiền thân và sứ mệnh không gian đầu tiên cho chiêm tinh học, đã khảo sát khoảng 118 000 ngôi sao gần ba mươi năm trước… Số lượng ngôi sao đơn độc, với vị trí và chuyển động của chúng, sẽ khiến Gaia‘Danh mục mới đã khá đáng kinh ngạc. Nhưng có nhiều hơn: danh mục khoa học độc đáo này bao gồm nhiều loại dữ liệu khác, với thông tin về các thuộc tính của các ngôi sao và các thiên thể khác, làm cho bản phát hành này thực sự đặc biệt.“
Ngoài các chuyển động thích hợp của các ngôi sao, danh mục cung cấp thông tin về một loạt các chủ đề sẽ được các nhà thiên văn học và vật lý thiên văn quan tâm. Chúng bao gồm các phép đo độ sáng và màu sắc của gần như tất cả 1,7 tỷ ngôi sao được xếp vào danh mục, cũng như thông tin về cách độ sáng và màu sắc thay đổi trong nửa triệu ngôi sao biến đổi theo thời gian.
Nó cũng chứa vận tốc dọc theo tầm nhìn của bảy triệu ngôi sao, nhiệt độ bề mặt khoảng 100 triệu và hiệu ứng bụi liên sao có trên 87 triệu. Dữ liệu Gaia cũng chứa thông tin về các vật thể trong Hệ Mặt trời của chúng ta, bao gồm vị trí của 14.000 tiểu hành tinh đã biết (sẽ cho phép xác định chính xác quỹ đạo của chúng).
Ngoài dải ngân hà, Gaia thu được các phép đo chính xác hơn về vị trí của nửa triệu quasar ở xa - các thiên hà sáng phát ra một lượng năng lượng khổng lồ do sự hiện diện của một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng. Trong quá khứ, các quasar đã được sử dụng làm khung tham chiếu cho tọa độ thiên thể của tất cả các đối tượng trong Gaia Danh mục dựa trên sóng radio.
Tuy nhiên, thông tin này lần đầu tiên sẽ có sẵn ở bước sóng quang. Điều này và các phát triển khác được thực hiện bởi Gaia, có thể cách mạng hóa cách chúng ta nghiên cứu thiên hà và vũ trụ. Như Antonella Vallenari, từ Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Đài quan sát thiên văn Padua, Ý, và phó chủ tịch của Ban điều hành Hiệp hội xử lý dữ liệu, đã chỉ ra:
“Dữ liệu Gaia mới mạnh mẽ đến mức các kết quả thú vị đang nhảy vào chúng tôi. Ví dụ, chúng tôi đã xây dựng sơ đồ sao Hertzsprung-Russell chi tiết nhất từng được tạo ra trên bầu trời đầy đủ và chúng tôi đã có thể phát hiện ra một số xu hướng thú vị. Có cảm giác như chúng ta đang khánh thành một kỷ nguyên mới của khảo cổ học Thiên hà.“
Biểu đồ Hertzsprung-Russell, được đặt theo tên của hai nhà thiên văn học đã phát minh ra nó vào đầu thế kỷ 20, là nền tảng cho nghiên cứu về các quần thể sao và sự tiến hóa của chúng. Dựa trên bốn triệu ngôi sao được chọn từ danh mục (tất cả đều cách mặt trời năm nghìn năm ánh sáng), nhà khoa học lần đầu tiên có thể tiết lộ nhiều chi tiết tốt đẹp về các ngôi sao ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta.
Cùng với các phép đo vận tốc của chúng, biểu đồ Gaia Hertzsprung-Russell cho phép các nhà thiên văn học phân biệt giữa các quần thể sao có độ tuổi khác nhau, nằm ở các vùng khác nhau của Dải Ngân hà (tức là đĩa và quầng) và được hình thành khác nhau cách. Chúng bao gồm các ngôi sao di chuyển nhanh trước đây được cho là thuộc về quầng sáng, nhưng thực sự là một phần của hai quần thể sao.
Tim Gaia sẽ thúc đẩy đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ trên tất cả các quy mô vũ trụ, Timo Prusti, một nhà khoa học dự án Gaia tại ESA cho biết. Ngay cả trong khu phố của Mặt trời, đó là khu vực mà chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi hiểu rõ nhất, Gaia đang tiết lộ những tính năng mới và thú vị.
Chẳng hạn, đối với một tập hợp các ngôi sao trong vòng vài nghìn năm ánh sáng của Mặt trời, Gaia đo vận tốc của chúng trong cả ba chiều. Từ đó, người ta đã xác định rằng chúng đi theo một mô hình tương tự như các ngôi sao đang quay quanh thiên hà với tốc độ tương tự. Nguyên nhân của các mô hình này sẽ là chủ đề của nghiên cứu trong tương lai, vì không rõ liệu nó gây ra bởi chính thiên hà của chúng ta hay là kết quả của sự tương tác với các thiên hà nhỏ hơn đã hợp nhất với chúng ta trong quá khứ.
Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, Gaia dữ liệu sẽ được sử dụng để tìm hiểu thêm về quỹ đạo của 75 cụm sao và 12 thiên hà lùn xoay quanh Dải Ngân hà. Thông tin này sẽ làm sáng tỏ thêm về sự tiến hóa của thiên hà chúng ta, các lực hấp dẫn ảnh hưởng đến nó và vai trò của vật chất tối. Như Fred Jansen, người quản lý nhiệm vụ Gaia tại ESA, đã nói:
“Gaia là thiên văn học tốt nhất của nó. Các nhà khoa học sẽ bận rộn với dữ liệu này trong nhiều năm và chúng tôi sẵn sàng ngạc nhiên trước những khám phá sẽ mở ra những bí mật về Thiên hà của chúng ta.“
Bản phát hành thứ ba của Gaia dữ liệu dự kiến sẽ diễn ra vào cuối năm 2020, với danh mục cuối cùng được xuất bản vào những năm 2020. Trong khi đó, một phần mở rộng đã được phê duyệt cho Gaia Nhiệm vụ, hiện sẽ vẫn hoạt động cho đến cuối năm 2020 (sẽ được xác nhận vào cuối năm nay). Một loạt các bài báo khoa học mô tả những gì đã học được từ phiên bản mới nhất này cũng sẽ xuất hiện trong một số đặc biệt về Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
Từ sự tiến hóa của các ngôi sao đến sự tiến hóa của thiên hà chúng ta, lần thứ hai Gaia phát hành dữ liệu đã được chứng minh là một lợi ích cho các nhà thiên văn học và vật lý thiên văn. Ngay cả sau khi nhiệm vụ kết thúc, chúng ta có thể mong đợi các nhà khoa học vẫn sẽ phân tích dữ liệu và tìm hiểu nhiều hơn về cấu trúc và sự tiến hóa của Vũ trụ của chúng ta.
