Il Gaia (in passato acronimo di Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) è un satellite artificiale che ha svolto una missione astrometrica sviluppata dall'Agenzia Spaziale Europea, continuazione della missione Hipparcos, facente parte del programma scientifico Horizon 2000. Il lancio è avvenuto il 19 dicembre del 2013 (9:12:18 UTC), il satellite era stato inserito in un'orbita di Lissajous attorno al secondo punto lagrangiano del sistema Sole-Terra. Il punto è conosciuto anche come L2, e offre ottime caratteristiche per l'osservazione in quanto Sole, Terra e Luna si posizionano fuori dal campo di osservazione del satellite insieme a un relativamente basso livello di radiazioni e una buona stabilità termica.
La missione di Gaia, in origine di cinque anni è stata prima estesa fino dicembre 2022 e successivamente sino al 2025, completando le ultime osservazioni a gennaio ed effettuando alcuni test tecnologici nei mesi successivi. Dopo oltre 11 anni di osservazioni, le comunicazioni col satellite sono state definitivamente disattivate il 27 marzo 2025.
La missione
Gaia ha compiuto nel corso della sua missione oltre tre trilioni di misurazioni di stelle fino alla magnitudine 20. L'obiettivo principale della missione era infatti l'effettuazione di misure astrometriche di altissima precisione. Il satellite ha determinato la posizione esatta di ogni stella in tempi diversi durante la durata operativa prevista (era di cinque anni con una possibile estensione di un ulteriore anno, al 2023 era già stata estesa diverse volte). Ha misurato quindi direttamente il moto proprio con una precisione variabile tra 20 e 200 micro arco secondi, rispettivamente per stelle di magnitudine 15 e 20. Sfruttando l'effetto della parallasse ha calcolato anche la distanza di ognuna delle stelle, con una precisione maggiore per quelle più vicine e luminose. La sonda ha anche effettuato misure fotometriche a diverse lunghezze d'onda e in diversi periodi temporali degli oggetti determinandone la velocità radiale.
In definitiva Gaia ha creato una mappa tridimensionale molto precisa della porzione di Galassia vicina a noi, e una mappa meno accurata ma comunque dettagliata del resto, sfruttando le stelle più luminose e visibili a grandi distanze. La mappa comprende sia la posizione che i movimenti delle stelle, in modo da poter studiare l'evoluzione della Galassia ed è disponibile per essere consultata sul sito della missione. Le misure fotometriche forniranno dettagliate informazioni fisiche sulla composizione e sulle caratteristiche delle stelle osservate. Permetteranno di definire la luminosità, la gravità, la temperatura e la composizione chimica di ogni stella misurata. Quest'analisi delle stelle fornirà dati fondamentali per risolvere problemi sull'origine, la struttura e la storia evolutiva della Galassia. Un gran numero di quasar, pianeti extrasolari e oggetti del sistema solare sono stati misurati nel contempo.
L'altissima risoluzione ottica degli strumenti di GAIA ha permesso anche l'identificazione di molti pianeti extrasolari: nell'arco degli 11 anni di missione sono infatti stati misurati oltre 267 milioni di transiti; il pianeta più piccolo individuabile da GAIA ha massa pari a quella di Giove, cioè 300 volte quella della Terra, e periodo orbitale fino a 10 anni. Alla massima distanza osservabile () GAIA ha potuto individuare pianeti di distanti tra 2 e dalla loro stella, mentre a distanze intorno a è stato possibile individuare pianeti di massa simile a quella di Saturno () a distanza compresa tra 1 e .
I dati acquisiti da GAIA sono gestiti, per quanto riguarda l'Italia, dal centro di elaborazione dell'Osservatorio Astrofisico di Torino in collaborazione con ALTEC.
Veicolo Gaia è un satellite di 2.030 kg al lancio, di cui 920 kg per la piattaforma, 710 kg per il carico utile, 335 kg di propellente utilizzato dai motori a razzo responsabili delle manovre fino all'inizio della fase scientifica della missione e 60 kg di gas utilizzato dai propulsori a gas freddo utilizzati durante il resto della missione. La struttura principale ha la forma di un prisma esagonale alto 3,5 m e di 3 m di diametro, escluso lo schermo solare che aumenta il diametro a 10 metri. Per mantenere la messa a fuoco precisa su stelle distanti molti anni luce, le uniche parti mobili sono gli attuatori per allineare gli specchi e le valvole per azionare i propulsori. Non è fornito di ruote di reazione o giroscopi. I sottosistemi del veicolo spaziale sono montati su un telaio rigido in carburo di silicio, che fornisce una struttura stabile che non si espande o si contrae a causa della temperatura. Il controllo dell'assetto è fornito da piccoli propulsori a gas freddo che possono emettere 1,5 microgrammi di azoto al secondo.
Strumenti Il carico utile di Gaia è costituito da due telescopi identici a tre specchi con un'apertura di 1,45 × 0,50 m e una lunghezza focale di 35 m. Ogni telescopio ha uno specchio primario con una superficie di 1,46 × 0,51 m e sono montati su un banco del diametro di 3 metri.
Gli strumenti principali di Gaia sono tre:
Lo strumento di astrometria (Astro) determina con precisione le posizioni di tutte le stelle più luminose di magnitudine 20 misurando la loro posizione angolare. Combinando le misurazioni di una qualsiasi stella durante la durata della missione, sarà possibile determinare la sua parallasse, e quindi la sua distanza e il suo moto proprio. Lo strumento fotometrico (BP/RP) consente l'acquisizione di misure di luminosità delle stelle nella banda spettrale 320–1000 nm, di tutte le stelle più luminose della magnitudine 20. I fotometri blu e rosso (BP/RP) sono utilizzati per determinare le proprietà stellari come temperatura, massa, età e composizione elementare. La fotometria multicolore è fornita da due prismi di silice fusa a bassa risoluzione che disperdono tutta la luce che entra nel campo visivo nella direzione di scansione prima del rilevamento. Il fotometro blu (BP) opera nell'intervallo di lunghezze d'onda 330–680 nm; il fotometro rosso (RP) copre l'intervallo di lunghezze d'onda 640–1050 nm. Lo spettrometro di velocità radiale (RVS) viene utilizzato per determinare la velocità degli oggetti celesti lungo la linea di vista acquisendo spettri ad alta risoluzione nella banda spettrale 847–874 nm per oggetti fino a magnitudine 17.
Lancio, durata e proroga Il lancio ufficiale era fissato il 20 novembre 2013 alle 8:57:30 UTC (le 9:57:30 CET), ma è stato effettuato il 19 dicembre a bordo di un Soyuz ST-B/Fregat-MT. Dopo circa 3 settimane, l'8 gennaio 2014 Gaia ha raggiunto l'orbita operativa, nel punto lagrangiano L2 del sistema Sole-Terra.
La missione è stata originariamente programmata e finanziata per cinque anni. A dicembre 2017 l'ESA ha prolungato la durata della missione per ulteriori 18 mesi, sino a dicembre 2020, poi nel 2018 è stata estesa al 2022 ed infine è stata ulteriormente prorogata al 2025 (anno in cui finiranno i suoi gas freddi interni, necessari al puntamento di precisione).
Fine della missione L'ultima osservazione scientifica di Gaia è stata effettuata il 10 gennaio 2025. Dopo diverse settimane di test tecnologici a bordo, Gaia ha lasciato la sua orbita nei pressi del punto di Lagrange L2 ed è stata inserita in un'orbita eliocentrica, lontano dalla sfera di influenza della Terra. Dopo aver trasferito tutti i dati rimanenti alla Terra, Gaia è stata dismessa e passivata il 27 marzo 2025. Da allora la missione è entrata nella fase post-operativa per completare e pubblicare il Gaia Data Release finale, DR5, entro la fine del 2030.
Ricerca e risultati scientifici Il rilascio del primo blocco di dati (DR1, Data Release 1 relativi alle osservazioni compiute fra luglio 2014 e settembre 2015), è avvenuto il 14 settembre 2016. La seconda pubblicazione dei dati, DR2, Data Release 2, che copre il periodo osservativo tra luglio 2014 e maggio 2016, è stata resa disponibile il 25 aprile 2018 e comprende:
Posizione e luminosità: c.a 1,7 miliardi di stelle Temperatura superficiale: c.a 161 milioni di stelle Parallasse e moto proprio c.a 1,3 miliardi di stelle Raggio: c.a 77 milioni di stelle Velocità radiale: c.a 7 milioni di stelle Asteroidi del sistema solare analizzati: 14000 Per alcune delle stelle più brillanti della seconda campagna osservativa, il livello di precisione equivale a quella di osservatori a terra in grado di individuare una moneta da un euro situata sulla superficie della Luna. L'analisi di quattro milioni di stelle entro i 5000 a.l. ha consentito di ridefinire dettagliatamente il diagramma Hertzsprung-Russell.
Un terzo blocco di dati, EDR3, Early Data Release 3, anticipazione della intera Release 3 che è avvenuta nel 2022, è stato reso disponibile il 3 dicembre 2020 con i dati spettrali e le lunghezze d'onda di emissione delle stelle osservate, pur non contemplando osservazioni di velocità radiali che sono state acquisite dalle precedenti release per agevolare la combinazione di dati spettroscopici e astrometrici. Questa ultima pubblicazione dell'indagine osservativa di Gaia comprende:
astrometrica completa (posizioni nel cielo (α, δ), parallassi e moti propri) di circa 1,5 miliardi di sorgenti con magnitudine limite di circa G ≈ 21 corrispondenza incrociata con i dati delle missioni/cataloghi Hipparcos-2, Tycho-2 + TDSC unito, 2MASS PSC (unito a 2MASX), SDSS DR13, Pan-STARRS1 DR1, SkyMapper DR1, GSC 2.3, APASS DR9, RAVE DR5, allWISE e URAT-1 astrometria a due parametri - posizioni nel cielo (α, δ) - per circa 344 milioni di sorgenti aggiuntive Nel 2024 viene prodotto il catalogo Qaia con 1,3 milioni di Quasar rilevate
Scoperte rilevanti Il primo oggetto scoperto da Gaia è stato Gaia14aaa una supernova di una galassia lontana. Gli oggetti scoperti vengono nominati con un identificativo composto dal nome del satellite, Gaia, le ultime due cifre dell'anno dell'identificazione, ad esempio 14 per il 2014, e un codice alfabetico progressivo iniziando da aaa, aab, aac e così via; ad esempio, il ventisettesimo oggetto scoperto da Gaia nel 2014 si chiama Gaia14aba. Osservando stelle di tipo RR Lyrae tra i dati di Gaia, Un gruppo di astronomi, unitamente a colleghi dell'università di Cambridge, ha individuato una galassia, Ant 2, a circa 425.000 anni luce dalla Terra, avente una densità estremamente bassa e dalle dimensioni simili alla Grande Nube di Magellano. Nel marzo 2021, l'Agenzia Spaziale Europea ha annunciato che Gaia aveva identificato per la prima volta un esopianeta in transito. Il pianeta è stato scoperto in orbita attorno alla stella di tipo solare Gaia EDR3 3026325426682637824. Dopo la sua scoperta iniziale, lo spettrografo PEPSI del Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona è stato utilizzato per confermare la scoperta e classificarlo come un pianeta gioviano. Nel maggio 2022, la conferma di questo esopianeta, designato Gaia-1b, è stata formalmente pubblicata, insieme a un secondo pianeta, Gaia-2b. A novembre 2022 Gaia avrebbe trovato il buco nero più vicino alla Terra; denominato Gaia BH-1 sarebbe situato a circa 1600 anni luce di distanza in direzione della costellazione dell'Ofiuco. I buchi neri scoperti, in realtà, sono due. Sono stati nominati Gaia BH1 e Gaia BH2 e si trovano a soli 1560 e 3800 anni luce da noi, rispettivamente nella direzione della costellazione dell’Ofiuco e di quella del Centauro. Sono entrambi circa dieci volte più massicci del nostro Sole, e sono i più vicini alla Terra finora scoperti.