Idag skedde ett historiskt datasläpp från det europeiska rymdobservatoriet Gaia. Sedan uppskjutningen 2013 har Gaia observerat över 1 miljard stjärnor på himlen. Nu publiceras en första omgång data, däribland positioner på himlavalvet och magnituder för 1,2 miljarder stjärnor. Som bonus har det också varit möjligt bestämma avstånd och egenrörelser för över 2 miljoner av dessa stjärnor. Att veta avstånden till stjärnorna är avgörande, dels för att förstå stjärnorna själva men också för att kalibrera de metoder som används för att mäta avstånd till andra galaxer och förstå hela universums utveckling. Det vetenskapliga programmet för Gaia är mycket omfattande och handlar om allt från asteroider via stjärnor i Vintergatan till avlägsna supernovor och kvasarer. Denna onsdag var det dock stjärnpositioner som stod i centrum för uppmärksamheten. Samtidigt som data släpptes höll europeiska rymdorganet ESA en direktsänd presskonferens, som kan ses också i efterhand. Vill man ha kalla fakta serverade på ett bräde har ESA gjort nyhetsgrafik. Nysläppta data från Gaia nås via ESAs arkiv.

Karta över himlen baserad på stjärnpositioner och -magnituder från Gaias första datasläpp. Lägg märke till att de ljusaste stjärnorna på himlen saknas i bilden; de är helt enklet för ljusa. Kartan är centrerar runt Vintergatans plan och nere till höger ser vi Magellanska molnen. Bild: ESA.
Karta över himlen baserad på stjärnpositioner och -magnituder från Gaias första datasläpp. Lägg märke till att de ljusaste stjärnorna på himlen saknas i bilden; de är helt enklet för ljusa för att känsliga Gaia ska tåla att mäta dem. Kartan är centrerad runt Vintergatans plan och nere till höger ser vi Magellanska molnen. Ser inte bilden bekant ut? Bild: ESA/A. Moitinho & M. Barros

Tummen upp för parallaxen
Hur hamnade vi här? Sedan antiken har astronomer mätt stjärnpositioner på himlavalvet, med allt större noggrannhet genom åren. Sedan 1800-talet har det också varit möjligt att mäta avstånden till stjärnorna, med hjälp av deras parallax. Med enkla medel kan man uppleva parallaxen: Sträck din arm rakt ut, fäll upp tummen och betrakta den mot en bakgrund som ligger åtminstone några meter bort. Stäng ditt ena öga och se vilken del av bakgrunden som tummen skymmer. Håller man omväxlande ett öga stängt när man tittar på sin tumme verkar den hoppa fram och tillbaka jämfört med bakgrunden. Det beror på att våra ögon sitter en bit isär och det ena ögat ser tummen i en litet annan riktning än det andra.

Från hundra stjärnor till en miljard
Detsamma gäller för en observatör på jorden som observerar en närbelägen stjärna mot en bakgrund av avlägsnare stjärnor. Från december till juni, när jorden flyttat sig ett halvt varv runt solen, ser observatören en närbelägen stjärna flytta sig en smula mot en avlägsen stjärnbakgrund. Vet vi jordbanans storlek kan vi räkna ut stjärnans avstånd. Fast de vinklar stjärnorna flyttar sig är små! För våra närmaste grannstjärnor är de mindre än en sextiondedel av vad ögat förmår att upplösa, vilket gör teleskop nödvändigt. Först på 1830-talet tillät tekniken att de första stjärnparallaxerna mättes på ett tillförlitligt sätt. För ett sekel sedan hade något hundratal stjärnor fått sina parallaxer bestämda. Mot slutet av 1900-talet hade tusentals stjärnor fått sina parallaxer mätta, med jordbaserade teleskop. Ju mindre parallax, ju avlägsnare stjärna — och ju svårare att mäta. Vägen framåt var att göra observationer utanför jordatmosfären. Europeiska satelliten Hipparcos sköts upp 1989 och åtta år senare kunde parallaxer för 118000 stjärnor publiceras, baserat på dess mätningar. Hipparcos mätningar nådde några tusen ljusår ut i rymden (dock med god marginal inom vår egen galax, Vintergatan). För att följa upp Hipparcos sköts Gaia upp 2013 och lades i en bana 1,5 miljoner km från jorden, i riktningen bort från solen. Därifrån sveper Gaia över himlen med sina två teleskop för att kartlägga stjärnhimlen. När rådata sänts till jorden försätter 450 experter i över 20 länder materialet i vetenskapligt användbart skick. Gaias avståndsmätningar kommer att nå över stora delar av Vintergatan och dessutom till våra satellitgalaxer, Magellanska molnen.

Gaia i färd med att kartlägga Vintergatan. Bild: ESA
Gaia i färd med att kartlägga Vintergatan (bildmontage). Bild: ESA

Astronomer i Lund och Uppsala som arbetar med Gaia beskrev i Populär Astronomi 2013 hur Gaia fungerar. Missa heller inte den populärvetenskapliga sammanfattningen i Gaia-astronomen Daniel Michaliks doktorsavhandling från Lund, 2015. Pressmaterialet från ESA uppdaterar om det senaste.

För kortvarig mätserie? Fråga Lund!
Dagens datasläpp bygger på observationer som Gaia gjort mellan juli 2014 och september 2015. Egentligen borde 14 månader av observationer från Gaia inte räcka till för att bestämma tillförlitliga stjärnparallaxer, men genom en finurlig metod kan vi redan nu få ut stjärnavstånd ur Gaias observationer. Metoden, som utvecklats av Daniel Michalik, Lennart Lindegren och David Hobbs i Lund, kombinerar drygt ett år av mätningar från Gaia med stjärnpositioner som Hipparcos mätte 1991. Metoden ger tjugo gånger fler stjärnavstånd än i Hipparcos-katalogen och förbättrar parallaxernas precision en faktor två jämfört med denna. Det är beroendet av Hipparcosdata som idag satt gränsen vid avstånd till drygt 2 miljoner stjärnor. I senare Gaia-datasläpp, fram till 2022, kommer läge på himlen, avstånd, egenrörelser och magnituder för alla de över 1 miljard Gaia-stjärnorna att publiceras. Detta kommer att ge oss en oöverträffad överblick över vår omgivning i Vintergatan. Dessutom ska kommande datasläpp omfatta asteroider, exoplaneter, banor för dubbelstjärnor och mycket annat.

Cepheider. Bild: Gisella Clementini. Skärmbild från ESAs presskonferens 14 september 2016.
Cepheidernas absoluta ljusstyrka i magnituder (y-axlarna) ritad som funktion av deras perioder i dygn (x-axlarna), baserat på data från Hipparcos (vänster) och Gaia (höger). Lägg märke till hur mycket mindre spridningen är i Gaia-data.  Bilder: Gisella Clementini; skärmbilder från ESAs presskonferens 14 september 2016.

Avstånd till andra galaxer
Låt oss sluta med en godbit ur det nya materialet, som Gisella Clementini från observatoriet i Bologna visade på dagens presskonferens hos ESA. Det gäller de variabla stjärnor som kallas cepheider. De är stjärnor vars ljusstyrka ändras på ett regelbundet sätt. Inte nog med det, ju ljusare en cepheid är i absoluta mått, desto långsammare varierar dess ljusstyrka. Vet vi cepheidens skenbara ljusstyrka och perioden för ljusstyrkans variation kan vi därför beräkna hur långt bort cepheiden ligger. Cepheiderna är i sig ljusstarka och syns även i våra närmaste galaxgrannar (t.ex. i Andromedagalaxen). De hjälper oss att ta reda på hur långt det är dit. Detta kräver dock att förhållandet mellan period och absolut ljusstyrka för cepheiderna är känt. Här hjälper Gaia till genom att, på ett oöverträffat sätt, mäta avståndet till flera cepheider i Vintergatan och samtidigt mäta cepheidernas ljusstyrkeförändring. Figuren ovan är baserad på Clementinis bilder från presskonferensen. Till vänster visas Hipparcos version av relationen period-ljusstyrka för cepheider — en graf med stor spridning bland punkterna, eftersom det var svårt för Hipparcos att mäta cepheidavstånden tillfredställande. Till höger ser vi samma graf, baserad på nya data från Gaia. Spridningen är mycket mindre och förhållandet mellan period och ljusstyrka för cepheiderna framträder. Resultat som dessa kommer i längden att förbättra vår kunskap om avstånd till andra galaxer och om hela universums historia.