Gaia alcanza el billón de observaciones

El 14 de abril de 2018, unos 10 días antes de la segunda publicación de datos de Gaia (Data Release 2, DR2), el satélite y el sistema de procesado de datos diario han alcanzado otro hito impresionante: ¡el número de tránsitos de estrellas ha alcanzado los cien mil millones!

El satélite Gaia contiene dos telescopios apuntando en dos regiones del cielo separadas 106.5 grados. El satélite gira dando una revolución cada seis horas con los dos telescopios escaneando un círculo máximo y las estrellas transitando continuamente por delante del plano focal. Cada día, los instrumentos de Gaia registran alrededor de 70 millones de tránsitos. Un tránsito completo incluye una observación en el sky mapper (que detecta los objetos en el cielo), nueve observaciones astrométricas, dos espectrofotométricas y tres medidas de velocidades radiales (puedes ver un video explicando el proceso de medida aquí). Más o menos, cada tránsito produce 10 observaciones astrométricas individuales (contando con el sky mapper). Lo que significa que los cien mil millones de tránsitos individuales significan un billón (un millón de millones) de observaciones individuales registradas.

Obviamente hay más tránsito que objetos físicos, reales. Como ya se esperaba, Gaia DR2 contendrá “solo” 1.7 miles de millones de fuentes, pero cada una de ellas se ha observado un cierto número de veces – esto es, las características de cada fuente se han determinado a partir de los datos de varios tránsitos. Hemos estimado que cada fuente, en media, se observará en 70 tránsitos durante los cinco años de la misión nominal, lo que significa que alzaremos (y probablemente superaremos) los 120 mil millones de tránsitos – esto es, 1.7 miles de millones de fuentes por 70 tránsitos. De momento, en 3.7 años de operaciones nominales y considerando los 1.7 miles de millones de fuentes, Gaia ya ha observado cada fuente más de 50 veces de media.

Como consecuencia de la falta de homogeneidad en la densidad de fuentes en el cielo, el número de objetos transitando el plano focal varia muy significativamente con el tiempo. La Figura muestra una ilustración de este fenómeno. En el panel superior, ele eje horizontal es el día desde el comienzo de las operaciones nominales (en meses), el eje vertical es el minuto del día (en horas), y los colores indican el número medio de tránsitos por segundo registrados durante ese día y minuto. Como ya hemos dicho, la densidad de tránsito varias mucho con el tiempo, desde sólo unas decenas por segundo a unos miles por segundo cuando Gaia observa las partes más vacías del cielo a las partes más densas de la Vía Láctea.

El panel superior de la Figura muestra algunas características interesantes. Se pueden ver “agujeros” en color negro, que corresponden a las veces en que Gaia no estaba adquiriendo datos. Algunos para operaciones de calibración o actividades de configuración de abordo, otros por maniobras del satélite y otros cuando está en “modo seguro” – con el evento de febrero de 2018 como el más destacado, fácilmente visible hacia el extremo derecho del dibujo. En total, los instrumentos de Gaia han estado apagados menos de un 1.7% del tiempo (casi la mitad de este tiempo corresponde al modo seguro).

Además de los agujeros, se pueden ver los cambios en la ley de escaneado y los cambios de configuración de los instrumentos como cambios repentinos en el dibujo. La característica más destacada del dibujo es el patrón observacional, que básicamente corresponde a las cuatro revoluciones al día y a las dos direcciones de apuntado. Cada telescopio cruza la Vía Láctea dos veces en cada revolución produciendo un total de 16 cruces diarios. Estos cruces son las bandas estrechas del panel superior de la figura. Cada pocos meses Gaia escanea casi exactamente a lo largo del plano galáctico, lo que se puede ver como las bandas del panel superior se vuelven más inclinadas y también como picos en el panel inferior.

Entre las bandas, también se ven dos puntos brillantes. Son las Nubes de Magallanes, galaxias satélite de nuestra galaxia. Como la Vía Láctea son objetos conspicuos incluso a simple vista.

Debido a la precesión del eje de rotación alrededor de la dirección Sol-Tierra, el círculo máximo escaneado varia su inclinación respecto al plano galáctico, y de vez en cuando es círculo máximo coincide con el plano. En esos periodos el número de tránsitos alcanza la capacidad máxima disponible a bordo y algunos objetos no son observados o sus observaciones no se pueden bajar a tierra.

Quizás se entiende mejor la escala a la que Gaia opera con la siguiente analogía: Si quisiéramos observar cada una de las fuentes de DR2 durante un sólo segundo, necesitaríamos 54 años. Gaia ya ha observado cada estrella durante más de 4 segundos 500 veces en menos de cuatro años. ¡El tiempo de exposición acumulado supera los 133 miles de años!

Gaia lleva ya casi 45 meses en su misión. La segunda publicación de datos de Gaia, el 25 de abril de 2018, cubre los primeros 22 meses, así que de hecho tenemos ya casi el doble de datos en nuestras manos.

La naturaleza del procesado de datos de DPAC requiere varias iteraciones de los datos para poder alcanzar su gran precisión tanto en las calibraciones como en los resultados que se publican en cada catálogo de Gaia. Para poder facilitar publicaciones de resultados intermedios, la cantidad de datos procesador se limita en las publicaciones tempranas con más y más datos añadidos al procesado en cada publicación. Para la tercera publicación de datos de Gaia (DR3), DPAC procesa unos 34 meses de datos, mientras que para el Gaia DR4 se espera procesar el conjunto completo de los cinco años de datos de la misión nominal.

Créditos: ESA/Gaia/DPAC, J. Portell, C. Jordi, C. Fabricius, J.Castañeda, P. Esquej, A.G.A. Brown
Image of the week https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20180414