Το 2013, η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος ανέπτυξε το πολυαναμενόμενο διαστημικό παρατηρητήριο της Γαίας. Ως ένα από τα λίγα διαστημικά παρατηρητήρια επόμενης γενιάς που θα ανεβαίνουν πριν από το τέλος της δεκαετίας, αυτή η αποστολή έχει περάσει τα τελευταία χρόνια καταγράφοντας πάνω από ένα δισεκατομμύριο αστρονομικά αντικείμενα. Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, οι αστρονόμοι και οι αστροφυσικοί ελπίζουν να δημιουργήσουν τον μεγαλύτερο και ακριβέστερο τρισδιάστατο χάρτη του Γαλαξία μέχρι σήμερα.
Αν και είναι σχεδόν στο τέλος της αποστολής της, πολλές από τις πρώτες πληροφορίες της εξακολουθούν να αποφέρουν καρπούς. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας την αρχική έκδοση δεδομένων της αποστολής, μια ομάδα αστροφυσικών από το Πανεπιστήμιο του Τορόντο κατάφερε να υπολογίσει την ταχύτητα με την οποία ο Ήλιος περιστρέφεται γύρω από τον Γαλαξία. Από αυτό, κατάφεραν να αποκτήσουν μια ακριβή εκτίμηση απόστασης μεταξύ του Ήλιου μας και του κέντρου του γαλαξία για πρώτη φορά.
Για αρκετό καιρό, οι αστρονόμοι δεν ήταν σίγουροι για το πόσο μακριά βρίσκεται το ηλιακό μας σύστημα από το κέντρο του γαλαξία μας. Πολλά από αυτά έχουν να κάνουν με το γεγονός ότι είναι αδύνατο να το δούμε άμεσα, λόγω ενός συνδυασμού παραγόντων (δηλαδή προοπτική, το μέγεθος του γαλαξία μας και τα εμπόδια ορατότητας). Ως αποτέλεσμα, από το 2000, οι επίσημες εκτιμήσεις κυμαίνονταν μεταξύ 7,2 και 8,8 kiloparsecs (~ 23.483 έως 28.700 έτη φωτός).
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα - με επικεφαλής τον Jason Hunt, μέλος του Dunlap στο Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής Dunlap στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο - συνδύασε την αρχική κυκλοφορία της Gaia με δεδομένα από το Πείραμα RAdial Velocity (RAVE). Αυτή η έρευνα, η οποία διεξήχθη μεταξύ 2003 και 2013 από το Αυστραλιανό Αστρονομικό Παρατηρητήριο (AAO), μέτρησε τις θέσεις, τις αποστάσεις, τις ακτινικές ταχύτητες και τα φάσματα των 500.000 αστεριών.
Πάνω από 200.000 από αυτά τα αστέρια παρατηρήθηκαν επίσης από την Gaia και οι πληροφορίες για αυτά συμπεριλήφθηκαν στην αρχική κυκλοφορία δεδομένων. Όπως εξηγούν στη μελέτη τους, η οποία δημοσιεύθηκε στο Περιοδικό Αστροφυσικών Επιστολών τον Νοέμβριο του 2016, το χρησιμοποίησαν για να εξετάσουν τις ταχύτητες με τις οποίες αυτά τα αστέρια περιστρέφονται γύρω από το κέντρο του γαλαξία (σε σχέση με τον Ήλιο) και στη διαδικασία ανακάλυψαν ότι υπήρχε μια εμφανής κατανομή στις σχετικές ταχύτητές τους.
Με λίγα λόγια, ο Ήλιος μας κινείται γύρω από το κέντρο του Γαλαξία με ταχύτητα 240 km / s (149 mi / s) ή 864.000 km / h (536.865 mph). Φυσικά, μερικοί από τους περισσότερους από 200.000 υποψηφίους κινούνται πιο γρήγορα ή πιο αργά. Αλλά για μερικούς, δεν υπήρχε εμφανής γωνιακή ορμή, την οποία αποδίδουν στο ότι αυτά τα αστέρια διασκορπίζονται σε "χαοτικές τροχιές τύπου αλογόνου όταν περνούν μέσω του γαλαξιακού πυρήνα".
Όπως εξήγησε ο Hunt στο δελτίο τύπου του Dunlap Institute:
«Τα αστέρια με πολύ σχεδόν μηδενική γωνιακή ορμή θα είχαν βυθιστεί προς το Γαλαξιακό κέντρο, όπου θα επηρεαστούν έντονα από τις ακραίες βαρυτικές δυνάμεις που υπάρχουν εκεί. Αυτό θα τους διασκορπίζει σε χαοτικές τροχιές που θα τους οδηγούν πολύ πάνω από το γαλαξιακό επίπεδο και μακριά από την ηλιακή γειτονιά… Μετρώντας την ταχύτητα με την οποία τα κοντινά αστέρια περιστρέφονται γύρω από τον Γαλαξία μας σε σχέση με τον Ήλιο, μπορούμε να παρατηρήσουμε την έλλειψη αστεριών με ένα συγκεκριμένο αρνητικό σχετική ταχύτητα. Και επειδή γνωρίζουμε ότι αυτή η πτώση αντιστοιχεί σε 0 km / sec, μας λέει, με τη σειρά του, πόσο γρήγορα κινούμαστε. "
Το επόμενο βήμα ήταν να συνδυάσουμε αυτές τις πληροφορίες με σωστούς υπολογισμούς κίνησης του Τοξότη Α * - την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που πιστεύεται ότι βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας. Αφού διόρθωσαν την κίνησή του σε σχέση με αντικείμενα φόντου, μπόρεσαν να τριγωνίσουν αποτελεσματικά την απόσταση της Γης από το κέντρο του γαλαξία. Από αυτό, προέκυψαν μια εκλεπτυσμένη απόσταση εκτίμησης 7,6 έως 8,2 kpc - η οποία ανέρχεται σε περίπου 24.788 έως 26.745 έτη φωτός.
Αυτή η μελέτη βασίζεται σε προηγούμενες εργασίες που πραγματοποιήθηκαν από τους συν-συγγραφείς της μελέτης - καθηγητής Ray Calberg, τωρινός πρόεδρος του Τμήματος Αστρονομίας και Αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο. Πριν από χρόνια, ο ίδιος και ο καθηγητής Kimmo Innanen του Τμήματος Φυσικής και Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του York πραγματοποίησαν παρόμοια μελέτη χρησιμοποιώντας μέτρηση ακτινικής ταχύτητας από 400 αστέρια του Γαλαξία.
Όμως, ενσωματώνοντας δεδομένα από το παρατηρητήριο της Γαίας, η ομάδα UofT κατάφερε να αποκτήσει ένα πολύ πιο ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων και να περιορίσει την απόσταση από το γαλαξιακό κέντρο κατά ένα σημαντικό ποσό. Και αυτό βασίστηκε μόνο στα αρχικά δεδομένα που κυκλοφόρησε η αποστολή Gaia. Κοιτώντας μπροστά, ο Hunt αναμένει ότι περαιτέρω κυκλοφορίες δεδομένων θα επιτρέψουν στην ομάδα του και σε άλλους αστρονόμους να βελτιώσουν ακόμη περισσότερο τους υπολογισμούς τους.
«Η τελική κυκλοφορία της Gaia στα τέλη του 2017 θα μας επιτρέψει να αυξήσουμε την ακρίβεια της μέτρησης της ταχύτητας του Ήλιου σε περίπου ένα χλμ / δευτερόλεπτο», είπε, «η οποία με τη σειρά της θα αυξήσει σημαντικά την ακρίβεια της μέτρησης της απόστασης μας από το Γαλαξιακό κέντρο. "
Καθώς αναπτύσσονται περισσότερα διαστημικά τηλεσκόπια και παρατηρητήρια επόμενης γενιάς, μπορούμε να περιμένουμε από αυτά να μας προσφέρουν μια πληθώρα νέων πληροφοριών σχετικά με το Σύμπαν μας. Και από αυτό, μπορούμε να περιμένουμε ότι οι αστρονόμοι και οι αστροφυσικοί θα αρχίσουν να φωτίζουν μια σειρά από άλυτα κοσμολογικά ερωτήματα.
