Gaia ha demostrat ser una eina poderosa proporcionant dades astromètriques i fotomètriques molt precises i que s’han publicat en els primers catàlegs de la missió (mireu Gaia DR2 i Gaia DR1). El tercer i següents catàlegs (podeu trobar aquí la planificació actual de publicació dels catàlegs) inclouran, a més, dades espectrofotomètriques calibrades.
L’espectrofotometria a Gaia s’obté mitjançant dos prismes. Cada prisma divideix la llum incident provinent de la font observada en els diferents colors de l’arc de Sant Martí (de manera similar a la imatge icònica de la portada de l’àlbum de Pink Floyd “The dark side of the Moon”). Un d’aquests prismes està dissenyat per detectar la llum blava, anomenat Blue Photometer o BP, el qual cobreix un rang de longitud d’ona de 330 a 680 nm. El segon prisma, en canvi, està dissenyat per detectar la llum més vermella, anomenat Red Photometer o RP, cobrint el rang de longitud d’ona de 640 a 1100 nm.
Figura 1: Espectres mitjans i normalitzats obtingut per un conjunt específic de fonts amb diferents colors GBP - GRP agafats com a exemples. La figura esquerra mostra l’espectre obtingut de l’instrument Blue Photometer, la figura de la dreta mostra l’espectre mitjà del Red Photometer. Crèdit de la imatge: ESA/Gaia/DPAC
Quan el catàleg final de Gaia sigui accessible, serà el catàleg espectrofotomètric més complet i homogeni, amb més mil milions d’objectes amb espectre obtinguts amb el mateix instrument arreu del cel.
Aquest catàleg extens de dades espectrofotomètriques serà molt útil per extreure la informació astrofísica de cada font. En el cas de les estrelles, els espectres BP i RP proporcionen temperatura, gravetat superficial, composició química i absorció interestel·lar. Per a galàxies i quàsars, els espectres BP i RP permeten determinar el desplaçament al vermell. Per als asteroides es pot derivar la seva composició i tipus.
Just després del llançament del telescopi espacial Gaia, i abans de començar les operacions científiques, es van realitzar diverses proves per assegurar la salut de la seva càrrega útil. Aleshores, es van publicar algunes observacions sense processar obtingudes amb els espectrofotòmetres BP i RP (vegeu aquesta imatge de la setmana de juny de 2014). Aquests espectres eren observacions no calibrades. Des de llavors, s’han acumulat observacions en BP i RP per a cada font al cel.
Abans de la seva publicació al catàleg de Gaia, l’equip encarregat del calibratge fotomètric de la missió (Unitat de coordinació 5 o CU5) ha calibrat els dos espectrofotòmetres i ha combinat les diferents observacions d’una mateixa font per construir un espectre mitjà que representi la mitjana de totes les observacions. Aquests espectres mitjans tenen menys soroll que cadascuna de les observacions individuals, proporcionant més informació que un únic espectre. Les figures que s'inclouen aquí mostren alguns exemples d'aquests espectres mitjans derivats per CU5.
En absència d'extinció, el color de les estrelles està relacionat amb la seva temperatura. Les estrelles calentes són més brillants que les més fredes. Així, les estrelles calentes tenen la major part del seu flux al rang de longituds d’ona de l'instrument BP i les més fredes, en canvi, són més brillants a RP. Es tracta d’un efecte gradual i les temperatures intermèdies aporten una contribució més equilibrada en els dos intervals de longitud d’ona. Això es pot veure clarament a la figura 1, que mostra exemples seleccionats dels primers espectres mitjans BP i RP per a estrelles amb colors observats diferents.
Integrant els espectres, es poden obtenir dues magnituds associades, una per a BP i una altra per a l'instrument RP. Aquestes dues magnituds les anomenem GBP i GRP, respectivament. Si es pren la diferència entre aquestes dues magnituds, tenim una indicació de com és de blava o vermella una font. Les estrelles blaves (més calentes) tenen valors GBP - GRP menors que les estrelles vermelles (més fredes). A Gaia també hi ha una tercera (i més precisa) magnitud, obtinguda amb els detectors en llum blanca dedicats a les mesures astromètriques, anomenada G, que proporciona una estimació millor de la brillantor aparent global de l'estrella. Els espectres mitjans de la figura 1 s’han normalitzat pel flux total en G. El color GBP - GRP de totes les fonts també es descriu a la llegenda de la figura.
L'abscissa a totes les figures es descriu en pseudo-longitud d'ona. Es tracta d'una escala de longitud d'ona interna, propera al mostreig real dels espectres, que representa diferents longituds d'ona absolutes en BP i RP. La conversió a les unitats físiques de longitud d’ona absoluta es proporcionarà amb els espectres publicats (s’espera a Gaia DR3).
Figura 2. Espectres d’època i mitjà per a una font extragalàctica usada a Gaia DR2 per obtenir el sistema de referència celeste de Gaia (Gaia-CRF). Els títols de cada figura inclouen les magnituds al camp astromètric (G) i a cada instrument espectrofotomètric (GBP i GRP) i també el nombre d’observacions individuals en cada instrument Nobs. Crèdit d'imatge: ESA / Gaia / DPAC.
Les fonts de la figura 1 tenen una magnitud d'aproximadament G = 13 mag. La relació senyal / soroll observada al flux màxim dels espectres a aquesta magnitud és d’aproximadament 600 per a BP i 1000 per a RP.
Gaia també observa fonts puntuals diferents de les estrelles. Per exemple, s’utilitzen fonts extragalàctiques (quàsars llunyans) per establir el sistema de referència astromètric (Gaia Celestial Reference Frame, Gaia-CRF). Per a aquestes fonts, la distribució espectral d'energia a BP i RP difereix dràsticament de les fonts estel·lars. Alguns d’aquests quàsars poden tenir línies d’emissió intenses. Dos d’aquest tipus de fonts es representen a les figures 2 i 3.
Figura 3. El mateix que a la figura 2, però per a un altre quàsar. Les variacions a nivell de flux entre les observacions fetes a diferents èpoques indiquen la naturalesa variable de la font. Crèdit de la imatge: ESA / Gaia / DPAC.
Aquestes figures mostren tant els espectres d’època com els mitjans, il·lustrant el procés per construir els espectres mitjans a partir de diferents observacions d’època. Les diferents èpoques de Gaia es mesuren utilitzant el nombre de revolucions de sis hores realitzades pel satèl·lit mentre escaneja el cel. La font de la figura 2 té un nivell de flux molt baix en un dels seus trànsits. El processament fotomètric és prou robust com per a no considerar aquesta mesura, evitant produir un espectre mitjà desviat si s’inclou aquesta observació dolenta. La font mostrada a la figura 3 és variable i mostra un canvi en el nivell de flux en èpoques diferents. L’espectre mitjà construït és la mitjana ponderada de totes les observacions d’època. Per a fonts variables, això vol dir que, encara que els espectres mitjans poden no ser representatius de cap època en particular, són útils per proporcionar una pista sobre el comportament mitjà i les característiques mitjanes de la font.
Crèdits: ESA/Gaia/DPAC, Coordination Unit 5, Josep Manel Carrasco, Francesca De Angeli, Dafydd Wyn Evans, Carme Jordi, Michael Weiler