LA ODISEA DE GAIA

Gaia abandonó el campo de atracción terrestre en la mañana del 19 de diciembre de 2013 (10:12 hora española) desde la base de lanzamiento de la Agencia Espacial Europea (ESA) situada en Kourou, Guayana francesa. El empuje capaz de alcanzar la velocidad de escape fue proporcionado por un cohete Soyuz ST-B/Fregat-MT. Gaia es una misión largamente esperada  -y una de las más deseadas- por la comunidad científica. Durante los años que ha durado el proceso de fabricación una gran expectación ha embargado a los astrónomos de todo el mundo. Gaia, telescopio sucesor de  Hipparcos, supondrá una revolución de tal dimensión, que asentará unos nuevos cimientos para nuestra querida y vieja astronomía. La casa monoplanta de Urania se reinventará al fin en un erguido rascacielos en tres dimensiones. 

Representación artística de Gaia. Crédito: ESA.

El objetivo de Gaia es hacer el más grande y preciso mapa tridimensional de nuestra galaxia, observando mil millones de estrellas (alrededor del 1% de su población), y además hacerlo con una precisión sin precedentes. Como misión eminentemente astrométrica, el telescopio obtendrá un catálogo de estrellas hasta la magnitud 20 con esos mil millones de entradas, determinando posiciones, distancias y movimiento propio anual de las estrellas con una precisión de unos 20 microsegundos de arco a magnitud 15 y unos 200 microsegundos de arco a magnitud 20. Además, aportará medidas fotométricas, obteniendo observaciones multicolor y multiépoca de cada objeto detectado. Como complemento final también se realizarán medidas de velocidad radial. Estos datos servirán para trazar el mapa en 3D de las estrellas de la Vía Láctea. A la vez, se creará el mapa de sus movimientos, datos imprescindibles para profundizar en el estudio del origen y evolución de la Galaxia. Las medidas fotométricas proveerán las propiedades físicas detalladas de cada estrella observada, caracterizando su luminosidad, temperatura, gravedad superficial, y la composición en elementos químicos. Este masivo censo estelar proporcionará los datos observacionales básicos para abordar un amplio rango de problemas importantes relacionados con el origen, estructura, evolución e historia de nuestra Galaxia. Un gran número de cuásares y galaxias, planetas extrasolares, y de cuerpos del sistema solar se podrán medir simultáneamente y es de esperar que se descubrirán miles de nuevos objetos de todo tipo no catalogados. De igual forma, será posible verificar con más datos la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein.
 Barriendo para casa (para la mía),  hago hincapié en el ingente número de nuevos sistemas binarios que se detectarán (y digo sistemas binarios, no estrellas dobles). Ya he comentado en varios de mis artículos la gran relevancia que tendrá para la astronomía de las estrellas dobles disponer de un catálogo astrométrico tan preciso y detallado. Al fin, ya no habrá razón para catalogar nuevos pares en WDS a diestro y siniestro sin el más mínimo criterio. Accediendo al catálogo Gaia prácticamente será inmediato asignar o no binariedad a una pareja de estrellas, con un alto grado de efectividad: distancias y movimientos propios muy precisos permitirán discernir rápidamente un par óptico de otro físico. Ahora, en WDS coexisten  (por razones obvias) estrellas dobles ópticas con otras pocas físicas y orbitales. No me equivocaré si digo que después de Gaia el catálogo WDS pasará a estar caracterizado de manera precisa rondando el 100%. El avance en el estudio de los sistemas estelares binarios experimentará un avance rompedor. No hay más que leer las previsiones que sobre este área ha publicado la ESA: "Gaia resolverá todas las binarias con separaciones por encima de los 20 milisegundos de arco, siempre que las componentes tengan una diferencia de magnitud moderada. Al mismo tiempo estudiará sistemas resueltos de una gran variedad de poblaciones estelares: regiones cercanas de formación estelar, cúmulos abiertos y asociaciones, así como binarias de campo de diversas edades. La alta precisión de los paralajes y los movimientos propios de Gaia posibilitarán la identificación de sistemas binarios abiertos entre las estrellas observadas individualmente.

Gaia detectará la mayoría de los previstos diez millones de pares (hasta la magnitud 20) a menos de 250 pc del Sol. Aunque la proporción de binarias decrece marcadamente con la distancia, se detectarán alrededor de 60 millones de pares. Esta enorme muestra puede ser utilizada para investigar grupos de edad, variabilidad y las posibles tendencias evolutivas de la frecuencia de binarias a diferentes periodos orbitales". Abrumador. 

La historia de Gaia parte del gran éxito obtenido por la misión Hipparcos, también de la ESA, y la idea empezó a tomar forma en 1993. Seis años después, se presentó un proyecto en firme y en el año 2000 la misión fue aceptada por el Science Programme Committee de la ESA. Así pues, han transcurrido 20 años desde entonces, años que han ocupado en muchos casos la última etapa de la vida profesional de un buen número de los profesionales involucrados. No es de extrañar, después de tanta dedicación, que  el día del lanzamiento existiera tanta tensión y nerviosismo en los equipos humanos.

El periodo de observación  activo de Gaia durará 5 años y el  complejo procedimiento de reducción de los datos se hará de forma escalonada hasta confeccionar los productos científicos definitivos. Mirad que logo tan bueno han diseñado al respecto.

Data Cube de la Galaxia en 3D en la palma de la mano. Crédito: equipo Gaia de la Universidad de Barcelona.

Últimas fases de montaje en 2011. A la derecha, uno de los dos espejos gemelos de este telescopio doble. Crédito: equipo Gaia de la Universidad de Barcelona.

 Uno de los dos espejos gemelos primarios de Gaia. Sus dimensiones son 1,45 x 0,5 m. Crédito: ESA / EADS Astrium / Safran-Sagem.

Una curiosidad muy interesante es el método que utiliza Gaia para escanear el firmamento. El principio básico de medición implementado en Gaia es muy similar al que se utilizó en Hipparcos. Consiste en dos telescopios observando al tiempo en dos direcciones de visión muy separadas en el cielo. Esta separación angular entre los espejos (el llamado ángulo básico) es de 106,5º.  Gaia gira sobre sí mismo (una vez cada seis horas)  y  este movimiento se combina con otro de precesión en un ángulo de 45º. El preciso mapa estelar se construirá en base a la comparación de la posición de parejas de estrellas en diferentes partes del cielo durante cinco años. Al final de la misión cada estrella habrá sido observada entre 40 y 220 veces (70 en promedio).

Esquema de la geometría involucrada en el procedimiento de medición. Traducción y edición del gráfico original de la ESA.

Mil millones de píxeles para mil millones de estrellas. Este slogan ha sido muy empleado estos últimos días en los medios. Efectivamente, Gaia dispone de 106 cámaras CCD (con un total de casi mil millones de píxeles) los cuales son los responsables de detectar la luz de las estrellas que llega a los dos telescopios. Todos estos detectores CCD están montados en el plano focal más grande que se haya construido para una misión espacial: 104 x 42 cm. Son de tres tipos diferentes según se destinen a la astrometría, a la espectrofotometría azul y roja o a la espectoscopia de alta resolución.

Los ojos de Gaia. Crédito: equipo Gaia de la Universidad de Barcelona.

Me parece muy relevante conocer las especificaciones de los diferentes componentes de Gaia, por eso he querido incluir una tabla resumen con esas cifras características que definen al telescopio de una manera rápida.

Masa	2030 kg
Diámetro parasol	11 metros
Longitud focal	35 metros
Espejos primarios	1,45 x 0,5 metros
Número de espejos	10
Cantidad de CCD	106
Número de píxeles por CCD	4500 x 1966
Número total de píxeles	938 Megapíxeles
Tamaño de píxel	10 x 30 micras
Tamaño angular de píxel	59 x 177 msa
Consumo de energía	1720 W
Vida útil	5 años
Coste	700 millones de €

La participación española en la misión Gaia ha sido aproximadamente del 10%, una cifra nada despreciable. El equipo de científicos españoles de la Universidad de Barcelona que trabaja en Gaia ha editado varios videos para dar a conocer la participación de España en el proyecto y la ciencia que aportará Gaia. Son tremendamente interesantes; tanto es así, que han ganado el premio "Ciencia en Acción" 2013. Podéis verlos en la web; sin embargo, inserto dos de ellos. 

El día del lanzamiento la expectación era desbordante. La ESA  planificó tres actos oficiales en nuestro país para la divulgación del lanzamiento el 19 de diciembre: Madrid, Barcelona y Valladolid.  Efectivamente, por este motivo, la Sección de Física de la Universidad de Valladolid en colaboración con la ESA, organizó una jornada académica en el Aula Magna de la Facultad de Ciencias (Campus Miguel Delibes), dirigida al público en general y a profesores y alumnos del ámbito universitario relacionados con la ciencia y la ingeniería de vanguardia. El contenido de la agenda se centró en la difusión de las actividades de la Agencia Espacial Europea, la presentación y explicación de la misión GAIA, y la retransmisión en directo del lanzamiento. La ESA estuvo representada por uno de los investigadores de la misión, el palentino César García Marirrodriga (y Jefe de Proyecto de la Misión LISA Pathfinder), perteneciente al centro tecnológico ubicado en Holanda, con quien los universitarios pudieron conocer de primera mano la gestión de las misiones científicas de la Agencia. La organización y la coordinación del evento corrió a cargo de Abel Calle Montes, profesor titular del Departamento de Física Aplicada y responsable del Grupo de investigación "Espacio" de la Universidad de Valladolid, presidente de la Sección de Física de la UVa y Vice-Presidente de la Asociación Española de Teledetección. A destacar, la dedicación y el esfuerzo de estos dos protagonistas. Mi interés por esta misión no es a estas alturas un secreto. Mi sorpresa vino cuando a través de mi asociación, Syrma, y del Grupo Universitario de Astronomía (GUA), entidades colaboradores en el acto, recibí con el beneplácito del comité organizador, la invitación formal a participar de forma activa. Mi tarea sería impartir una charla divulgativa para dar pie a la retransmisión del lanzamiento de Gaia. Acepté de inmediato y aprovecho ahora para agradecer a los responsables el ofrecimiento. Ha sido un honor y un orgullo poder aportar mi pequeña  contribución. Jamás olvidaré el día de Gaia. Este fue el cartel anunciador.

Llegué a la Facultad poco antes de las 9 de la mañana y me resultó sorprendente comprobar que el aforo del Aula Magna de Ciencias estaba prácticamente lleno. Es grato  evidenciar que la Ciencia tenga tanto poder de convocatoria entre una gran mayoría de estudiantes. Los que allí acudieron, en sus diversas ramas de estudio, serán los científicos que tomen el relevo dentro de unos pocos años. Actos como este, multitudinario a conciencia, demuestran el interés y el potencial de nuestros jóvenes. Mi enhorabuena a la UVa por su compromiso. Ratifico las palabras que me decía un profesor de Física ese mismo día: "los profesores universitarios han de ser vendedores de ilusión".

Panorámica del Aula Magna a primera hora de la mañana. Crédito: Abel Calle.

Continuemos, tras esta necesaria salvedad, con el relato.  El encuentro fue inaugurado por el Vicerrector de Investigación y Política Científica de la Universidad de Valladolid, D. José Manuel López. Tras su discurso de apertura llegó mi turno. Durante media hora conté a la audiencia qué es la astrometría (dado que Gaia es un telescopio eminentemente astrométrico) e hice un recorrido histórico por la evolución de la rama más antigua de la astronomía, hasta llegar al satélite Hipparcos, misión predecesora de Gaia. Expuse las diversas etapas de la astrometría en función de la instrumentación empleada a lo largo de la historia; desde la puramente visual usada por Hiparco de Nicea, hasta las más modernas técnicas CCD en el espacio. Aquí la portada de mi presentación.

Resumen final de mi intervención. Evolución de la astrometría según la precisión de las observaciones, con Gaia como más moderno eslabón. El gráfico de la Luna, el elefante y la mariposa, hace alusión a la precisión que alcanzará Gaia en su observaciones: Hipparcos fue capaz de medir el tamaño de un elefante situado sobre la Luna observado desde la Tierra. Gaia está preparado para hacer lo propio con una mariposa. Me parece exquisita y sutil la comparación cuantitativa y revela claramente el salto de gigante que experimentará la astronomía. La nueva astronomía.

Un instante de mi intervención titulada Astrometría: cartografía de la Galaxia. Encantado de lucir en la solapa el pin oficial de Gaia, regalo de la ESA a través de su representante.

Después dimos paso a la conexión en directo para presenciar el lanzamiento, que transcurrió sin ninguna interrupción. Había nerviosismo entre los que allí estábamos, se palpaba. 

Abel Calle presentando el siguiente punto del programa: el lanzamiento. Faltan 10 minutos y 14 segundos en esta instantánea. El color verde del cronómetro regresivo situado en la parte superior derecha de la pantalla indica que todo va bien en el Puerto Espacial.

Las primeras imágenes desde Kourou mostraban el cohete en la rampa de lanzamiento. Un montón de logos y emblemas adornaban la cofia del Soyuz  donde se alojaba Gaia en una especie de posición fetal, plegado, con unas ganas inmensas de volar. 

César García, el representante de la ESA, oculto tras la pantalla del ordenador iba comentando en directo los detalles y traduciendo simultáneamente. Algo más de dos minutos para el despegue.

Infografía de la cofia del cohete lanzador. En su interior Gaia acoplado al módulo Fregat. Crédito: EADS Astrium.

Dos segundos !!Arriba!!

Comienza la odisea. Crédito: ESA.

Momentos más importantes del lanzamiento. Crédito ESA.

Después de unos minutos, ante la evidente normalidad del proceso de despegue, la audiencia del Aula Magna proclamó su descanso emocional con un efusivo aplauso, que volvió a repetirse en torno a los 41 minutos tras el despegue, momento clave en que el módulo Fregat dio libertad a Gaia camino de su órbita definitiva. Esta es una órbita de Lissajous en torno al punto de Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra, a 1,5 millones de kilómetros. Gaia observará las estrellas desde esa posición en el espacio, donde se da un ambiente térmico estable, con una eficiencia de observación altísima (porque el Sol, la Tierra y la Luna estarán detrás de los instrumentos de observación) y una radiación moderada. Gaia tardará 30 días en llegar a L2.
Finalmente, el último aplauso unánime de la mañana sobrevino cuando el parasol se desplegó en una secuencia automática de 10 minutos de duración, completada alrededor de 88 minutos después del lanzamiento.

Entre estos hechos César García dio inicio a su presentación, titulada Gaia Mission Summary, dando cuenta de todos los pormenores técnicos y científicos involucrados en el proyecto.  Y lo hizo de una manera clara y amena. Ved algunos instantes de la intervención. Terminada la conferencia se inició un turno de preguntas. Hay que decir que hubo muchas e interesantes y se estableció un animado debate. 

César García, respondiendo a las preguntas de los asistentes.

Ya en la recta final de la mañana, hubo dos intervenciones más como complemento perfecto a todo lo desarrollado hasta el momento. Los compañeros de la Agrupación Astronómica Palentina, en una numerosa representación, dieron a conocer sus actividades dentro del ámbito astronómico, a la vez que quisieron estar presentes para acompañar a su paisano y representante de la ESA, César García. Por otro lado, la directora del Museo de la Ciencia de Valladolid, la astrofísica Inés Hidalgo, hizo una estupenda valoración del evento y publicitó como ella solo sabe hacerlo las próximas actividades que se llevarán a cabo en el museo.

José Alberto Illera, secretario de la AAP, durante su intervención.

Inés Hidalgo, Directora del Museo de la Ciencia de Valladolid.

Pasaban las 12:30 de la mañana cuando se clausuró el acto oficial de la presentación y el lanzamiento de la misión Gaia. El éxito de la convocatoria sobrepasó, a mi juicio, todas las expectativas, lo que viene a demostrar que el ambiente académico en el Campus vallisoletano goza de una salud excelente. Ojalá que se repitan con frecuencia encuentros de este tipo y que tomen buena nota los responsables. En definitiva, la Universidad es eso, cultura, formación e ilusión por los cuatro costados. En cuanto a mí, decir que ha sido un placer compartir este tiempo con unos grandes profesionales y mejores personas.

Abel Calle clausurando el acto. Su rostro denota la satisfacción plena por el éxito del evento y por el perfecto lanzamiento de Gaia.

Los organizadores y participantes hicimos la típica pose de recuerdo tras las palabras de clausura del profesor Abel Calle. Después, y fue algo muy celebrado, se repartió el póster oficial de la misión (gentilmente enviados por la ESA) entre los asistentes. 

Organizadores y participantes. Crédito: AAP.

Los asistentes recogiendo como recuerdo el póster oficial de la misión. Crédito: Abel Calle.

Para finalizar esta extensa -pero necesaria- crónica, dejo -como ya es habitual- la felicitación navideña del equipo editor de El Observador de Estrellas Dobles. Cumplimos el quinto año de vida y estamos orgullosos de la revista. Eso sí, todo ello gracias a los colaboradores que número a número llenan nuestras páginas con sus artículos. Un fuerte abrazo a todos.

Y a Gaia, buen viaje y mejor salud. Daré cuenta aquí cuando llegue a su punto de trabajo. Se ha dado el paso hacia una nueva Astronomía. !Y qué suerte que lo estemos presenciando! Ad Astra.