När man undersökte positionerna för över en miljard stjärnor, ESA:s Gaia-uppdrag mäter också deras färg, en nyckeldiagnostik för att studera stjärnors fysiska egenskaper. En ny bild ger en förhandsvisning av Gaias första fullfärgade himmelskarta, som kommer att släppas lös i sin högsta upplösning med nästa datasläpp 2018.

Stjärnor finns i en mängd olika färger som beror på deras yttemperatur, vilket är, i tur och ordning, bestäms av deras massa och utvecklingsstadium.

Massiva stjärnor är hetare och lyser därför starkast i blått eller vitt ljus, om de inte närmar sig slutet av sitt liv och har blåst upp till en röd superjätte. Stjärnor med lägre massa, istället, är svalare och tenderar att se röda ut.

Att mäta stjärnfärger är viktigt för att lösa en mängd olika frågor, allt från stjärnornas inre struktur och kemiska sammansättning till deras utveckling.

Gaia, ESA:s astrometriuppdrag för att sammanställa den största och mest exakta katalogen över stjärnors positioner och rörelser hittills, har också registrerat färgen på stjärnorna den observerar. Satelliten sköts upp i december 2013 och har samlat in vetenskaplig data sedan juli 2014.

En särskild insats i Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) är tillägnad den utmanande strävan att extrahera stjärnfärger från satellitdata. Även om dessa mätningar kommer att publiceras med Gaias andra datasläpp i april 2018, en förhandsvisning av Gaias himmelkarta i färg visar att det pågående arbetet fortskrider väl.

Den nya kartan, baserat på preliminära uppgifter från 18,6 miljoner ljusa stjärnor tagna mellan juli 2014 och maj 2016, visar mittvärdet (medianen) av färgerna på alla stjärnor som observeras i varje pixel. Det är bra att titta på den bredvid dess följekarta, visar tätheten av stjärnor i varje pixel, som är högre längs det galaktiska planet – den ungefär horisontella strukturen som sträcker sig över bilden, motsvarande den mest tätbefolkade regionen i vår Vintergatans galax – och lägre mot polerna.

Även om den här kartan bara är avsedd som en aptitretare till den fulla upplevelsen av nästa års release, som kommer att innehålla ungefär hundra gånger fler stjärnor, det är redan möjligt att upptäcka några intressanta funktioner.

De rödaste områdena på kartan, finns främst nära Galactic Center, motsvarar mörka områden på densitetskartan:dessa är moln av damm som skymmer en del av stjärnljuset, speciellt vid blå våglängder, får det att se rödare ut – ett fenomen som kallas rodnad.

Det är också möjligt att se de två magellanska molnen – små satellitgalaxer i vår Vintergatan – i den nedre delen av kartan.

Uppgiften att mäta färger utförs av det fotometriska instrumentet på Gaia. Detta instrument innehåller två prismor som delar upp stjärnljuset i dess bestående våglängder, ger två lågupplösta spektra för varje stjärna:en för den korta, eller blå, våglängder (330-680 nm) och den andra under lång tid, eller röd, ettor (640-1050 nm). Forskare jämför sedan den totala mängden ljus i de blå och röda spektra för att uppskatta stjärnornas färger.

För att exakt kalibrera dessa spektra, dock, det är nödvändigt att känna till positionen för varje källa på Gaias fokalplan med mycket hög noggrannhet – faktiskt, till en noggrannhet som bara Gaia själv kan tillhandahålla.

Som en del av ansträngningen att extrahera fysiska parametrar från data som skickas tillbaka av satelliten, forskare matar dem till en iterativ algoritm som jämför de inspelade bilderna av stjärnor med modeller av hur sådana bilder ska se ut:som ett resultat, Algoritmen ger en första uppskattning av stjärnans parametrar, såsom dess position, ljusstyrka, eller färg. Genom att samla in mer data och mata in dem till algoritmen, modellerna förbättras ständigt och så är de uppskattade parametrarna för varje stjärna.

Den första Gaia-datareleasen, publicerades i september 2016, baserades på mindre än en fjärdedel av den totala mängden data som kommer att samlas in av satelliten under hela dess femåriga uppdrag, som förväntas observera varje stjärna i genomsnitt 70 gånger. Denna första release, listar oöverträffat exakta positioner på himlen för 1,142 miljarder stjärnor, tillsammans med deras ljusstyrka, innehöll ingen information om stjärnornas färger:då, det hade inte varit möjligt att köra tillräckligt många iterationer av algoritmen för att exakt uppskatta ytterligare parametrar.

När satelliten fortsätter att observera fler stjärnor, forskare har nu haft mer tid att mata data till den iterativa algoritmen för att få uppskattningar av stjärnornas färger, som de som visas på den nya kartan. Dessa uppskattningar kommer att valideras, under de kommande månaderna, som en del av den övergripande databehandlingssatsningen som leder till den andra Gaia-datareleasen.

Sedan den första dataframgivningen har forskare över hela världen har använt Gaias ljusstyrkemätningar – som erhålls över hela G-bandet, från 330 till 1050 nm – tillsammans med datauppsättningar från andra uppdrag för att uppskatta stjärnornas färger. Dessa studier har tillämpats på en mängd olika ämnen, från variabla stjärnor och stjärnhopar i vår galax till karaktäriseringen av stjärnor i de magellanska molnen.

Nästa år, den andra versionen av Gaia-data inkluderar inte bara positionen och G-bandets ljusstyrka, men också den blå och röda färgen för över en miljard stjärnor – förutom de efterlängtade uppskattningarna av stjärnparallaxer och egenrörelser baserade på Gaia-mätningar för alla observerade stjärnor. Denna extraordinära datauppsättning gör det möjligt för forskare att fördjupa sig i vår galaxs hemligheter, undersöker dess sammansättning, bildning och evolution till en oöverträffad detaljgrad.