聖誕節前三週，天文學家提前打開了他們的禮物之一。裡面是一份最受歡迎的禮物——一個包含我們銀河系內外超過十億顆恆星的龐大星表，是同類星表中最為先進的。這個新的寶藏已經被投入使用，渴望的天文學家正在仔細研究它的資料，希望以前所未有的方式解開我們銀河系最神秘的秘密。
這份禮物來自歐洲航天局 (ESA) 耗資 10 億美元的蓋亞望遠鏡，該望遠鏡於 2013 年發射，執行為期十年的任務，以測量我們銀河系內外數十億顆恆星的運動、位置和其他關鍵屬性。12 月 3 日星期四，歐空局釋出了新的巡天資料批次——稱為蓋亞早期資料釋出 3 (EDR3)——其中包含有關十億顆恆星的更新資訊，包括對其位置和速度的更精確計算，這對天文學家來說是至關重要的工具。“恆星的距離精度提高了約 30%，自行精度提高了兩倍，”荷蘭萊頓大學的蓋亞資料處理團隊負責人安東尼·布朗說。“這是因為我們收集了 34 個月的觀測資料，而不是之前釋出的 22 個月。”
數十位天文學家立即將這些精細的計算投入使用，他們在星期四聚集在名為“蓋亞衝刺”的虛擬“駭客馬拉松”中。在 2018 年蓋亞之前的資料釋出中，這些天文學家在紐約市面對面會面。今年，由於 COVID-19，需要進行更遠端的會議。透過使用即時通訊平臺 Slack，並結合視訊通話服務 Wonder 中的數字會議室，來自世界各地的天文學家能夠在資料公開後立即即時交流和討論資料。“我們都在同一天[處理]相同的資料集，但我們做的事情卻大相徑庭，”活動組織者之一，美國自然歷史博物館的傑基·法赫蒂說。“這就像一場科學派對。”
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華沙大學的 Łukasz Wyrzykowski 是參與者之一，他計劃使用這些資料來尋找黑洞跡象，因為它們的引力彎曲了更遙遠恆星的光線。特別是，他正在尋找大約是太陽重量五到十倍的小型所謂恆星質量黑洞。“我們只知道幾十個這樣的黑洞，”他說。“所以我們試圖探測透鏡效應。如果光線受到黑洞引力勢的干擾，那麼您就會看到黑洞本身的效果。” 蓋亞提供了一種在新尺度上尋找此類效應的新方法。“只有蓋亞才能為我們提供如此精確的測量，以便我們可以看到背景恆星由於這種透鏡效應而產生的位移，”Wyrzykowski 說。不過，他指出，機會渺茫。如果存在任何此類事件，預計在蓋亞資料的 20 億顆恆星中只會發生一到兩次。
在其他地方，耶魯大學的安娜·博納卡和熨斗研究所的阿德里安·普萊斯-惠蘭正在使用 EDR3 尋找我們銀河系中的暗物質團塊。在整個銀河系中都可以找到成群的恆星，這些恆星似乎以稱為恆星流的有序佇列移動。使用蓋亞的精確資料，應該可以繪製出這些星流的運動，並尋找任何看起來異常密集或貧乏的區域。“我們注意到這些恆星應該一起移動，”博納卡說。“然而，[在]一個有很多暗物質團塊的星系中，分佈[應該]看起來有點不同。” 這應該會導致星流中出現過度密度和密度不足，暗示著隱藏在我們視野之外的暗物質團塊的引力影響。普萊斯-惠蘭說，EDR3 已經提供了“更清晰的星流檢視”，從而可以更輕鬆地標記可能的團塊。
與此同時，加州大學伯克利分校的卡里姆·埃爾-巴德里正在尋找寬雙星——彼此繞軌道執行但距離地球-太陽距離 10,000 到 100,000 倍的恆星。埃爾-巴德里說，早期釋出的蓋亞資料包含許多資料處理錯誤，這些錯誤使較遠的恆星看起來更近，這使得識別寬雙星變得困難。但在 EDR3 中，“到目前為止，他們似乎在過濾掉那些不良來源方面做得更好，”他說。這應該允許找到更多，這可能有助於進一步校準蓋亞自身的資料。望遠鏡在計算恆星距離時存在少量不確定性，最遠恆星的不確定性高達 20%，這可能會給資料分析帶來問題。但埃爾-巴德里說，看到寬雙星可以幫助解決這個問題，如果已知彼此繞軌道執行的兩顆恆星的距離可以獨立測量和比較的話。
蓋亞利用稱為天體測量學的技術來發現圍繞其中一些恆星執行的系外行星的潛力也備受關注，該技術可以透過行星使其主恆星在天空平面上來回擺動的方式來探測行星的存在。雖然大多數新系外行星的發現預計要到望遠鏡第四次資料釋出（四五年後）才會出現，但 2022 年初的完整資料釋出 3 可能包含先前發現的系外行星的資訊。“在 2022 年，希望一些已知的系外行星將具有天體測量，這將為我們提供有關這些系外行星質量的一些真實資訊，”都靈天體物理天文臺的蓋亞團隊成員羅納德·德里梅爾說。“我們正在談論的是大型系外行星，木星圍繞其他恆星執行，並看到它們對其主恆星的影響，而不是小型類地系外行星。”
使用 EDR3 已經可以進行其他研究。例如，由於蓋亞資料的改進，德里梅爾已經看到了一個恆星系統中先前假設的黑洞的證據。天文學家還能夠透過測量數十億光年外明亮物體類星體的距離來測量我們太陽系向銀河系中心的加速度，得出的數字為每百萬年每秒七公里。“這是一個非常小的數字，但我們能夠用蓋亞測量它，”布朗說。在未來的幾周、幾個月和幾年裡，還有更多令人興奮的科學在等待著。“蓋亞資料就像一場海嘯席捲天體物理學，”英國萊斯特大學的馬丁·巴斯托說，他是蓋亞團隊的成員，他在星期四宣佈資料的虛擬新聞釋出會上說。“這簡直是變革性的。蓋亞前後的天文學將變得面目全非。”