¿GAIA ha aprendido algo sobre la Relatividad General mirando cerca de Júpiter? (Gerry Gilmore: "masa rotatoria achatada moviéndose en un potencial (Solar) más profundo")

Gaia es el seguimiento de la misión Hipparcos , que se desactivó en 1993. Por lo tanto, los resultados de Gaia llevan décadas en desarrollo. La palabra "Gaia" era originalmente un acrónimo de "Interferómetro astrométrico global para astrofísica", pero a medida que el alcance de los objetivos científicos de la misión creció enormemente, se volvió anticuado y ahora está obsoleto.

El tema de las microlentes con Júpiter ha anticipado durante mucho tiempo los conjuntos de datos de Gaia, por ejemplo, este artículo seminal . En el procesamiento de datos de Gaia, la curvatura de la luz se tiene en cuenta con la aproximación posnewtoniana, consulte aquí . Afirman: "Primero, la propagación de la luz desde la fuente hasta la ubicación de Gaia se modela en el BCRS con todos los detalles requeridos para alcanzar la precisión numérica requerida de aproximadamente 0,1 μas. En este proceso, la influencia del campo gravitacional de la energía solar -Se tiene en cuenta el sistema. Esto incluye la curvatura gravitacional de la luz debida al Sol, los planetas principales y la Luna".

No puedo encontrar ningún antecesor de Gaia que tuviera la capacidad de restringir la curvatura de la luz alrededor de Júpiter. Esta es una razón por la que Gaia es tan única: es la única misión activa basada en el espacio (hasta donde puedo encontrar, ¡podría estar equivocado!) que intenta un estudio de todo el cielo para astrometría de alta precisión. Por lo tanto, es (quizás) el único que tenemos actualmente para probar la curvatura de la luz por parte de Júpiter.

Ahora voy a tratar de responder a sus preguntas directamente:

¿Es posible mirar tan cerca de algo tan brillante como Júpiter y seguir haciendo astrometría de precisión usando GAIA? ¿Se ha probado esto? ¿Funcionó?

EDITAR: Respuestas cortas: Sí, es posible (¡y cada vez más plausible!); no ha sido probado con todo el rigor que yo sepa; se espera que funcione, ya que la microlente con Júpiter ha tenido éxito para descubrir, por ejemplo, exoplanetas.

De hecho, Júpiter es brillante , pero existen formas sistemáticas de manejar esto en la fotometría de Gaia. Gaia observará más de 350.000 objetos en nuestro sistema solar. La gran mayoría son asteroides del cinturón principal, pero esto incluye lunas de otros planetas, lo que implica que para lograrlo tendrían que tener en cuenta el brillo de los propios planetas.

Este sitio describe la detectabilidad de las estrellas cerca de Júpiter (en relación con la vista de Gaia), donde "la detectabilidad es una función de la posición angular de la estrella con respecto a Júpiter". La imagen de este sitio es útil, ya que muestra los límites de detección "para una estrella de magnitud G = 13,5 a medida que se acerca a Júpiter en una amplia gama de orientaciones relativas... Júpiter tiene una forma alargada porque los píxeles de Gaia son rectangulares, con un tamaño tres veces menor en la dirección del eje X. Los límites de detección encontrados para una estrella G=13.5 cerca de Júpiter están entre 2" y 4"."

El equipo de calibración de Gaia SOC desarrolló herramientas de calibración con GEREQ (que es un acrónimo de "Gaia Relativistic Experiment on Jupiter's Quadrupole", el dispositivo a bordo de Gaia que realiza estas mediciones) siendo el caso prototípico.

¿Vieron una "flexión de la luz cuadripolar debido a una" masa rotatoria achatada que se mueve en un potencial (Solar) más profundo?

EDITAR: Respuesta corta: No, todavía no :)

Revisé ambas publicaciones de datos, aquí y aquí , y no veo resultados publicados sobre esto, pero no estoy íntimamente familiarizado con él (ni con su archivo de datos ).

Esta es un área activa de investigación. Por ejemplo, este documento presenta desarrollos recientes en un marco de estimación y calibración, donde demuestran la sub$\mu$estabilidad a nivel "de un marco de referencia local compuesto por unas pocas decenas de estrellas de comparación que rodean la brillante estrella objetivo que se espera que muestre un gran valor para la desviación de la luz relativista debido a su proximidad al limbo de Júpiter". Los autores concluyen afirmando que a continuación planean aplicar la metodología "a las observaciones reales de eventos en el experimento GAREQ".

GR nos dice que la luz aparecerá desviada cerca de Júpiter y la distribución de masa de Júpiter es achatada porque gira rápido, por lo que se espera que la deflexión tenga un momento cuadripolar. Pero, ¿alguna de esa desviación se debe directamente a la rotación, o sería más o menos lo mismo para un Júpiter estático, no giratorio pero achatado? ¿Hasta dónde llega esto en la madriguera del conejo GR?

En principio, la flexión adicional se debe a la forma de la lente, por lo que se debe directamente a la forma achatada. Pero el achatamiento en este caso se debe a la rotación del planeta. Entonces, si Júpiter no gira, ¿por qué sería achatado?

De acuerdo, si esto es puramente un experimento mental, entonces la no esfericidad de la lente, que no gira, sería similar en principio a la flexión de la luz galáctica, donde la lente es una galaxia no esférica. La naturaleza no esférica de una lente puede complicar la curvatura de la luz, lo que da como resultado arcos parciales alrededor de la lente en lugar de imágenes completas. Cómo manejar la no esfericidad es una pregunta abierta en general, y diferentes campos han desarrollado varios métodos para dar cuenta de ello que generalmente son específicos del contexto. En el campo de la microlente, este documento muestra cómo se puede manejar para sistemas estelares binarios cercanos. Para saber cómo calcular el ángulo de Einstein en eventos de microlente, consulte aquí. Tenga en cuenta que incluso si no hay esfericidad en la lente, si la lente está alineada con la fuente, la amplificación de la fuente es máxima.

En el caso específico de la microlente con Júpiter y Gaia, el artículo seminal también citado anteriormente lo explica muy bien: a partir de la ecuación geodésica, llegan a las ecuaciones 10-12 que dan el vector de deflexión que contiene el término monopolo habitual y los términos cuadrupolares relevantes. Estos se simplifican en el caso de "rayos casi rasantes ya que, a diferencia de la desviación solar, el efecto es demasiado pequeño para observarse en un ángulo grande desde el planeta" en las ecuaciones 13 y 14, que dependen de la orientación del eje de giro. del planeta (es decir, los productos internos con el vector de espín en el$z$dirección). En la ecuación 13, el término monopolo es el primer término que es independiente de$J_2$(el coeficiente adimensional del segundo armónico zonal), y los términos que se restan de él son términos cuadripolares. La ecuación 14 se debe al cuadrupolo. Claramente, los términos del cuadrupolo dependen de$z$, lo que implica que esto se debe directamente a la achatamiento de Júpiter...

EDITAR: .... que el achatamiento MISMO se debe a la rotación del planeta. En principio, un planeta que no gire aún causaría la flexión de la luz (b/c la solución de Schwarzschild lo hace), y una distribución de masa no esférica del planeta podría causar una flexión adicional de la luz debido a un momento de cuadrupolo de masa de la no esfericidad. , pero esto sería más similar a un efecto de un cuerpo extendido en la relatividad general, en lugar de giro, que es lo que se modela en el caso de Júpiter. Entonces, específicamente en el caso de Júpiter, uno no está equivocado al decir que el achatamiento causa directamente más flexión, pero viene con el matiz de que el achatamiento en sí mismo se debe a la rotación: esto se muestra en las ecuaciones 13 y 14 anteriores, por la cantidad$J_2$apareciendo en todas partes hay giro. Este documento explica esto más técnicamente.

BONIFICACIÓN: Júpiter no está solo en esta posibilidad. Como se indicó anteriormente, Gaia verá cientos de miles de cuerpos del sistema solar. Esto significa que hay potencialmente más de miles de posibles eventos de microlente. Usando el DR2 de Gaia, ¡ya se predicen alrededor de 100 eventos de microlente! Todavía no he visto predicciones mejoradas, ya que anticipaban mejorar las incertidumbres de sus predicciones utilizando datos DR3, que se retrasó debido a la pandemia.

BONIFICACIÓN DOBLE: ¡ aquí hay una propuesta genial para una nueva misión espacial para probar la gravedad post-newtoniana en las cercanías de la Tierra!