W ten weekend wystartowała misja Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA): teleskop kosmiczny, którego celem jest odkrycie tajemnic ciemnej materii i ciemnej energii. Ważący 2,2 tony statek kosmiczny z 1,2-metrowym teleskopem został wyniesiony w kosmos przez rakietę SpaceX Falcon 9 i jest teraz w drodze na orbitę wokół Słońca.
Pierwotnie misja miała zostać wystrzelona przy użyciu rosyjskiej rakiety Sojuz z europejskiego portu kosmicznego w Gujanie Francuskiej, ale po inwazji Rosji na Ukrainę wstrzymano współpracę między ESA a Rosją. Zamiast tego teleskop wystartował ze Stacji Sił Kosmicznych Cape Canaveral na Florydzie, startując o godzinie 12:11 czasu wschodniego w sobotę 1 lipca.
Teleskop kieruje się na orbitę zwaną L2, drugi punkt Lagrange’a, która jest tą samą orbitą, z której korzysta Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i inne teleskopy kosmiczne. Orbita ta zapewnia wysoką stabilność, co jest szczególnie ważne w przypadku misji takiej jak Euclid, której celem jest gromadzenie niezwykle szczegółowych obserwacji wszechświata.
Euclid powinien dotrzeć do L2 w ciągu czterech tygodni, a następnie przeprowadzić dwumiesięczne przygotowania przed rozpoczęciem obserwacji naukowych w okolicach początku października.
Euclid przeprowadzi zarówno szerokie, jak i głębokie badania wszechświata, łącząc obrazy w celu stworzenia mapy wszechświata, która pomoże poznać dwa tajemnicze koncepcje: ciemną materię, która stanowi około 27 procent wszystkiego, co istnieje, oraz ciemną energię, która odpowiada za dla około 68 procent wszechświata. Każdy atom, cząsteczka i kawałek materii, które możemy zaobserwować, stanowi pozostałe 5 procent znane jako zwykła lub barionowa materia.
Teleskop zmierza na tę samą orbitę, z której korzysta Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba
Wiemy, że ciemna materia i ciemna energia muszą istnieć z powodu ruchów galaktyk i sposobu rozszerzania się wszechświata. Są jednak niezwykle trudne do zbadania, ponieważ ciemna materia nie oddziałuje ze światłem, a ciemna energia jest nieznaną formą energii. Aby więc znaleźć dowody na ich istnienie, musimy spojrzeć na bardzo dużą skalę.
„Jeśli chcesz zajmować się kosmologią i obserwować kosmos jako całość, musisz przeprowadzić duży przegląd” — wyjaśnił Giuseppe Racca, kierownik projektu Euclid w ESA na konferencji prasowej. „A Euclid jest specjalnie zaprojektowany z bardzo szerokokątnym teleskopem, aby objąć większość wszechświata, który można obserwować w bardzo krótkim czasie”.
Teleskop Euclid zbada 36 procent nieba w ciągu swojej sześcioletniej misji, a aby obserwować tak duży obszar, teleskop ma bardzo szerokie pole widzenia. Odnosi się to do obszaru nieba, który można obserwować przez teleskop, aw przypadku Euclida pole widzenia jest 2,5 razy większe od księżyca.
Porównaj to, powiedzmy, z Kosmicznym Teleskopem Hubble’a, który ma pole widzenia równe zaledwie 1/12 wielkości Księżyca. Hubble może bardzo szczegółowo obrazować obiekty takie jak galaktyki lub mgławice, ale zbadanie obszaru nieba porównywalnego do Euklidesa zajęłoby około 1000 lat.
Wiemy, że ciemna materia i ciemna energia muszą istnieć z powodu ruchów galaktyk i sposobu rozszerzania się wszechświata
A jeśli zastanawiasz się, dlaczego Euclid będzie badał tylko nieco ponad jedną trzecią nieba, to dlatego, że nie można zobaczyć odległych galaktyk w innych obszarach nieba, ponieważ te odległe obiekty są blokowane przez bliższe gwiazdy i pył w naszym własnym galaktyka.
Euclid będzie miał dwa instrumenty: instrument VISible lub VIS, który działa w świetle widzialnym, oraz spektrometr i fotometr bliskiej podczerwieni lub NISP, który działa w bliskiej podczerwieni. Pokrycie obu tych długości fal pozwala naukowcom zobaczyć galaktyki przesunięte ku czerwieni, co oznacza, że ponieważ oddalają się od nas, światło z nich jest przesunięte w kierunku czerwonego końca widma.
Łącząc obserwacje z obu instrumentów, obserwacje Euclid można wykorzystać do stworzenia trójwymiarowej mapy pokazującej rozmieszczenie widzialnej materii we wszechświecie.
Ale ciemna materia nie jest widoczna — dlatego tak trudno ją badać. Nie można go zaobserwować bezpośrednio, ale jego obecność można wywnioskować, patrząc na rozkład materii, który widzimy.
„Ciemna energia i ciemna materia ujawniają się poprzez bardzo subtelne zmiany, jakie wprowadzają w wyglądzie obiektów w widzialnym wszechświecie” — wyjaśnił René Laureijs, naukowiec projektu Euclid.
Dwie główne metody badania ciemnej energii i ciemnej materii stosowane przez Euclida to słabe soczewkowanie i grupowanie galaktyk. Zastosowanie dwóch metod badania tej samej rzeczy pozwala naukowcom porównać swoje wyniki ze sobą, co, miejmy nadzieję, prowadzi do dokładniejszych ustaleń.
Soczewkowanie grawitacyjne to efekt, w którym grawitacja bardzo dużych obiektów, takich jak galaktyki lub gromady galaktyk, zakrzywia czasoprzestrzeń, działając jak szkło powiększające i zmieniając światło pochodzące z odległych obiektów znajdujących się za obiektem pierwszego planu.
Widząc, jak silny jest efekt soczewkowania, naukowcy mogą obliczyć masę obiektu na pierwszym planie – i porównać tę obliczoną masę z masą widzialnej materii w galaktyce na pierwszym planie. Jeśli istnieje duża różnica między obliczonymi i obserwowanymi masami, sugeruje to obecność dużych ilości ciemnej materii na pierwszym planie.
Drugi efekt, gromadzenie się galaktyk, odnosi się do sposobu, w jaki galaktyki są rozmieszczone w trzech wymiarach we wszechświecie. W miarę rozszerzania się wszechświata galaktyki oddalają się od nas, co powoduje przesunięcie ku czerwieni. Naukowcy mogą porównać rzeczywistą odległość do galaktyki z jej przesunięciem ku czerwieni za pomocą zjawiska zwanego barionowymi oscylacjami akustycznymi, co może pokazać, jak szybko wszechświat się rozszerza – co jest bezpośrednio związane z ciemną energią.
to dlatego, że nie można zobaczyć odległych galaktyk w innych obszarach nieba
W połączeniu te metody powinny pomóc kosmologom dowiedzieć się więcej o ciemnej materii i ciemnej energii niż kiedykolwiek wcześniej. Aby zebrać dane, Euclid wykona około 1 miliona zdjęć z 12 miliardów obiektów w trakcie swojej misji. To powinno nas zbliżyć o krok do możliwości wykrywania i badania tych nieuchwytnych zjawisk oraz zrozumienia składu otaczającego nas wszechświata.
„To coś więcej niż teleskop kosmiczny” — powiedział Laureijs — „to naprawdę detektor ciemnej energii”.