SpaceX uruchomił w sobotę Kosmiczny Teleskop Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej o wartości 1,5 miliarda dolarów, ambitną i wyjątkową próbę określenia natury ciemnej materii – nieznanej substancji przenikającej wszechświat – i ciemnej energii, tajemniczej siły odpychającej przyspieszającej rozszerzanie się wszechświata .
„Bardzo trudno jest znaleźć czarnego kota w ciemnym pokoju, zwłaszcza jeśli nie ma tam żadnego kota” – powiedział Henk Hoekstra, astronom z Leiden University i koordynator Euclid Science. „Jest to sytuacja, w której trochę się znaleźliśmy, ponieważ mamy te obserwacje, ale brakuje nam dobrej teorii.
„Do tej pory nikt nie wymyślił dobrego wyjaśnienia ciemnej materii, ciemnej energii i innych wyzwań związanych również z fizyką cząstek elementarnych…. Wystrzelenie Euclida naprawdę (przenosi) kosmologię w przyszłość. To pierwsza misja kosmiczna zaprojektowana do badania ciemności energia.”
SpaceX
W 1998 roku astronomowie mapujący ekspansję Wszechświata spodziewali się spowolnienia spowodowanego przyciąganiem grawitacyjnym wszystkich jego składników. Byli zdumieni odkryciem, że ekspansja kosmosu i wszystko w nim zaczęło przyspieszać 5-6 miliardów lat temu. Nieznana siła napędzająca to przyspieszenie została nazwana ciemną energią.
Od tego czasu naukowcy doszli do wniosku, że ciemna energia stanowi prawie trzy czwarte zbiorowego budżetu energetycznego całego wszechświata. Ciemna materia stanowi około 24% wszechświata, podczas gdy atomy i cząsteczki składają się na normalną materię – Ziemię, ludzi, gwiazdy i galaktyki – tylko 5%.
Badając subtelne zmiany w świetle galaktyk w ciągu ostatnich 10 miliardów lat, kamery Euclid pomogą naukowcom odkryć, czy ciemna energia jest zgodna z niezmienną „stałą kosmologiczną” przewidzianą przez ogólną teorię względności Einsteina, czy też należy zająć się obecnym rozumieniem grawitacji przegląd.
Williama Harwooda/Wiadomości CBS
Yannick Miller, astronom z Instytutu Astrofizyki w Paryżu i członek zespołu naukowego Euclida, ujął to w następujący sposób:
Celem misji Euclid jest udzielenie odpowiedzi na następujące pytania: Dlaczego ekspansja wszechświata przyspiesza, co przekłada się na: Jaka jest natura ciemnej energii? Czy jest to stała kosmologiczna? Czy jest to dynamiczna ciemna energia, której właściwości mogą zmieniać się wraz z Czy też jest to odstępstwo od ogólnej teorii względności na skalę kosmiczną?
Jednocześnie Euclid będzie badał również naturę ciemnej materii, morza cząstek, które nie emitują ani nie odbijają światła ani innego promieniowania elektromagnetycznego, ale wyraźnie pokazują efekty działania grawitacji. Ciemna materia powstrzymuje galaktyki przed ucieczką i wpływa na to, jak galaktyki ewoluowały i łączyły się przez 13,7 miliarda lat od Wielkiego Wybuchu.
„Euclid będzie badał rozkład ciemnej materii i rozkład galaktyk z niespotykaną dotąd rozdzielczością z kosmosu” – powiedział Millier. „Zrekonstruuje również kosmiczną historię wszechświata na przestrzeni ostatnich 10 miliardów lat”.
Zrobi to poprzez obrazowanie ponad 10 miliardów galaktyk. Oprogramowanie na Ziemi pomoże zidentyfikować 1,5 miliarda lub więcej najlepszych kandydatów i przeanalizować, w jaki sposób ich kształty są zniekształcane przez niewidzialne chmury ciemnej materii, które wypełniają przestrzeń między Euclidem a jego celami.
ESA
Technika, znana jako słabe soczewkowanie grawitacyjne, jest podobna w koncepcji do sposobu, w jaki woda nieznacznie zniekształca kształty skał rozrzuconych w poprzek strumienia. Jest to bardzo subtelny efekt w kategoriach kosmologicznych, wymagający złożonego oprogramowania, potężnych komputerów i ponad 1500 naukowców z dziewięciu ośrodków badawczych, aby go wykryć.
Ale jeśli wszystko pójdzie dobrze, Euclid „będzie bezpośrednio obserwował rozkład ciemnej materii za pomocą efektu soczewkowania grawitacyjnego, który modyfikuje kształty galaktyk, które są odchylane przez rozkład ciemnej materii wzdłuż określonej linii wzroku” – powiedział Millier. „To zapewni rozkład ciemnej materii, który nie jest widoczny w polu euklidesowym”.
Widmowe obserwacje dziesiątek milionów galaktyk pozwolą naukowcom określić odległości i prędkości w trzech wymiarach, rzucając światło na to, czy ciemna energia jest w rzeczywistości siłą stojącą za przyspieszeniem kosmicznej ekspansji, czy też potrzebne jest inne wyjaśnienie.
Misja rozpoczęła się o godzinie 11:12 czasu wschodniego w sobotę, kiedy rakieta SpaceX Falcon 9 wybuchła na Stacji Sił Kosmicznych Cape Canaveral. Po szybkiej rundzie kontroli komputerowych rakieta została wystrzelona, aby przeskoczyć 1,7 miliona funtów ciągu, zapewniając spektakularny weekendowy pokaz nieba dla mieszkańców okolicy i turystów.
41 minut później, po dwóch salwach silnika drugiego stopnia rakiety, Euclid został wystrzelony do samodzielnego lotu. Pierwszy stopień Falcona 9, jak zwykle w SpaceX, poleciał sam, by wylądować na morskim dronie.
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) przygotowywała się do wystrzelenia Kosmicznego Teleskopu Euclid w zeszłym roku na rosyjskiej rakiecie Sojuz, która wystartowała z Kourou w Gujanie Francuskiej. Ale w następstwie rosyjskiej inwazji na Ukrainę plany te upadły, pozostawiając Euclida bez lotu w kosmos.
W lipcu zeszłego roku Europejska Agencja Kosmiczna zwróciła się do SpaceX w sprawie możliwego wystrzelenia rakiety Falcon 9 firmy. Pod koniec roku kontrakty obowiązywały i zespół mógł ruszyć do przodu dzięki sobotniej premierze.
„Jesteśmy winni … ogromne podziękowania dla SpaceX” – powiedział Mike Healy, szef projektów naukowych w Europejskiej Agencji Kosmicznej. „Bez nich nasz satelita pozostanie na Ziemi przez dwa lata”.
ESA
Euclid kieruje się do regionu przestrzeni kosmicznej prawie milion mil od Ziemi – Lagrange Point 2 – gdzie grawitacja Słońca i Ziemi tworzy spokojną strefę, w której statek kosmiczny może pozostać na miejscu przy minimalnym manewrowaniu i zużyciu paliwa. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba również działa w L2.
Ważący 4760 funtów Euclid jest wyposażony w niemal idealne główne lustro o wymiarach 3 na 11 cali i dwa instrumenty: 600-megapikselowy aparat światła widzialnego i 64-megapikselowy spektrofotometr na podczerwień. Pole widzenia teleskopu jest mniej więcej dwa razy większe niż Księżyc w pełni.
Po miesięcznym okresie sprawdzania i kalibracji, Euclid rozpocznie mapowanie 15 000 stopni kwadratowych nieba, które obejmuje całą przestrzeń poza Drogą Mleczną, obrazowanie galaktyk i gromad galaktyk sprzed 10 miliardów lat.
Uchwyci przejście od początkowego spowolnienia napędzanego grawitacyjnie wszechświata do ery przyspieszonej ekspansji pod panującą dominacją ciemnej energii.
„Euclid może za jednym zamachem przedstawić znacznie większe pole niż to, co może osiągnąć Hubble” — powiedział Rene Lorig, naukowiec projektu Euclid w Europejskiej Agencji Kosmicznej. „Podczas całego swojego życia Hubble nigdy nie obejmował więcej niż 100 stopni kwadratowych, a Euclid mógł to zrobić w 10 dni. Aby więc uzyskać 15 000 stopni kwadratowych, czyli rozmiar naszego przeglądu nieba, potrzebujemy tych dużych zdjęć nieba”.
Ukończenie mapy nieba zajęłoby Euclidowi sześć lat, generując około 100 gigabajtów skompresowanych danych dziennie, czyli około 70 000 terabajtów w trakcie misji.
„Twój iPhone ma prawdopodobnie 10 megapikseli” — powiedział Jason Rhodes, członek Euclid Research Consortium. Tak więc dwa aparaty Euclid razem mają około 700 megapikseli.Będziemy robić zdjęcia tymi aparatami co kilka minut przez sześć lat.
„Ale ilość danych, które wysyłamy, jest mniejsza w porównaniu z ilością danych, które są w całości w archiwum na końcu procesu, a to kolejny czynnik tysiąca”.
Te obrazy będą obejmować 8 miliardów galaktyk, jak powiedział Gaitee Hussain, szef naukowy ESA: „Do eksperymentu ze słabym soczewkowaniem wybrane zostaną najlepsze spośród od półtora do dwóch miliardów galaktyk”.
„Będziemy zbierać miliony i dziesiątki milionów widmowych przesunięć ku czerwieni, oprócz miliardów optycznych przesunięć ku czerwieni, aby zrozumieć odległości galaktyk, na które patrzymy” – dodała.
„Oznacza to ogromne szybkości przesyłania danych, nie tylko w przypadku dostarczania danych z powrotem na Ziemię, ale także w zakresie komunikacji danych… To właśnie jest potrzebne, aby odpowiedzieć na prawdopodobnie fundamentalne pytanie dzisiejszej fizyki i kosmologii, czyli czym jest wszechświat właściwie zrobiony?”