Európsky „teleskop temnej energie“ spustený, aby preskúmal najväčšie záhady kozmológie

SpaceX v sobotu spustila vesmírny teleskop Euclid v hodnote 1,5 miliardy dolárov od Európskej vesmírnej agentúry, prvý svojho druhu, ktorý má ambíciu preskúmať povahu temnej hmoty – neznámeho materiálu prenikajúceho vesmírom – a temnej energie, záhadnej odpudivej sily. Prvý pokus. Urýchlenie expanzie vesmíru.

„Je veľmi ťažké nájsť čiernu mačku v tmavej miestnosti, najmä ak tam žiadna mačka nie je,“ povedal Henk Hoekstra, astrofyzik a koordinátor vedy Euclid na Leidenskej univerzite. „Je to viac-menej rovnaká situácia, v ktorej sa nachádzame, pretože máme tieto pozorovania, ale chýba nám dobrá teória.

„Až doteraz nebol nikto schopný poskytnúť dobré vysvetlenie pre temnú hmotu, temnú energiu a ďalšie výzvy súvisiace s časticovou fyzikou… Štart Euklida skutočne posúva kozmológiu do budúcnosti. Je to prvá vesmírna misia, na ktorú je určená študovať temnú energiu.“

V roku 1998 astronómovia mapujúci rozpínanie vesmíru očakávali jeho spomalenie v dôsledku gravitácie všetkých jeho zložiek. Boli ohromení, keď videli rozpínanie vesmíru a všetko sa v ňom začalo zrýchľovať pred 5 až 6 miliardami rokov. Neznáma sila poháňajúca toto zrýchlenie bola nazvaná temná energia.

Vedci odvtedy dospeli k záveru, že temná energia predstavuje asi tri štvrtiny rozpočtu na masovú energiu celého vesmíru. Temná hmota tvorí asi 24 % vesmíru, zatiaľ čo atómy a molekuly, ktoré tvoria bežnú hmotu – Zem, ľudia, hviezdy a galaxie – tvoria iba 5 %.

Štúdiom jemných zmien svetla z galaxií za posledných 10 miliárd rokov pomôžu Euklidove kamery vedcom zistiť, či temná energia zodpovedá nemennej „kozmologickej konštante“, ktorú kedysi predpovedala Einsteinova teória všeobecnej relativity. potrebuje revíziu.

Yannick Melier, astronóm z Institut d’Astrophysique de Paris a člen vedeckého tímu Euclid, to vyjadril takto:

„Misia Euclid má za cieľ poskytnúť odpovede na nasledujúce otázky: Prečo sa rozpínanie vesmíru zrýchľuje, čo znamená, aká je povaha temnej energie? Je to kozmologická konštanta? Je to dynamická temná energia, ktorej vlastnosti sa v priebehu času menia Alebo je to odchýlka od všeobecnej teórie relativity na kozmologických mierkach?“

Zároveň by Euclid študoval aj povahu temnej hmoty, mora častíc, ktoré nevyžarujú ani neodrážajú svetlo ani iné elektromagnetické žiarenie, ale ktorých gravitačné účinky sú jasne pozorované. Tmavá hmota zabraňuje rozpadu galaxií a ovplyvňuje, ako sa galaxie vyvíjali a agregovali počas 13,7 miliardy rokov od Veľkého tresku.

„Euclid bude z vesmíru skúmať distribúciu temnej hmoty a distribúciu galaxií s bezprecedentnou presnosťou,“ povedal Mellier. „Takisto zrekonštruuje kozmickú históriu vesmíru za posledných 10 miliárd rokov.“

Dosiahne to zobrazením viac ako 10 miliárd galaxií. Softvér na zemi pomôže identifikovať asi 1,5 miliardy najlepších kandidátov a analyzovať, ako boli ich tvary zdeformované mrakmi neviditeľnej temnej hmoty, ktoré vypĺňali priestor medzi Euklidom a jeho cieľmi.

Technika, známa ako slabá gravitačná šošovka, je svojou koncepciou podobná spôsobu, akým voda mierne deformuje tvar skál roztrúsených na dne potoka. Ide o kozmologicky jemný efekt, ktorý si vyžaduje komplexný softvér, výkonné počítače a viac ako 1500 vedcov z deviatich výskumných centier.

Ale ak všetko pôjde dobre, Euclid bude „pozorovať distribúciu tmavej hmoty priamo pomocou efektu gravitačnej šošovky, ktorý modifikuje tvar galaxií, ktoré sú odklonené celou distribúciou tmavej hmoty pozdĺž určitej línie pohľadu.“, povedal Mellier. „A to by poskytlo distribúciu neviditeľnej temnej hmoty v euklidovskej sfére.“

Spektroskopické pozorovania stoviek miliónov galaxií umožnia výskumníkom určiť vzdialenosti a rýchlosti v troch rozmeroch, čo môže objasniť, či je temná energia skutočne silou za zrýchlením kozmickej expanzie, alebo či je potrebné iné vysvetlenie. Can

Misia sa začala v sobotu o 11:12 EDT, keď bola na vesmírnej stanici Cape Canaveral aktivovaná raketa Falcon 9 spoločnosti SpaceX. Po bleskovo rýchlej počítačovej kontrole bola raketa vypustená s ťahom 1,7 milióna libier, čím sa vytvorila veľkolepá víkendová obloha pre obyvateľov a turistov z oblasti.

O 41 minút neskôr, po dvoch výstreloch motora druhého stupňa rakety, bol Euclid uvoľnený, aby lietal sám. Prvý stupeň Falconu 9, ako zvyčajne pre SpaceX, letel sám, aby pristál na pobrežnej drone.

Európska vesmírna agentúra alebo ESA sa pripravovala na vypustenie vesmírneho teleskopu Euclid na ruskej rakete Sojuz, ktorá vlani odštartovala z Kourou vo Francúzskej Guyane. Ale po ruskej invázii na Ukrajinu tieto plány zlyhali a Euclid zostal bez cesty do vesmíru.

Vlani v júli ESA kontaktovala SpaceX ohľadom možného štartu na firemnej rakete Falcon 9. Do konca roka boli zmluvy uzavreté a tím mohol pristúpiť k sobotňajšiemu spusteniu.

„Veľmi ďakujeme SpaceX,“ povedal Mike Healy, vedúci vedeckých projektov v ESA. „Bez nich by náš satelit sedel na zemi dva roky.“

Euclid je pripútaný k oblasti vo vesmíre asi milión míľ od Zeme – Lagrangeov bod 2 – kde sa gravitácia Slnka a Zeme spájajú a vytvárajú chladnú oblasť, kde môžu kozmické lode zostať na mieste s minimálnym manévrovaním a spotrebou paliva. V bode L2 funguje aj vesmírny teleskop Jamesa Webba.

4 760 libier Euclid je vybavený takmer 3 stopy a 11 palcov širokým primárnym zrkadlom a dvoma prístrojmi: 600-megapixelovou kamerou vo viditeľnom svetle a 64-megapixelovým infračerveným zobrazovacím spektrometrom. Zorné pole ďalekohľadu je približne dvakrát väčšie ako Mesiac v splne.

Po mesačnom testovacom a kalibračnom období začne Euclid mapovať 15 000 štvorcových stupňov oblohy, vrátane celého priestoru mimo galaxie Mliečna dráha, pričom bude zobrazovať galaxie a zhluky galaxií staré až 10 miliárd rokov.

Zachytí prechod vesmíru z počiatočného spomalenia poháňaného gravitáciou do éry zrýchlenej expanzie pod nastupujúcou dominanciou temnej energie.

„Euclid môže naraz ponúknuť oveľa väčšie zorné pole, než aké má k dispozícii Hubbleov teleskop,“ povedal René Lauries, vedec projektu Euclid z ESA. „Počas celej svojej životnosti Hubbleov teleskop pokryl nie viac ako 100 štvorcových stupňov a to mohol Euclid urobiť za 10 dní. Aby sme sa dostali na našich 15 000 štvorcových stupňov, čo je veľkosť nášho prieskumu oblohy, potrebujeme tieto veľké obrazy oblohy.“

Euclid bude trvať šesť rokov, kým dokončí svoju mapu oblohy, pričom počas misie vygeneruje asi 100 gigabajtov komprimovaných údajov denne alebo odhadovaných, ťažko predstaviteľných 70 000 terabajtov.

„Váš iPhone má pravdepodobne 10 megapixelov,“ povedal Jason Rhodes, člen Euclid Consortium of Researchers. „Takže (dve Euclid) kamery majú celkovo asi 700 megapixelov. Budeme s týmito kamerami každých pár minút fotiť šesť rokov.

„Množstvo údajov, ktoré posielame, je však ďalším tisícim faktorom v porovnaní s množstvom údajov, ktoré sú na konci procesu úplne v archíve.“

Tieto snímky budú zahŕňať 8 miliárd galaxií, „z ktorých sa vyberie jeden a pol až 2 miliardy najlepších galaxií pre experiment so slabými šošovkami,“ povedala Gati Hussein, vedúca oddelenia vedy v ESA.

„Zhromažďujeme milióny, stovky miliónov spektroskopických červených posunov, ako aj doslova miliardy fotometrických červených posunov, aby sme pochopili vzdialenosti galaxií, na ktoré sa pozeráme,“ dodal.

„To znamená obrovské prenosové rýchlosti, nielen z hľadiska prenosu údajov na zem, ale aj z hľadiska poskytovania údajov… To je to, čo je potrebné na zodpovedanie možno najzákladnejšej otázky dnešnej fyziky a kozmológie, čo „Z čoho je vesmír skutočne vyrobený?“