Menininko įspūdis apie Euklido kosminį teleskopą. Vaizdas: ESA. Europos kosmoso agentūros (ESA) kosminis teleskopas Euclid iš Kanaveralo kyšulio išskris liepos 1 d., siekdamas apšviesti „tamsiąją visatą“, kurioje dominuoja tamsioji medžiaga ir tamsioji energija.
Tik 4,9 procento visatos yra sudaryta iš matomos medžiagos, ty dalykų, kuriuos galime pamatyti, paragauti ir liesti, ir yra pagaminti iš atomų. Tai apima visas žvaigždes, dujas, dulkes, planetas, asteroidus, kometas ir pan. Likusią dalį sudaro tamsioji medžiaga (26,8 proc.) ir tamsioji energija (68,3 proc.). Tai, kad abiejų prigimtis, taigi ir daugumos visatos prigimtis, tebėra paslaptinga, yra „didžiausia kosmologijos gėda“, ESA Guadalupe Cañas-Herrera sakė žurnalistams per spaudos konferenciją prieš paleidimą birželio 23 d.
„Mes žinome, kad 95 procentai mūsų visatos yra kažkas, kas mums visiškai nežinoma“, – pridūrė ji.
Mes negalime matyti tamsiosios medžiagos, nes ji nesąveikauja su šviesa, tačiau galime daryti išvadą apie jos egzistavimą dėl gravitacinio poveikio. Matome, kad tamsioji medžiaga užpildo galaktikų aureoles ir sudaro didžiąją galaktikų spiečių masės dalį.
Tuo tarpu tamsioji energija yra kažkoks atstumiantis energijos laukas, prasiskverbiantis į visatą ir turintis antigravitacijos efektą. Nors gravitacija bando sulėtinti Visatos plėtimąsi, tamsioji energija veikia prieš gravitaciją ir per pastaruosius 10 milijardų metų Visatos plėtimasis paspartėjo.
„Euklidas stebės pastaruosius 10 milijardų metų, nuo tada, kai susiformavo dauguma žvaigždžių ir galaktikų ir kai pradėjo dominuoti tamsioji energija“, – sakė misijos projektų vadovas, ESA atstovas Giuseppe Racca.
Yra įvairių modelių, paaiškinančių tamsiąją materiją ir tamsiąją energiją. Ar tamsioji medžiaga yra naujo tipo dalelės, tokios kaip ašis arba WIMP (silpnai sąveikaujanti masyvi dalelė), ar tai galima paaiškinti modifikuota gravitacijos teorijos versija? O ar tamsioji energija yra kosmologinė konstanta, ar dinamiškas, kintantis energijos laukas, vadinamas kvintesencija?
„Euklidas išmatuos tamsiąją energiją ir tamsiąją medžiagą precedento neturinčiu dideliu tikslumu“, – sakė misijos vadovas.
Projekto mokslininkas René Laureijs iš ESA. Taip siekiama atskirti, kurie iš šių modelių gali būti atmesti, o kurie vis dar galimi. Tai bus pasiekta pasitelkus gana įspūdingas Euklido technologines galimybes.
Euklido 1,2 metro veidrodis ir jo prietaisų komponentai yra pagaminti iš silicio karbido – medžiagos, sujungiančios keramikos savybes, suteikiančias Euklido tvirtumo, ir metalo, kuris pasižymi geru šilumos laidumu, todėl teleskopas gali valdyti šiluminės įtampos, kurią jis patirs L2 Lagrange taške, esančiame už 1,5 milijono kilometrų nuo Žemės, kurį jis pasieks praėjus mėnesiui po to, kai bus paleistas iš SpaceX Falcon 9 raketos. L2 jau yra daug misijų, įskaitant JWST. Tai gera vieta vykti į misijas, kai Saulė, Žemė ir Mėnulis yra už ten stovinčio erdvėlaivio.
Euklido vaizdas yra plačiaekranis – jo optika rodo dangaus plotą, du su puse karto didesnį nei pilno Mėnulio kampinis skersmuo naktiniame danguje (kuris yra maždaug pusė laipsnio). Euklidas turi sugebėti greitai padengti daug žemės, nes jis turi padengti visą ekstragalaktinį dangų. Tai nepalieka ir dulkėtos Zodiako plokštumos, ir Paukščių Tako plokštumos, nes abi uždengia galaktikas anapus, o tai reiškia, kad Euklidas turi padengti tik 36 procentus viso dangaus – maždaug 15 000 kvadratinių laipsnių. Vis dėlto tai Euklidas užtruks iš viso šešerius metus, tačiau, palyginti su Hablo kosminiu teleskopu, tai greita.
Euklidas apžiūrės sritis, esančias už mėlynųjų linijų, toliau nuo Paukščių Tako ir Zodiako šviesos. Geltonos sritys žymi gilius laukus, kuriuos Euklidas stebės, kad padėtų išlaikyti savo instrumentų kolimaciją, taip pat gauti išskirtinai gilius vaizdus, kai vyksta didelis raudonasis poslinkis. Vaizdas: ESA/Gaia/DPAC; Euklido konsorciumas. Padėka: Euclid Consortium Survey Group. „Hablo kosminiam teleskopui tą patį darbą atlikti prireiktų maždaug 1000 metų“, – sakė Racca. Iš tiesų, pridėkite visą dangų, kurį Hablo stebėjo nuo pat paleidimo 1990 m., ir sudaro apie 100 kvadratinių laipsnių. Euklidas gali ištirti lygiavertį plotą per 10 dienų.
Per savo šešerius metus trukusią misiją Euklidas stebės daugiau nei 12 milijardų galaktikų, 10 milijardų metų atgal kosminiu laiku. „Euclid“ atliks savo stebėjimus dviem instrumentais – vizualiniu vaizduokliu (VIS) ir artimojo infraraudonųjų spindulių vaizdo spektrometru bei fotometru (NISP). Kartu jie sukurs trimatį žemėlapį, rodantį visų šių galaktikų pasiskirstymą. Visų pirma, abu nustatys galaktikų formas, ieškodami „silpno lęšio“ poveikio. Tai yra gravitacinio lęšio tipas, nes gravitacija išlenkia erdvę, taigi ir šviesos kelią per tą erdvę. Išsklaidytos tarpgalaktinės tamsiosios materijos buvimas subtiliai iškraipys iš šių galaktikų sklindančią šviesą, o ieškodamas šių silpnų galaktikų formose įspaustų iškraipymų, šiek tiek panašių į tai, kaip žiūrėti į kažką iškraipyto, esančio po vandeniu, Euklidas galės nustatyti galaktikų buvimą. tamsiosios medžiagos tikslumas yra daug didesnis nei bet kada anksčiau.
Kita taktika, kurią mokslininkai imasi su Euklidu, yra išmatuoti galaktikų susikaupimo laipsnį. Per pirmuosius 280 000 kosminės istorijos metų visata buvo plazmos jūra, pro kurią negalėjo ištrūkti šviesos fotonai. Plazma buvo tokia tanki, kad per ją raibuliavo akustinės bangos. Kai visata pagaliau pakankamai atvėso, kad plazma ištirptų, pagaliau išsiskleidė šviesa, kurią šiandien matome kaip kosminę mikrobangų fono (CMB) spinduliuotę. Tačiau tos akustinės bangos nunešė daugelį tų atomų ir sudarė tankesnius materijos regionus, kurie laikui bėgant sugebėjo gravitaciniu būdu pritraukti daugiau medžiagos. Būtent šiuose regionuose susiformavo galaktikų spiečiai. Akustinės bangos, kurias kosmologai vadina barioniniais akustiniais virpesiais, turi būdingą dydį. Palyginus jų dydį, pagrįstą galaktikų susikaupimo laipsniu per įvairias Visatos istorijos epochas, su jų kampiniu dydžiu CMB, galima išmatuoti, kiek visata išsiplėtė ir kiek šis plėtimasis paspartėjo dėl tamsiosios energijos.
Iš 12 milijardų objektų, kuriuos sudarys Euklido duomenų rinkinys, 1,5 milijardo geriausių objektų turės labai tikslią informaciją apie formą ir fotometrinius raudonuosius poslinkius (ty geras jų raudonojo poslinkio įvertinimas pagal tai, kaip jie atrodo raudoni). Iš šių 1,5 milijardo galaktikų Euklidas taip pat išmatuos spektroskopinius raudonuosius poslinkius 30 milijonų galaktikų. Spektroskopinis raudonojo poslinkio matavimas yra tikslesnis nei fotometriniai matavimai, nes jis gali tiksliai parodyti, kiek spektrinių linijų galaktikos šviesos spektre pasislinko bangos ilgis dėl visatos plėtimosi, ištempus šios šviesos bangos ilgį. Šviesos raudonojo poslinkio laipsnis rodo, kokia stipri tamsioji energija turi būti skirtingose epochose.
„Euklidas yra daugiau nei kosminis teleskopas, tai tikrai tamsiosios energijos detektorius“, – sakė Laureijs iš 1,4 milijardo eurų vertės misijos.
Yannick Mellier iš Paryžiaus Astrofizikos instituto IAP Paris ir Euklido konsorciumo vadovas dar labiau įvertino, ką gali pasiekti ši misija.
„Jis rekonstruos kosminę Visatos istoriją per pastaruosius 10 milijardų metų [and] iš esmės Euklidas turėtų pateikti lemiamą atsaką į tamsiosios energijos prigimtį“, – sakė jis.
170 milijonų gigabaitų duomenų, kuriuos Euklidas sukaups per savo nominalią šešerių metų misiją, ne tik papasakos daugiau apie tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją. Jis bus naudojamas būsimai visatos istorijai ekstrapoliuoti. Ar tamsioji energija tęs erdvės plėtimąsi tol, kol suplėšys kosmosą „dideliu plyšimu“? O gal tamsioji energija gali susilpnėti, todėl gravitacija gali susivaldyti ir arba išlaikyti status quo, arba sukelti visatos žlugimą „Didžiojo krizės“ metu? Kartu su antžeminiais tyrimais, kuriuos atliko tamsios energijos spektroskopinis instrumentas Kitt Peak nacionalinėje observatorijoje Arizonoje, Euklidas padės mums suprasti, koks likimas laukia Visatos.
