„SpaceX Falcon 9“ raketa griausma nuo Kanaveralo kyšulio kosminių pajėgų stoties, pakeldama Europos kosmoso agentūros „Euclid“ kosminį teleskopą trajektorija į gilųjį kosmosą, kur jis ištirs tamsiosios energijos ir tamsiosios materijos prigimtį. Vaizdas: Adam Bernstein / Spaceflight Now. Europos kosmoso agentūra šeštadienį paleido savo 1,5 mlrd. paspartindamas visatos plėtimąsi.
„Labai sunku rasti juodą katę tamsiame kambaryje, ypač jei katės nėra“, – sakė Henkas Hoekstra, Leideno universiteto astronomas ir Euklido tyrėjų konsorciumo narys. „Mes esame šiek tiek tokioje situacijoje, nes turime šiuos pastebėjimus, bet mums trūksta geros teorijos.
„Kol kas niekas nepateikė tinkamo tamsiosios medžiagos, tamsiosios energijos ir kitų iššūkių, taip pat susijusių su dalelių fizika, paaiškinimo. … Euklido paleidimas tikrai [carries] kosmologija į ateitį. Tai pirmoji kosminė misija, skirta tamsiajai energijai tirti.
1998 m. astronomai, planuodami Visatos plėtimąsi, tikėjosi, kad jis sulėtės dėl visų jos sudedamųjų dalių gravitacijos. Jie buvo nustebinti, kai atrado erdvės plėtimąsi ir viskas joje pradėjo spartėti prieš penkis ar šešis milijardus metų. Nežinoma jėga, varanti tą pagreitį, buvo pavadinta tamsiąja energija.
Nuo tada mokslininkai padarė išvadą, kad tamsioji energija sudaro beveik tris ketvirtadalius visos visatos masinės energijos biudžeto. Tamsioji medžiaga sudaro apie 24 procentus visatos, o atomai ir molekulės, sudarančios normalią materiją – Žemė, žmonės, žvaigždės ir galaktikos – sudaro tik 5 procentus.
Menininko Euklido koncepcija gilios erdvės fone, kur ji ištirs tamsiosios energijos pobūdį, paspartindama Visatos plėtimąsi, kartu fiksuodama nematomos tamsiosios materijos koncentracijas, kurios turi įtakos galaktikų vystymuisi ir susiliejimui. Vaizdas: ESA. Tyrinėdami subtilius galaktikų šviesos pokyčius per pastaruosius 10 milijardų metų, Euklido fotoaparatai padės mokslininkams išsiaiškinti, ar tamsioji energija atitinka nekintančią „kosmologinę konstantą“, kurią kažkada numatė Einšteino bendrosios reliatyvumo teorija, ar dabartinis gravitacijos supratimas. reikia peržiūros.
Yannickas Mellier, Paryžiaus Astrofizikos instituto astronomas ir Euklido mokslo komandos narys, pasakė taip:
„Euklido misijos tikslas yra pateikti atsakymus į šiuos klausimus: kodėl visatos plėtimasis spartėja, o tai reiškia, kokia yra tamsiosios energijos prigimtis? Ar tai kosmologinė konstanta? Ar tai dinamiška tamsi energija, kurios savybės gali skirtis laikui bėgant? O gal tai nukrypimas nuo bendrojo reliatyvumo kosmologinėmis mastelėmis?
Tuo pačiu metu Euklidas taip pat tirs tamsiosios materijos prigimtį – dalelių jūrą, kurios neskleidžia ir neatspindi šviesos ar jokios kitos elektromagnetinės spinduliuotės, bet kurių gravitacinis poveikis yra aiškiai matomas. Tamsioji medžiaga neleidžia galaktikoms skraidyti vienas nuo kito ir daro įtaką galaktikų evoliucijai ir susikaupimui per 13,7 milijardo metų nuo Didžiojo sprogimo.
„Euklidas iš kosmoso dar neregėtu tikslumu tirs tamsiosios materijos ir galaktikų pasiskirstymą“, – sakė Mellier. „Tai taip pat atkurs kosminę visatos istoriją per pastaruosius 10 milijardų metų.
Tai padarys vaizduodama daugiau nei 10 milijardų galaktikų. Vietoje įdiegta programinė įranga padės nustatyti 1,5 milijardo ar daugiau geriausių kandidatų ir išanalizuoti, kaip jų formas iškraipė nematomos tamsiosios medžiagos debesys, užpildantys erdvę tarp Euklido ir jo taikinių.
Metodas, žinomas kaip silpnas gravitacinis lęšis, savo koncepcija yra panašus į tai, kaip vanduo šiek tiek iškraipo upelio vagoje išsibarsčiusių uolų formas. Kosmologiniu požiūriu tai itin subtilus efektas, kuriam išsiaiškinti reikia sudėtingos programinės įrangos, galingų kompiuterių ir daugiau nei 1500 mokslininkų devyniuose tyrimų centruose.
Bet jei viskas klostysis gerai, Euklidas „tiesiogiai stebės tamsiosios medžiagos pasiskirstymą, naudodamas gravitacinio lęšio efektą, kuris pakeičia galaktikų formas, kurias nukreipia visas tamsiosios medžiagos pasiskirstymas tam tikroje matymo linijoje“, – sakė Mellier. „Ir tai suteiks nematomos tamsiosios medžiagos pasiskirstymą Euklido lauke“.
Spektroskopiniai dešimčių milijonų galaktikų stebėjimai leis tyrėjams nustatyti atstumus ir greičius trimis matmenimis, atskleisdami, ar tamsioji energija iš tikrųjų yra kosminio plėtimosi pagreitėjimo jėga, ar gali prireikti kito paaiškinimo.
2023 m. liepos 1 d. „Falcon 9“ su „Euclid“ pakyla iš Floridos kosminės pakrantės. Vaizdas: Michaelas Cainas / „Spaceflight Now“. Misija prasidėjo šeštadienį 11:12 EDT, kai Kanaveralo kyšulio kosminių pajėgų stotyje atgijo SpaceX Falcon 9 raketa. Po žaibiško kompiuterio patikrinimo raketa buvo paleista ir pakilo iki 1,7 milijono svarų stūmos ir surengė įspūdingą savaitgalio dangaus šou rajono gyventojams ir turistams.
Po keturiasdešimt vienos minutės, po dviejų raketos antrosios pakopos variklio paleidimo, Euklidas buvo paleistas skristi pats. Pirmasis „Falcon 9“ etapas, kaip įprasta „SpaceX“, pats nusileido atviroje jūroje esančiame droniniame laive.
Europos kosmoso agentūra (ESA) praėjusiais metais ruošėsi paleisti kosminį teleskopą Euclid iš Rusijos Sojuz raketos, kylančios iš Kourou (Prancūzijos Gviana). Tačiau Rusijai įsiveržus į Ukrainą, šie planai žlugo, todėl Euklidas liko be kelionės į kosmosą.
Praėjusių metų liepą ESA kreipėsi į „SpaceX“ dėl galimo bendrovės „Falcon 9“ raketos paleidimo. Iki metų pabaigos sutartys buvo sudarytos ir komanda galėjo pradėti šeštadienį.
„Esame skolingi… didžiulę padėką SpaceX“, – sakė ESA mokslo projektų vadovas Mike’as Healy. „Be jų mūsų palydovas sėdėtų ant žemės dvejus metus.
Euklidas yra nukreiptas į kosmoso regioną, esantį maždaug už milijono mylių nuo Žemės – Lagranžo tašką 2 – kur saulės ir Žemės gravitacija susijungia ir sudaro ramią sritį, kurioje erdvėlaiviai gali likti vietoje su minimaliu manevravimu ir kuro sąnaudomis. James Webb kosminis teleskopas taip pat veikia L2 taške.
4760 svarų sveriančiame „Euclid“ yra beveik tobulas 3 pėdų 11 colių pločio pagrindinis veidrodis ir du instrumentai: 600 megapikselių matomos šviesos kamera ir 64 megapikselių infraraudonųjų spindulių vaizdo spektrometras. Teleskopo matymo laukas yra maždaug du kartus didesnis už pilnatį.
Po mėnesio trukmės patikrinimo ir kalibravimo laikotarpio Euklidas pradės kartoti 15 000 kvadratinių laipsnių dangaus, apimantį visą erdvę už Paukščių Tako galaktikos ribų, vaizduodamas galaktikas ir galaktikų spiečius, kurių amžius siekia 10 milijardų metų.
Tai užfiksuos perėjimą nuo pradinio visatos gravitacijos lėtėjimo į pagreitinto plėtimosi erą, kai dominuoja tamsioji energija.
„Euklidas vienu metu gali pasiūlyti daug didesnį lauką, nei pasiekiamas Hablo“, – sakė René Laureijs, ESA projekto „Euclid“ mokslininkas. „Per visą savo gyvavimo laiką Hablas neapėmė daugiau nei 100 kvadratinių laipsnių, o tai Euklidas gali padaryti per 10 dienų. Taigi, norint gauti 15 000 kvadratinių laipsnių, tai yra mūsų dangaus tyrimo dydis, mums reikia šių didelių vaizdų iš dangaus.
Euklidas nuskaitys naktinį dangų, derindamas atskirus matavimus ir sudarys didžiausią kosmologinį tyrimą, kada nors atliktą matomoje ir artimoje infraraudonųjų spindulių srityje. Ši animacija rodo sritis, kurias ji apims. Skirtingi pilkos spalvos atspalviai vaizduoja dangaus plotą, padengtą per vienerius metus per Euklido šešerių metų tyrimą. Vaizdas: ESA. Euklidas užtruks šešerius metus, kad užbaigtų savo dangaus žemėlapį, per dieną sugeneruojant maždaug 100 gigabaitų suglaudintų duomenų arba maždaug 70 000 terabaitų, kuriuos sunku įsivaizduoti.
„Jūsų iPhone turi gal 10 megapikselių“, – sakė Jasonas Rhodesas, Euklido tyrėjų konsorciumo narys. „Taigi (dvi Euklido) kameros kartu turi beveik 700 megapikselių. Fotografuosime šiais fotoaparatais kas kelias minutes šešerius metus.
„Tačiau mūsų siunčiamų duomenų kiekis, palyginti su duomenų kiekiu, kuris proceso pabaigoje yra archyve, yra dar vienas tūkstantis veiksnys.
ESA mokslo padalinio vadovas Gaitee Hussain sakė, kad šiose nuotraukose bus aštuoni milijardai galaktikų, „iš kurių bus atrinktos geriausios nuo pusantro iki 2 milijardų galaktikų silpno lęšio eksperimentui“.
„Mes rinksime milijonus, dešimtis milijonų spektroskopinių raudonųjų poslinkių, taip pat tiesiogine prasme milijardus fotometrinių raudonųjų poslinkių, kad suprastume galaktikų, į kurias žiūrime, atstumus“, – pridūrė ji.
„Tai reiškia didžiulį duomenų perdavimo spartą ne tik norint gauti duomenis į žemę, bet ir teikiant duomenis (tyrėjams). … To reikia norint atsakyti į neabejotinai pagrindinį šiandienos fizikos ir kosmologijos klausimą, ty iš ko iš tikrųjų sudaryta visata?
