Το διαστημικό τηλεσκόπιο Ευκλείδης θα μετρήσει τη σκοτεινή ύλη

Είναι μια συναρπαστική και αποθαρρυντική σκέψη: Όλοι οι πλανήτες, οι γαλαξίες, το αστρικό φως και άλλα αντικείμενα που μπορούμε να δούμε και να μετρήσουμε στο σύμπαν αποτελούν μόλις το 5 τοις εκατό της ύπαρξης. Το άλλο 95 τοις εκατό κατατρώγονται από δύο αινίγματα, τη

σκοτεινή ύλη

και τη σκοτεινή ενέργεια, γνωστά στους επιστήμονες από τις φαινομενικές βαρυτικές επιδράσεις τους στο περιβάλλον σύμπαν, αλλά όχι άμεσα ανιχνεύσιμα.

Την 1η Ιουλίου, ωστόσο, μια νέα αποστολή της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να έρθουν λίγο πιο κοντά στην επίλυση των δίδυμων μυστηρίων της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας. Το

διαστημικό τηλεσκόπιο

Ευκλείδης θα πετάξει από τον Διαστημικό Σταθμό του Cape Canaveral όχι νωρίτερα από τις 11:11 π.μ. EDT πάνω από έναν πύραυλο SpaceX Falcon 9. NASA

θα μεταδώσει ζωντανά την έναρξη

έναρξη στις 10:30 π.μ

Μετά την έκρηξη, ο Ευκλείδης θα χρειαστεί περίπου 30 ημέρες για να φτάσει στην επιχειρησιακή του τροχιά γύρω από το Σημείο Lagrange 2 (L2), μια περιοχή ένα εκατομμύριο μίλια προς το εξωτερικό ηλιακό σύστημα όπου ο Ευκλείδης μπορεί να διατηρήσει μια σταθερή θέση σε σχέση με τη Γη. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βρίσκεται επίσης σε τροχιά γύρω από το L2.

[Related: A super pressure balloon built by students is cruising Earth’s skies to find dark matter]

Μόλις εντοπιστεί και λειτουργήσει, ο Ευκλείδης θα ξεκινήσει μια αποστολή έξι ετών, όπου θα ερευνήσει περίπου το ένα τρίτο του ουρανού, μετρώντας προσεκτικά τα σχήματα δισεκατομμυρίων γαλαξιών σε απόσταση έως και 10 δισεκατομμυρίων ετών φωτός μακριά για να ρίξει μια ματιά. στους τρόπους με τους οποίους η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια διαμορφώνουν το σύμπαν μας. Για να γίνει αυτό, το διαστημικό τηλεσκόπιο περίπου 4.600 λιβρών θα χρησιμοποιήσει τον πρωτεύοντα καθρέφτη του πλάτους τεσσάρων ποδιών για να συλλέξει και να εστιάσει ορατά και κοντά στο υπέρυθρο μήκη κύματος φωτός στο

δύο όργανα

: η κάμερα οργάνων VISible και το φασματόμετρο και το φωτόμετρο κοντά στο υπέρυθρο, που βοηθούν στον προσδιορισμό της απόστασης από μακρινούς γαλαξίες.

«Το φοβερό του πόσους γαλαξίες θα μπορεί να μετρήσει ο Ευκλείδης και με ποια εκπληκτική ακρίβεια—είναι απλώς ένα καταπληκτικό κατόρθωμα της ανθρώπινης μηχανικής», λέει

Λίντλεϊ Γουίνσλοου

, καθηγητής φυσικής στο MIT που σχεδιάζει πειράματα για την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης, αλλά δεν εμπλέκεται άμεσα με αυτήν την αποστολή. «Το γεγονός ότι μπορούμε να κάνουμε κοσμολογία ακριβείας είναι φοβερό».

Οι κοσμολόγοι, που μελετούν τον σχηματισμό, την εξέλιξη και τη δομή του σύμπαντος, έχουν ένα μοντέλο που ονομάζεται

Lambda-CDM

αυτό μπορεί να εξηγήσει γιατί όλα είναι όπως είναι. Το λάμδα είναι η κοσμολογική σταθερά, η δύναμη που φαίνεται να προκαλεί το σύμπαν να διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό και την οποία οι επιστήμονες πιστεύουν ότι σχετίζεται ή εκδηλώνεται σε μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια. Το CDM σημαίνει «ψυχρή σκοτεινή ύλη», η οποία αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη βαρυτικά.

«Αυτά είναι τα δύο συστατικά που έχουν σμιλέψει το σύμπαν που γνωρίζουμε», λέει ο Winslow. Η σκοτεινή ενέργεια οδηγεί την παγκόσμια διαστολή, ενώ «στο πρώιμο σύμπαν, αυτή η ψυχρή σκοτεινή ύλη ήταν που τράβηξε την ορατή ύλη που βλέπουμε τώρα σε πιθανά πηγάδια, που στη συνέχεια της επέτρεψε να συστέλλεται και να σχηματίσει γαλαξίες και αστέρια».

Το Lambda-CDM μας βοηθά να ερμηνεύσουμε πολλά από το σύμπαν μεγάλης κλίμακας, σύμφωνα με τον Winslow, αλλά δεν μας λέει πώς ταιριάζει με τη θεωρία που εξηγεί πώς λειτουργεί το σύμπαν μικρής κλίμακας: το Καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων. Ο Ευκλείδης είναι μια από τις πολλές προσπάθειες να μάθουμε περισσότερα για το πώς διαστέλλεται το σύμπαν και να αναθεωρήσουμε το Lambda-CDM.

«Αυτό που μας ενδιαφέρει πραγματικά είναι, μπορούμε να πάρουμε περισσότερα δεδομένα; λέει ο Winslow. «Και μπορούμε να βρούμε κάτι που το Lambda-CDM δεν εξηγεί;»

Για να αναζητήσει αυτά τα στοιχεία, ο Ευκλείδης θα χρησιμοποιήσει μια τεχνική γνωστή ως ασθενής βαρυτικός φακός. Αυτό είναι παρόμοιο με την τεχνική ισχυρού βαρυτικού φακού που χρησιμοποιείται από το JWST, όπου η μάζα ενός αντικειμένου στο προσκήνιο, όπως ένα σμήνος γαλαξιών, χρησιμοποιείται για τη μεγέθυνση ενός πιο απομακρυσμένου αντικειμένου φόντου. Με ασθενή βαρυτικό φακό, οι επιστήμονες ενδιαφέρονται περισσότερο για τον τρόπο με τον οποίο η μάζα των αντικειμένων στο προσκήνιο, συμπεριλαμβανομένης της σκοτεινής ύλης, δημιουργεί λεπτές παραμορφώσεις στο σχήμα των γαλαξιών του φόντου.

“Χρησιμοποιούμε τους γαλαξίες φόντου για να μάθουμε για την κατανομή της ύλης στο προσκήνιο”, λέει

Ρέιτσελ Μαντελμπάουμ

, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon που είναι μέλος του αμερικανικού τμήματος της Κοινοπραξίας Euclid, μιας ομάδας χιλιάδων επιστημόνων και μηχανικών. «Προσπαθούμε να μετρήσουμε τα αποτελέσματα όλης της ύλης ανάμεσα στο ξεχωριστό σχήμα του γαλαξία και σε εμάς».

[Related: Astronomers used dead stars to detect a new form of ripple in space-time]

Αυτή η μέθοδος θα τους βοηθήσει επίσης να μετρήσουν τις επιπτώσεις της σκοτεινής ενέργειας, προσθέτει ο Mandelbaum. Δεδομένου ότι η σκοτεινή ύλη βοηθά όλες τις άλλες μορφές ύλης να συσσωρευτούν μαζί και η σκοτεινή ενέργεια εξουδετερώνει τις βαρυτικές επιδράσεις της σκοτεινής ύλης, μετρώντας πόσο συσσωρευμένη ύλη βρίσκεται σε μια περιοχή απόστασης από τη Γη, «μπορούμε να μετρήσουμε πώς μεγαλώνει η κοσμική δομή και να το χρησιμοποιήσουμε για συμπεράνει τις επιπτώσεις της σκοτεινής ενέργειας στην κατανομή της ύλης».

Ο Ευκλείδης δεν θα είναι η πρώτη μεγάλη έρευνα ουρανού που χρησιμοποιεί αδύναμο βαρυτικό φακό για να αναζητήσει σημάδια σκοτεινής ύλης και σκοτεινής ενέργειας, αλλά θα είναι η πρώτη έρευνα του είδους του σε τροχιά. Προηγούμενες μελέτες, όπως η

Έρευνα για τη σκοτεινή ενέργεια,

έχουν διεξαχθεί όλα με επίγεια τηλεσκόπια, σύμφωνα με τον Mandelbaum. Το να είσαι στο διάστημα προσφέρει ένα διαφορετικό πλεονέκτημα.

«Τα επίγεια τηλεσκόπια βλέπουν πιο θολές εικόνες από τα διαστημικά τηλεσκόπια λόγω των επιδράσεων της ατμόσφαιρας της Γης στο φως μακρινών αστεριών και γαλαξιών», λέει ο Mandelbaum. Η άποψη του Ευκλείδη από το L2 θα είναι χρήσιμη όταν «προσπαθούμε να μετρήσουμε αυτές τις πολύ λεπτές παραμορφώσεις στα σχήματα των γαλαξιών».

Αλλά η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια είναι σκληρά αινίγματα για να σπάσει κανείς, και οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν όλα τα δεδομένα που μπορούν να συλλέξουν, από όσο το δυνατόν περισσότερες οπτικές γωνίες. Το Παρατηρητήριο Vera Rubin, το οποίο βρίσκεται υπό κατασκευή στη Χιλή και έχει προγραμματιστεί να ανοίξει το 2025, θα φιλοξενήσει το επίγειο

Έρευνα κληρονομιάς του χώρου και του χρόνου

και σαρώστε ολόκληρο τον νότιο ουρανό για παρόμοια φαινόμενα. Προσπάθειες σαν αυτές θα βοηθήσουν στη διασφάλιση της αναπαραγωγιμότητας των ευρημάτων του Ευκλείδη και αντίστροφα, σύμφωνα με τον Mandelbaum.

«Ο Ευκλείδης είναι ένα πραγματικά συναρπαστικό πείραμα μέσα σε ένα ευρύτερο τοπίο ερευνών που προσπαθούν να βρουν την ίδια επιστήμη, αλλά με πολύ διαφορετικά σύνολα δεδομένων που έχουν διαφορετικές υποθέσεις», λέει. «Θα κάνουν κάπως διαφορετικά πράγματα που μας δίνουν μια διαφορετική προσέγγιση για να απαντήσουμε σε αυτά τα πραγματικά θεμελιώδη ερωτήματα για το σύμπαν».