Το διαστημικό τηλεσκόπιο ερευνά ολόκληρο το σύμπαν για να κατανοήσει τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια

Αυτό το Σαββατοκύριακο πραγματοποιήθηκε η εκτόξευση της αποστολής Ευκλείδης του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA): ένα διαστημικό τηλεσκόπιο που στοχεύει να αποκαλύψει τα μυστήρια της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας. Το διαστημόπλοιο των 2,2 τόνων με το τηλεσκόπιό του μήκους 1,2 μέτρων μεταφέρθηκε στο διάστημα από έναν πύραυλο

SpaceX


Falcon

9 και τώρα βρίσκεται στο δρόμο για την τροχιά του γύρω από τον ήλιο.

Η αποστολή είχε αρχικά προγραμματιστεί να εκτοξευθεί χρησιμοποιώντας έναν ρωσικό πύραυλο Soyuz από το διαστημόπλοιο της Ευρώπης στη Γαλλική Γουιάνα, αλλά μετά την εισβολή της Ρωσίας στην Ουκρανία, η συνεργασία μεταξύ της ESA και της Ρωσίας σταμάτησε. Αντίθετα, το τηλεσκόπιο εκτοξεύτηκε από τον Διαστημικό Σταθμό του Cape Canaveral στη Φλόριντα, απογειώνοντας στις 12:11 π.μ. ET το Σάββατο 1 Ιουλίου.

Το τηλεσκόπιο κατευθύνεται προς μια τροχιά που ονομάζεται L2, το δεύτερο σημείο Lagrange, το οποίο είναι η ίδια τροχιά που χρησιμοποιείται από το διαστημικό τηλεσκόπιο

James Webb

και άλλα διαστημικά τηλεσκόπια. Αυτή η τροχιά προσφέρει υψηλή σταθερότητα, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική για μια αποστολή όπως ο Ευκλείδης που στοχεύει στη συλλογή εξαιρετικά λεπτομερών παρατηρήσεων του σύμπαντος.

Ο Ευκλείδης θα πρέπει να φτάσει στο L2 εντός τεσσάρων εβδομάδων και στη συνέχεια να πραγματοποιήσει προετοιμασίες δύο μηνών πριν ξεκινήσει επιστημονικές παρατηρήσεις γύρω στις αρχές Οκτωβρίου.

Ο Ευκλείδης θα πραγματοποιήσει ευρείς και βαθιές έρευνες του σύμπαντος, συρράπτοντας εικόνες για να δημιουργήσει έναν χάρτη του σύμπαντος για να βοηθήσει στην εκμάθηση δύο μυστηριωδών εννοιών: τη σκοτεινή ύλη, η οποία αποτελεί περίπου το 27 τοις εκατό όλων των υπαρχόντων και τη σκοτεινή ενέργεια, η οποία αντιπροσωπεύει για περίπου το 68 τοις εκατό του σύμπαντος. Κάθε άτομο, μόριο και κομμάτι ύλης που μπορούμε να παρατηρήσουμε αποτελεί το μικροσκοπικό υπόλοιπο 5 τοις εκατό που είναι γνωστό ως συνηθισμένη ή βαρυονική ύλη.

Γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια πρέπει να υπάρχουν λόγω των κινήσεων των γαλαξιών και του τρόπου με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά δύσκολο να μελετηθούν επειδή η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με το φως και η σκοτεινή ενέργεια είναι μια άγνωστη μορφή ενέργειας. Για να βρούμε λοιπόν αποδείξεις γι’ αυτά, πρέπει να ψάξουμε σε πολύ μεγάλη κλίμακα.

«Αν θέλετε να κάνετε κοσμολογία και να παρατηρήσετε τον κόσμο ως σύνολο, πρέπει να κάνετε μια μεγάλη έρευνα», εξήγησε ο Giuseppe Racca, Euclid Project Manager στην ESA σε μια ενημέρωση τύπου. «Και ο Ευκλείδης είναι ειδικά σχεδιασμένος με ένα τηλεσκόπιο πολύ ευρείας γωνίας για να καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος που μπορεί να παρατηρηθεί σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα».

Το τηλεσκόπιο Ευκλείδη θα ερευνήσει το 36 τοις εκατό του ουρανού κατά την εξαετή αποστολή του και για να παρατηρήσει μια τόσο μεγάλη περιοχή το τηλεσκόπιο έχει πολύ ευρύ οπτικό πεδίο. Αυτό αναφέρεται στην ποσότητα του ουρανού που μπορεί να παρατηρηθεί μέσω του τηλεσκοπίου, και στην περίπτωση του Ευκλείδη το οπτικό πεδίο είναι 2,5 φορές το μέγεθος του φεγγαριού.

Συγκρίνετε αυτό, ας πούμε, με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, το οποίο έχει οπτικό πεδίο μόλις το 1/12 του μεγέθους της σελήνης. Το Hubble μπορεί να απεικονίσει αντικείμενα όπως γαλαξίες ή νεφελώματα με μεγάλη λεπτομέρεια, αλλά θα χρειαζόταν το Hubble περίπου 1.000 χρόνια για να ερευνήσει μια παρόμοια περιοχή του ουρανού με τον Ευκλείδη.

Και αν αναρωτιέστε γιατί ο Ευκλείδης θα ερευνά μόνο λίγο περισσότερο από το ένα τρίτο του ουρανού, είναι επειδή είναι αδύνατο να δούμε μακρινούς γαλαξίες σε άλλες περιοχές του ουρανού, επειδή αυτά τα μακρινά αντικείμενα εμποδίζονται από κοντινότερα αστέρια και σκόνη μέσα στο δικό μας γαλαξίας.

Ο Ευκλείδης θα έχει δύο όργανα: το Ορατό όργανο ή VIS, το οποίο λειτουργεί στο μήκος κύματος του ορατού φωτός, και το Φασματόμετρο Κοντού Υπέρυθρου και Φωτόμετρο ή NISP, το οποίο λειτουργεί στο εγγύς υπέρυθρο. Η κάλυψη και των δύο αυτών μηκών κύματος επιτρέπει στους ερευνητές να δουν γαλαξίες που μετατοπίζονται στο κόκκινο, που σημαίνει ότι επειδή απομακρύνονται από εμάς, το φως που προέρχεται από αυτούς μετατοπίζεται προς το κόκκινο άκρο του φάσματος.

Συνδυάζοντας παρατηρήσεις και από τα δύο όργανα, οι παρατηρήσεις του Ευκλείδη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου χάρτη που δείχνει την κατανομή της ορατής ύλης στο σύμπαν.

Αλλά η σκοτεινή ύλη δεν είναι ορατή – γι’ αυτό είναι τόσο δύσκολο να μελετηθεί. Δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα, αλλά η παρουσία του μπορεί να συναχθεί εξετάζοντας την κατανομή της ύλης που μπορούμε να δούμε.

«Η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη αποκαλύπτονται από τις πολύ λεπτές αλλαγές που κάνουν στην εμφάνιση των αντικειμένων στο ορατό σύμπαν», εξήγησε ο René Laureijs, Euclid Project Scientist.

Οι δύο κύριες μέθοδοι για τη μελέτη της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης που χρησιμοποιούνται από τον Ευκλείδη θα είναι ο ασθενής φακός και η συσσώρευση γαλαξιών. Η χρήση δύο μεθόδων για την εξέταση του ίδιου πράγματος επιτρέπει στους ερευνητές να ελέγξουν τα αποτελέσματά τους μεταξύ τους, ελπίζουμε ότι θα οδηγήσουν σε πιο ακριβή ευρήματα.

Ο βαρυτικός φακός είναι ένα φαινόμενο στο οποίο η βαρύτητα πολύ μεγάλων αντικειμένων όπως οι γαλαξίες ή τα σμήνη γαλαξιών παραμορφώνει τον χωρόχρονο, ενεργώντας σαν μεγεθυντικός φακός και αλλάζοντας το φως που προέρχεται από μακρινά αντικείμενα πίσω από το αντικείμενο του πρώτου πλάνου.

Βλέποντας πόσο ισχυρό είναι αυτό το φαινόμενο φακού, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν τη μάζα του αντικειμένου του πρώτου πλάνου — και μπορούν να συγκρίνουν αυτήν την υπολογισμένη μάζα με τη μάζα της ορατής ύλης στον γαλαξία του πρώτου πλάνου. Εάν υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ της υπολογισμένης και της παρατηρούμενης μάζας, αυτό υποδηλώνει την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων σκοτεινής ύλης στο προσκήνιο.

Το άλλο αποτέλεσμα, η συσσώρευση γαλαξιών, αναφέρεται στο πώς οι γαλαξίες κατανέμονται σε τρεις διαστάσεις σε όλο το σύμπαν. Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται, οι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς, με αποτέλεσμα τη μετατόπιση του κόκκινου. Οι επιστήμονες μπορούν να συγκρίνουν την πραγματική απόσταση από έναν γαλαξία με την ερυθρή μετατόπισή του χρησιμοποιώντας ένα φαινόμενο που ονομάζεται ακουστικές ταλαντώσεις βαρυονίου, και αυτό μπορεί να δείξει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν – το οποίο σχετίζεται άμεσα με τη σκοτεινή ενέργεια.

Σε συνδυασμό, αυτές οι μέθοδοι θα βοηθήσουν τους κοσμολόγους να μάθουν περισσότερα για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια από ποτέ. Για να συγκεντρώσει τα δεδομένα, ο Ευκλείδης θα τραβήξει περίπου 1 εκατομμύριο εικόνες από 12 δισεκατομμύρια αντικείμενα κατά τη διάρκεια της αποστολής του. Αυτό θα πρέπει να μας φέρει ένα βήμα πιο κοντά στο να είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε και να μελετήσουμε αυτά τα άπιαστα φαινόμενα και να κατανοήσουμε τη σύνθεση του σύμπαντος γύρω μας.

«Είναι κάτι περισσότερο από ένα διαστημικό τηλεσκόπιο», είπε ο Laureijs, «είναι πραγματικά ένας ανιχνευτής σκοτεινής ενέργειας».