Euklides zbada ciemną materię i ciemną energię

Euclid to sze­ro­ko­kąt­ny tele­skop kosmicz­ny wypo­sa­żo­ny w 600-​megapikselową kame­rę do reje­stra­cji świa­tła widzial­ne­go, spek­tro­metr bli­skiej pod­czer­wie­ni i foto­metr do okre­śla­nia prze­su­nię­cia ku czer­wie­ni wykry­tych galak­tyk. Został opra­co­wa­ny przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) oraz kon­sor­cjum Euclid i został wystrze­lo­ny w kosmos 1 lip­ca 2023 r.

Pomysł wyło­nił się z dwóch misji zapro­po­no­wa­nych w „ESA Cosmic Vision 2015–2025“. Koncepcja pierw­szej misji DUNE – Dark Universe Explorer – mia­ła na celu pomiar skut­ków sła­be­go soczew­ko­wa­nia gra­wi­ta­cyj­ne­go. Natomiast dru­ga misja SPACE – Spectroscopic All Sky Cosmic Explorer – mie­rzy­ła­by bario­no­we oscy­la­cje aku­stycz­ne i wzor­ce znie­kształ­ceń prze­strze­ni z prze­su­nię­ciem ku czer­wie­ni we wszech­świe­cie. Oba pomy­sły zamknię­to w jed­nym tele­sko­pie. W ten spo­sób dziś może­my zoba­czyć to, cze­go… nie widać.

Zobaczyć niewidzialne

Zadaniem tele­sko­pu jest zba­da­nie, w jaki spo­sób ciem­na mate­ria i ciem­na ener­gia spra­wi­ły, że nasz wszech­świat wyglą­da tak, jak wyglą­da dzi­siaj. Prawdopodobnie 95% nasze­go kosmo­su skła­da się z ciem­nej mate­rii. Nie rozu­mie­my jed­nak, czym ona jest, ponie­waż jej obec­ność powo­du­je jedy­nie sub­tel­ne zmia­ny w wyglą­dzie i ruchu obiek­tów, któ­re może­my zoba­czyć lub zmierzyć.

Zobacz też: Filary Stworzenia, iko­na kosmicz­nych obserwacji

Aby odkryć wpływ „ciem­no­ści” na widzial­ny wszech­świat, przez następ­ne sześć lat Euklides będzie obser­wo­wał kształ­ty, odle­gło­ści i ruchy miliar­dów galak­tyk nie dal­szych niż 10 miliar­dów lat świetl­nych. W ten spo­sób stwo­rzy naj­więk­szą kosmicz­ną mapę 3D jaką kie­dy­kol­wiek stworzono.

Soczewki grawitacyjne zmierzą ciemną materię 

Soczewkowanie gra­wi­ta­cyj­ne (lub ści­na­nie gra­wi­ta­cyj­ne) powsta­je poprzez odchy­le­nie pro­mie­ni świetl­nych spo­wo­do­wa­ne obec­no­ścią mate­rii, któ­ra lokal­nie mody­fi­ku­je krzy­wi­znę cza­so­prze­strze­ni. Światło emi­to­wa­ne przez galak­ty­ki, gdy prze­cho­dzi bli­sko mate­rii znie­kształ­ca obser­wo­wa­ne obra­zy leżą­ce­go na linii wzro­ku. Materia ta skła­da się czę­ścio­wo z widocz­nych galak­tyk, ale głów­nie jest to ciem­na mate­ria. Mierząc to ści­na­nie, moż­na wywnio­sko­wać ilość ciem­nej mate­rii i zdo­być więk­szą wie­dzę na temat jej roz­miesz­cze­nia we wszechświecie.

Czerwone się oddala

Pomiary spek­tro­sko­po­we pozwo­lą zmie­rzyć prze­su­nię­cia ku czer­wie­ni galak­tyk i okre­ślić ich odle­gło­ści za pomo­cą pra­wa Hubble’a. W ten spo­sób moż­na zre­kon­stru­ować trój­wy­mia­ro­wy roz­kład galak­tyk we wszech­świe­cie. Podczerwień wystę­pu­je w wid­mach odle­głych galak­tyk jako kon­se­kwen­cja eks­pan­sji wszech­świa­ta – odle­glej­sze galak­ty­ki mają więk­sze prze­su­nię­cie ku czerwieni.

Zobacz też: Urbex, roman­tyzm natury

Konsorcjum Euclid, skła­da­ją­ce się z naukow­ców z 13 Europy i Stanów Zjednoczonych, dostar­czy­ło kame­rę świa­tła widzial­ne­go (VIS) oraz spek­tro­metr i foto­metr bli­skiej pod­czer­wie­ni (NISP). Wspólnie spo­rzą­dzą trój­wy­mia­ro­wą mapę nawet dwóch miliar­dów galak­tyk roz­miesz­czo­nych na ponad jed­nej trze­ciej całe­go nie­ba. Te wiel­ko­for­ma­to­we kame­ry posłu­żą do cha­rak­te­ry­zo­wa­nia wła­ści­wo­ści mor­fo­me­trycz­nych, foto­me­trycz­nych i spek­tro­sko­po­wych galaktyk.

Naukowe wyko­rzy­sta­nie tego ogrom­ne­go zbio­ru danych wyko­rzy­sta ponad 300 labo­ra­to­riów w 17 kra­jach (na liście nie ma Polski). Laboratoria Konsorcjum Euclid wspie­ra­ją kra­jo­we agen­cje kosmicz­ne, któ­re rów­nież mają swo­je kra­jo­we struk­tu­ry badaw­cze. Ogółem kon­sor­cjum pokry­wa oko­ło 25% cał­ko­wi­tych kosz­tów budże­to­wych misji aż do jej zakończenia.

Euclid to angiel­skie imię grec­kie­go mate­ma­ty­ka Euklidesa. Jego dzie­ło doty­czą­ce opty­ki opie­ra się na poglą­dzie, że widze­nie pole­ga na wysy­ła­niu pro­mie­ni przez oko. Opisał on odbi­cia w zwier­cia­dłach pła­skich i sfe­rycz­nych wklę­słych. Zajmował się też per­spek­ty­wą, a mia­no­wi­cie pozor­nym zmniej­sza­niem obra­zu przy odda­la­niu obiek­tu oraz obra­zem stoż­ków i wal­ców przy patrze­niu z ukosa.