În 2023, Europa a trimis telescopul Euclid pe urmele energiei și materiei întunecate17 min read

Unul dintre cele mai importante și ambițioase instrumente spațiale din istoria Agenției Spațiale Europene s-a lansat în vară, iar România participă la misiune.

Pe 1 iulie, de la  baza spațială Cape Canaveral din Florida, Agenția Spațială Europeană (ESA) a lansat telescopul spațial Euclid, un instrument care ar putea aduce răspunsuri despre unele dintre cele mai mari necunoscute ale Universului.

În spatele proiectului Euclid se află o investiție de peste 1,4 miliarde de euro,// Detalii pe esa.int // dar și o colaborare între peste 300 de instituții și 80 de companii din Europa, America de Nord și Asia. Dar, mai important, se află câteva întrebări-cheie despre natura Universului: ce sunt energia și materia întunecată, cum au influențat acestea expansiunea Universului și dacă studierea lor ar putea arăta aspecte  necunoscute despre gravitație.

Drumul spre punctul de orbită Lagrange L2

După ce misiunea a fost aprobată de ESA în 2012, // „Euclid overview”, esa.int // principalele module ale telescopului spațial au fost construite de Airbus și compania aerospațială franco-italiană Thales Alenia Space. Inițial, fuseseră propuse două misiuni separate, una care să studieze energia și materia întunecată și o alta care să facă analize spectroscopice și o hartă 3D detaliată a Universului. Însă, cum ambele ar fi trebuit să studieze  geometria galaxiilor,  au fost combinate într-o singură misiune.

Euclid, ar fi trebuit lansat, la bordul unei rachete Soyuz, în colaborare cu agenția spațială din Rusia Planul inițial a fost anulat după începerea războiului din Ucraina, iar ESA a contractat SpaceX pentru a lansa telescopul cu o rachetă Falcon9.

Lansarea a avut loc la 1 iulie, iar telescopul a avut nevoie de 30 de zile pentru a ajunge în punctul din  care își va efectua misiunea, situat la aproximativ un milion de kilometri distanță față de Terra. Numit L2, acesta este un punct de orbită Lagrange – o zonă în care forțele de atracție gravitațională ale Soarelui și Pământului sunt suficient de echilibrate pentru a păstra  obiectele de acolo în aceeași poziție relativ cu acestea. În cazul telescopului Euclid, Pământul va fi constant între acesta și Soare, cea ce îi creează condiții mai bune de a face observații spațiale constant.

Punctul L2 e destul de aglomerat: Euclid s-a alăturat  observatorului spațial Gaia, lansat tot de ESA,  și telescopului  James Webb (NASA).

Ce instrumente sunt la bordul lui Euclid?

Telescopul spațial Euclid este compus din  două părți principale: modulul de servicii, care  conține toate elementele și subsistemele necesare pentru operarea telescopului – de la sistemele de control al orbitei la cele de telemeterie –, și încărcătura utilă, adică telescopul și instrumentele științifice.

Telescopul este unul de tip Korsch cu trei oglinzi,// Detalii pe wikipedia.org // și are un diametru de 1,2 metri. Cele două instrumente principale de pe acesta sunt:

1.   VIS,// „The VIS Instrument”, euclid-ec.org // o cameră de peste 600 de megapixeli care acoperă spectrul vizibil de lumină. Aceasta trimite la sol imaginile  neprocesate, cea ce este un nou record pentru imaginile cu cele mai mari dimensiuni transmise de un observator astronomic. VIS este folosit pentru a capta imagini în secvențe de observare de aproximativ 70 de minute. Astfel, telescopul poate observa în jur de 20 de porțiuni ale cerului în fiecare zi.
2.   NISP, sau Near Infrared Spectrometer și Photometer, este un instrument care poate observa lumina în spectrul de infraroșu apropiat, fiind capabil să detecteze galaxii aflate chiar și la 10 miliarde de ani-lumină distanță  de Terra. NISP poate observa într-un interval de doar cinci-șase zile porțiuni ale Universului similare cu totalul celor observate de telescopul Hubble în cele peste trei decenii de funcționare.

Euclid poate transmite pe Pământ calupuri de date de aproximativ 850  GB pe zi, în cele patru ore în care e în contact cu baza de pe Pământ. Energia electrică este asigurată de un sistem fotovoltaic integrat în scutul care apără telescopul de radiații solare, care poate genera o putere electrică de doi kilowați.

Care este misiunea lui Euclid?

Misiunea telescopului este gestionată de către Consorțiul Euclid,// Detalii pe euclid-ec.org // o organizație care reunește cercetători în fizică teoretică, fizica particulelor, astrofizică sau astronomie, dar și ingineri, tehnicieni și staff-ul administrativ necesar misiunii. La activitățile consorțiului contribuie, într-o formă sau alta, 14 state europene – incluzând și România –, precum și NASA și laboratoare din Canada, Statele Unite și Japonia.

România participă la proiect prin intermediul Institutului de Științe Spațiale, care a dezvoltat, testat și implementat module de analiză spectro-fotometrică a imaginilor primare captate de Euclid.// „Follow-up lansare Euclid”, spacescience.ro //

Consorțiul  a stabilit obiectivele principale ale telescopului: crearea unei hărți 3D a distribuției materiei în Univers și, cu ajut aceasteia, studierea naturii materiei și energiei întunecate.

Materia întunecată este un tip teoretic de materie care nu emite sau absoarbe lumina, despre care se crede că ar reprezenta cea mai mare parte din masa universului. Energia întunecată este o formă teoretizată de energie care ar fi principala cauză a accelerării expansiunii Universului și ar forma mai bine de două-treimi din totalul energiei din Univers.

CITEȘTE ȘI:  Energia întunecată rămâne o necunoscută

Cercetătorii implicați în misiunea lui Euclid cred că ar putea înțelege mai bine atât rolul materiei, cât și cel al energiei întunecate în Univers, dacă ar putea măsura cât mai precis modul în care acesta s-a extins. Și, pentru a face asta, Consorțiul va apela, în principal, la două metode de observație.

Prima face uz de fenomenul de lentilă gravitațională, // „Gravitational Lensing”, hubblesite.org // conform căreia lumina care pornește din surse foarte îndepărtate, precum galaxii aflate la miliarde de. ani-lumină , este distorsionată de corpurile masive pe care le întâlnește pe drum.  Ipoteza fizicienilor este că materia întunecată provoacă cea mai mare parte a acestui efect. Așa că, atunci când sunt văzute de pe sau din vecinătatea Pământului, formele unor astfel de galaxii sunt diferite  de cele reale.

Dacă s-ar putea măsura precis un număr foarte mare de forme de galaxii, cercetătorii ar putea folosi mediile rezultate pentru a aproxima mai bine forma reală a galaxiilor îndepărtate.// „Core Cosmology”, euclid-ec.org // Iar diferențele  dintre aceste aproximări și formele observate cu efectul de lentilă gravitațională ar putea arăta cum este distribuită materia întunecată prin Univers. În acest sens, instrumentele de pe Euclid vor putea identifica formele a peste 1,5 miliarde de galaxii, acoperind o porțiune de aproape o treime din cer, pentru a oferi cele mai precise aproximări.

A doua metodă de observație  măsoară fenomenul de „deplasare spre roșu”, sau redshift,// „What is ‘red shift’?”, esa.int // al galaxiilor – o creștere a lungimii de undă a luminii emanate de galaxii care este direct proporțională cu distanța acestora față de Terra, indusă de către expansiunea Universului. Prin măsurarea și compararea deplasării spre roșu se pot aproxima distanțele dintre galaxii.

Euclid își propune să construiască o hartă 3D cu peste 35 de milioane de obiecte, reprezentând cea mai mare hartă a distribuției galaxiilor creată vreodată. Pe de altă parte, compararea formei estimate a galaxiilor obținute cu prima metodă cu deplasarea spre roșu a acestora ar putea dezvălui și mecanismul prin care energia întunecată contribuie la accelerarea expansiunii universului.

Misiunea lui Euclid a început deja

Euclid are o durată de funcționare de șase ani, așa că a început sa lucreze imediat: primele imagini captate de telescop au fost publicate de ESA la începutul lunii noiembrie.// „Euclid’s first images: the dazzling edge of darkness”, esa.int // 

Calupul de imagini demonstrează capabilitățile telescopului de a surprinde miliarde de galaxii „dintr-un foc”, la rezoluții suficient de mari pentru a evidenția multe galaxii care în observații anterioare erau doar în fundal.

Un exemplu este imaginea surprinsă de Euclid asupra clusterului de galaxii Perseu. În aceasta, au fost surprinse pentru prima dată câteva alte sute de mii de galaxii de fundal, inclusiv unele situate la 10 miliarde de ani-lumină de Pământ.

ESA/Euclid Consortium/NASA

Au mai fost captate și cele mai detaliate imagini de până acum ale galaxiei spirale IC 342 (numită și Caldwell 5), una foarte similară ca formă cu Calea Lactee, precum și a clusterului NGC 6397, printre cele mai apropiate roiuri stelare de Pământ, situat la o distanță de 7.800 de ani-lumină.

NGC 6397. ESA/Euclid Consortium/NASA

Euclid a surprins și o imagine spectaculoasă și a uneia dintre cele mai cunoscute structuri cosmice, Nebuloasa Cap de Cal din constelația Orion. Cercetătorii speră să descopere, în observațiile făcute de Euclid asupra structurii, stele care nu puteau fi văzute anterior și chiar și urme ale unor noi exoplanete.

ESA/Euclid Consortium/NASA

Însă poate cea mai importantă dintre imaginile captate de telescopul spațial european este cea a galaxiei neregulate NGC 6822. Galaxiile neregulate sunt galaxii de dimensiuni mai mici, care nu au o formă specifică. Majoritatea galaxiilor formate în perioada de început a universului erau neregulate și sunt cele care au pus bazele galaxiilor mai mari și complexe.

ESA/Euclid Consortium/NASA

Pentru cercetători, galaxiile neregulate au potențialul de a arăta cum au afectat energia și materia întunecată procesul de formare al galaxiilor și expansiunea ulterioară a acestora. Ceea ce ar putea fi un element-cheie în misiunea lui Euclid de a aduce răspunsuri despre cele două concepte care, în ciuda importanței pe care o au în modelele cosmologice actuale, sunt încă ipotetice.

 Citește despre alte momente importante din știință, tehnologie și mediu în 2023 în Topul Mindcraft Stories al celor mai importante 20 de momente din știință și tehnologie în 2023