Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Naukowcy nieznaną przyczynę rozszerzania się Wszechświata nazywają ciemną energią. 25 lat po odkryciu tego faktu przyspieszona ekspansja Wszechświata pozostaje jedną z największych zagadek w astrofizyce. Dzięki nowym teleskopom będziemy badać ciemną energię na różne sposoby i ze znacznie większą precyzją niż wcześniej. Naukowcy nie są pewni, czy przyspieszona ekspansja Wszechświata jest spowodowana dodatkowym składnikiem energii, czy też jest to sygnał, że nasze rozumienie grawitacji musi zostać w jakiś sposób zrewidowane. Astronomowie wykorzystają nowe teleskopy Roman i Euclid do przetestowania obu teorii jednocześnie i spodziewają się, że obie misje odkryją ważne informacje na temat działania Wszechświata. Pierwszy teleskop otrzymał imię na cześć Nancy Grace Roman, amerykańskiej astronomki, która wniosła istotny wkład w charakterystykę i klasyfikację gwiazd oraz miała fundamentalną rolę w tworzeniu i rozwoju Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.

Zarówno Euclid, jak i Roman zostały zaprojektowane do badania ekspansji Wszechświata, ale przy użyciu różnych i uzupełniających się strategii. Obie misje stworzą trójwymiarowe mapy Wszechświata, aby odpowiedzieć na fundamentalne pytania dotyczące jego historii i struktury. Razem będą miały znacznie więcej możliwości niż każda z nich osobno. 

Euclid będzie obserwował znacznie większy obszar nieba – około 15 000 stopni kwadratowych, czyli około jednej trzeciej nieba – zarówno w podczerwieni, jak i w optycznych długościach fal świetlnych, ale z mniejszą szczegółowością niż Roman. Euclid będzie sięgał 10 miliardów lat wstecz, czyli do czasów, gdy Wszechświat miał około 3 miliardów lat. Roman będzie w stanie badać Wszechświat z dużo większą głębią i precyzją, ale na mniejszym obszarze – około 2000 stopni kwadratowych, czyli jednej dwudziestej nieba. Jego wizja w podczerwieni odsłoni kosmos, gdy miał 2 miliardy lat, ujawniając większą liczbę słabszych galaktyk. Podczas gdy Euclid skupi się wyłącznie na kosmologii, Roman będzie również badał pobliskie galaktyki, planety w naszej galaktyce oraz obiekty na obrzeżach Układu Słonecznego.

Wszechświat rozszerza się od momentu swoich narodzin – fakt ten został odkryty przez belgijskiego astronoma Georgesa Lemaître’a w 1927 roku i Edwina Hubble’a w 1929 roku. Naukowcy spodziewali się jednak, że grawitacja materii Wszechświata stopniowo spowolni tę ekspansję. W latach 90. XX wieku, przyglądając się szczególnemu rodzajowi supernowych, naukowcy odkryli, że około 6 miliardów lat temu ciemna energia zaczęła zwiększać swój wpływ na Wszechświat, ale nie wiadomo, jak i dlaczego. Fakt, że ekspansja przyspiesza, oznacza, że w naszym obrazie kosmosu brakuje czegoś fundamentalnego. Naukowcy liczną, że teleskopy Roman i Euclid dostarczą nowych danych, które wypełnią luki w naszym zrozumieniu ekspansji Wszechświata.

Oba teleskopy będą badać akumulację materii przy pomocy słabego soczewkowania grawitacyjnego. Soczewkowanie grawitacyjne to zjawisko polegające na zakrzywieniu promieni świetlnych w polu grawitacyjnym masywnego ciała niebieskiego prowadzące do ich skupienia. Efektem soczewkowania grawitacyjnego jest obserwowane pojaśnienie źródła oraz pojawianie się pozornych ciał niebieskich – obrazów ciał rzeczywistych. O słabym soczewkowaniu grawitacyjnym mówimy, gdy obraz soczewkowanego obiektu jest jedynie nieco przesunięty i zniekształcony wskutek ugięcia promieni świetlnych na niejednorodnościach w rozkładzie materii między źródłem a obserwatorem.

Mniej skoncentrowana masa, taka jak skupiska ciemnej materii, może tworzyć bardziej subtelne efekty. Badając te mniejsze zniekształcenia, Roman i Euclid stworzą trójwymiarową mapę ciemnej materii. Da to wskazówki na temat kosmicznego przyspieszenia, ponieważ przyciąganie grawitacyjne ciemnej materii, działające jak kosmiczny klej, który utrzymuje galaktyki i gromady galaktyk razem, przeciwdziała ekspansji Wszechświata. Poznanie, ile istniało ciemnej materii we Wszechświecie na przestrzeni czasu pomoże naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób oddziaływania kosmiczne wpływają na przyspieszenie Wszechświata.

Obie misje zbadają również sposób, w jaki galaktyki gromadzą się razem w różnych erach kosmicznych. Naukowcy wykryli wzorzec w sposobie gromadzenia się galaktyk na podstawie pomiarów pobliskiego Wszechświata. Dzisiaj prawdopodobieństwo znalezienia innej galaktyki w odległości około 500 milionów lat świetlnych jest około dwa razy większe niż w odległości nieco bliższej lub dalszej. Odległość ta zwiększyła się z czasem w wyniku rozszerzania się przestrzeni kosmicznej. Spoglądając dalej we Wszechświat, czyli de facto cofając się w czasie, astronomowie mogą zbadać odległości między galaktykami w różnych epokach. Obserwacja zmian w tym zakresie ujawnia historię ekspansji Wszechświata.

Opracowano na podstawie:
NASA’s Roman and ESA’s Euclid Will Team Up To Investigate Dark Energy
Euclid. Exploring the dark Universe