Polowanie na ciemną energię
Nowe teleskopy kosmiczne NASA i ESA, Roman i Euclid, będą badać ciemną energię. Euclid ma zostać uruchomiony już w lipcu 2023 roku, do maja 2027 roku do Euclida dołączy Nancy Grace Roman Space Telescope. Zadaniem sond będzie zbadanie, dlaczego ekspansja Wszechświata przyspiesza.
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
