В поисках темной стороны Вселенной: миссия Euclid

С космодрома на мысе Канаверал во Флориде успешно стартовала ракета-носитель Falcon 9 компании SpaceX. На борту этой ракеты находился особенный груз – космический телескоп Euclid Европейского космического агентства (ESA). Этот аппарат стал результатом более чем десятилетней работы ученых и инженеров из разных стран и организаций. Его стоимость составила около миллиарда евро.


Цель миссии Euclid – исследовать состав и эволюцию темной стороны Вселенной, которая составляет большую часть ее энергетического баланса. Телескоп будет создавать подробную карту крупномасштабной структуры Вселенной в пространстве и времени, наблюдая за миллиардами галактик на расстоянии до 10 миллиардов световых лет, охватывая более трети небесной сферы. Euclid будет изучать, как Вселенная расширялась и как формировались ее структуры в течение космической истории, раскрывая больше информации о роли гравитации и природе темной энергии и темной материи.

Первая ступень ракеты Falcon 9 успешно отделилась от второй и совершила посадку на плавучей платформе в Атлантическом океане. Вторая ступень дважды включила двигатели, чтобы вывести аппарат на нужную траекторию. Через несколько часов после запуска ESA получило первые сигналы с телескопа. Все его системы работали нормально.

Euclid направился к особому месту в космосе – точке Лагранжа L2 между Солнцем и Землей. Это точка относительного равновесия гравитационных сил двух небесных тел, где можно разместить спутник так, чтобы он всегда находился на одной линии с ними. Точка L2 расположена на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли — почти четыре раза дальше, чем Луна.

Точка считается идеальным местом для внеатмосферной астрономии, так как там можно избежать влияния земной атмосферы и светового загрязнения, а также минимизировать нагрев от Солнца и Земли. Кроме того, там можно обеспечить стабильную связь с Землей и постоянную ориентацию телескопа. В точке L2 уже находятся другие космические обсерватории, такие как Planck, Herschel и James Webb Space Telescope.

До точки L2 Euclid доберется за четыре недели, используя свои собственные двигатели. По пути он будет проверять и настраивать свои приборы, чтобы подготовиться к научным наблюдениям. Ожидается, что миссия Euclid продлится шесть лет, в течение которых телескоп будет собирать огромное количество данных о галактиках и кластерах галактик в разных эпохах развития Вселенной.

Что интересного может увидеть Euclid в темноте космоса? Дело в том, что обычная материя, из которой состоят звезды, планеты и мы сами, составляет всего около 5% от всего содержимого Вселенной. Остальные 95% приходятся на две загадочные сущности – темную материю и темную энергию.

Темная материя — неизвестный вид материи, который не излучает и не поглощает свет, но оказывает гравитационное воздействие на обычную материю. Темная материя образует невидимые скелеты, вокруг которых собираются галактики и кластеры галактик. Без темной материи эти структуры не могли бы сформироваться и удерживаться вместе. Темная материя составляет около 27% от всей массы-энергии Вселенной.

Темная энергия — еще более таинственная сила, которая противодействует гравитации и вызывает ускоренное расширение Вселенной. Темная энергия начала доминировать над гравитацией примерно 6 миллиардов лет назад, когда Вселенная достигла определенного размера. С тех пор скорость расширения Вселенной постоянно растет, и в будущем это может привести к ее разрыву или затуханию. Темная энергия составляет около 68% от всей массы-энергии Вселенной.

Инструменты для измерений

Как Euclid сможет измерить влияние темной материи и темной энергии на Вселенную? Для этого он использует два основных метода: слабое гравитационное линзирование и барионные акустические осцилляции.

Слабое гравитационное линзирование — явление, при котором свет от далеких галактик искривляется под действием гравитационного поля ближайших кластеров галактик, содержащих темную материю. Это приводит к тому, что изображения далеких галактик выглядят искаженными и увеличенными. Измеряя степень этого искажения, можно определить распределение темной материи в пространстве и ее влияние на формирование структур.

Барионные акустические осцилляции — колебания плотности обычной материи (барионов) в ранней Вселенной, вызванные звуковыми волнами, распространяющимися в горячей плазме. Эти колебания оставили след в распределении галактик, который можно обнаружить с помощью спектроскопии. Измеряя расстояние между галактиками и их красное смещение (сдвиг спектра света к красному концу из-за расширения Вселенной), можно определить скорость и характер этого расширения, а также роль темной энергии в нем.

Для реализации этих методов Euclid оснащен тремя инструментами: трехзеркальным 1,2-метровым телескопом Корша, блоком формирования оптических изображений VISible imager (VIS) и инфракрасным спектрометром Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP). Благодаря этим приборам аппарат способен одновременно обследовать треть видимого ночного неба в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. VIS будет снимать изображения галактик с высоким разрешением для анализа гравитационного линзирования, а NISP будет измерять спектры галактик для определения их красного смещения и барионных акустических осцилляций.