NASA Roman та ESA Euclid об’єднаються для дослідження темної енергії

Новий космічний телескоп під назвою «Евклід», місія ESA (Європейського космічного агентства) за участю NASA, планується запустити в липні, щоб дослідити, чому розширення Всесвіту прискорюється. Вчені називають невідому причину цього космічного прискорення «темною енергією». До травня 2027 року Римський космічний телескоп NASA Nancy Grace приєднається до Euclid, щоб досліджувати цю загадку способами, які ніколи раніше не були можливими.

«Через 25 років після свого відкриття прискорене розширення Всесвіту залишається однією з найактуальніших загадок астрофізики», — сказав Джейсон Роудс, старший науковий співробітник Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії. Роудс є ​​заступником наукового співробітника проекту Романа та науковим керівником проекту Евклід. «За допомогою цих майбутніх телескопів ми будемо вимірювати темну енергію різними способами та з набагато більшою точністю, ніж це було раніше, відкриваючи нову еру дослідження цієї таємниці».

Вчені не впевнені, чи викликано прискорене розширення Всесвіту додатковим енергетичним компонентом, чи воно сигналізує про те, що наше розуміння гравітації потрібно якимось чином змінити. Астрономи використовуватимуть Романа та Евкліда, щоб перевірити обидві теорії одночасно, і вчені очікують, що обидві місії розкриють важливу інформацію про основну роботу Всесвіту.

Евклід і Роман призначені для вивчення космічного прискорення, але з використанням різних і взаємодоповнюючих стратегій. Обидві місії створять 3D-карти Всесвіту, щоб відповісти на фундаментальні питання про історію та структуру Всесвіту. Разом вони будуть набагато потужнішими, ніж кожен окремо.

Евклід спостерігатиме набагато більшу ділянку неба – приблизно 15 000 квадратних градусів, або приблизно третину неба – як в інфрачервоному, так і в оптичному діапазоні, але з меншою детальністю, ніж Роман. Він буде дивитися на 10 мільярдів років тому, коли Всесвіту було приблизно 3 мільярди років.

Найбільше дослідження ядра Романа зможе досліджувати Всесвіт з набагато більшою глибиною та точністю, але на меншій території – приблизно 2000 квадратних градусів, або одну двадцяту неба. Його інфрачервоне бачення відкриє космос, коли йому було 2 мільярди років, відкриваючи більшу кількість тьмяніших галактик. Тоді як Евклід зосереджуватиметься виключно на космології, Роман також досліджуватиме сусідні галактики, знаходитиме та досліджуватиме планети по всій нашій галактиці, вивчатиме об’єкти на околицях нашої Сонячної системи та багато іншого.

Полювання на темну енергію

Всесвіт розширювався з моменту свого народження – факт, відкритий бельгійським астрономом Жоржем Леметром у 1927 році та Едвіном Хабблом у 1929 році. Але вчені очікували, що гравітація матерії Всесвіту поступово сповільнить це розширення. У 1990-х роках, дивлячись на певний вид наднової, вчені виявили, що приблизно 6 мільярдів років тому темна енергія почала посилювати свій вплив на Всесвіт, і ніхто не знає, як і чому. Той факт, що він прискорюється, означає, що нашій картині космосу бракує чогось фундаментального.

Роман і Евклід нададуть окремі потоки переконливих нових даних, щоб заповнити прогалини в нашому розумінні. Вони спробують визначити причину космічного прискорення кількома різними способами.

По-перше, і Роман, і Евклід вивчатимуть накопичення матерії за допомогою техніки, що називається слабкою гравітаційною лінзою. Це явище викривлення світла відбувається тому, що все, що має масу, деформує тканину простору-часу; чим більша маса, тим більша викривлення. Зображення віддаленого джерела, створені світлом, що рухається через ці деформації, також виглядають спотвореними. Коли найближчі об’єкти «лінзування» є масивними галактиками або скупченнями галактик, фонові джерела можуть виглядати розмитими або формувати кілька зображень.

Менш концентрована маса, як згустки темної матерії, може створювати більш тонкі ефекти. Вивчаючи ці менші спотворення, Роман і Евклід створять тривимірну карту темної матерії. Це дасть підказки про космічне прискорення, оскільки гравітаційне тяжіння темної матерії, діючи як космічний клей, який утримує разом галактики та скупчення галактик, протидіє розширенню Всесвіту. Підрахунок темної матерії Всесвіту в космічному часі допоможе вченим краще зрозуміти, як поштовх і тяга підживлюють космічне прискорення.

Дві місії також вивчатимуть те, як галактики групувалися разом у різні космічні епохи. Вчені виявили закономірність у тому, як збираються галактики за допомогою вимірювань сусіднього Всесвіту. Для будь-якої сьогоднішньої галактики у нас приблизно вдвічі більше шансів знайти іншу галактику приблизно за 500 мільйонів світлових років від нас, ніж трохи ближче чи далі.

Ця відстань з часом зросла через розширення простору. Дивлячись далі у Всесвіт, до ранніх космічних часів, астрономи можуть вивчати бажану відстань між галактиками в різні епохи. Подивившись, як він змінився, ви побачите історію розширення Всесвіту. Спостереження за тим, як скупчення галактик змінюється з часом, також дозволить точно перевірити гравітацію. Це допоможе астрономам розрізнити невідомий компонент енергії та різні модифіковані теорії гравітації як пояснення космічного прискорення.

Роман проведе додаткове обстеження, щоб виявити багато наднових зірок типу Ia — особливого типу вибухаючих зірок. Ці вибухи досягають піку при подібній власній яскравості. Завдяки цьому астрономи можуть визначити, наскільки далеко знаходяться наднові, просто вимірявши, наскільки вони яскраві.

Астрономи використовуватимуть Roman для вивчення світла цих наднових, щоб дізнатися, як швидко вони, здається, віддаляються від нас. Порівнюючи, як швидко вони віддаляються на різні відстані, вчені відстежуватимуть космічне розширення з часом. Це допоможе нам краще зрозуміти, чи змінювалася темна енергія протягом історії Всесвіту і як.

Потужна пара

Огляди двох місій будуть збігатися, і Евклід, ймовірно, спостерігатиме всю територію, яку скануватиме Роман. Це означає, що вчені зможуть використовувати більш чутливі та точні дані Романа, щоб застосувати виправлення до даних Евкліда та поширити виправлення на набагато більшу територію Евкліда.

«Перший погляд Евкліда на широку область неба, яку він досліджуватиме, дасть науковий підхід до аналізу та дослідження для глибшого занурення Романа», — сказав Майк Зайфферт, науковий співробітник проекту NASA для внеску в Евклід у Лабораторії реактивного руху NASA.

«Разом Евклід і Роман дадуть набагато більше, ніж сума їхніх частин», — сказав Юнь Ван, старший науковий співробітник Каліфорнійського технологічного інституту/IPAC у Пасадені, штат Каліфорнія, який очолював наукові групи з кластеризації галактик для Евкліда та Романа. «Об’єднання їхніх спостережень дасть астрономам краще уявлення про те, що насправді відбувається у Всесвіті».

Три наукові групи, які підтримує NASA, беруть участь у місії Euclid. На додаток до проєктування та виготовлення електроніки сенсорного чіпа спектрометра ближнього інфрачервоного діапазону та фотометра Euclid (NISP), JPL очолив закупівлю та доставку детекторів NISP. Ці детектори були випробувані в Центрі космічних польотів імені Годдарда NASA. Науковий центр Euclid NASA при IPAC (ENSCI) при Каліфорнійському технологічному інституті підтримуватиме дослідження в США з використанням даних Euclid. Джерело