Na tropie ciemnej strony Wszechświata
Aby zrozumieć pochodzenie i ewolucję Wszechświata, potrzebujemy komputerowych modeli kosmologicznych i obserwacji teleskopowych.
Ten niewielki fragment dużej płaszczyzny obrazu Euclid pokazuje szczegół gromady galaktyk Perseusz. Źródło: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, Przetwarzanie obrazu J.-C. Cuillandre, G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO
Aby zrozumieć, jak powstał Wszechświat i ewoluował do swojej obecnej formy, niezbędne są dwa kluczowe elementy. Modele kosmologiczne oparte na zasadach fizyki pozwalają nam prognozować obecny kształt Wszechświata, podczas gdy obserwacje dokonywane za pomocą teleskopów służą do weryfikacji poprawności tych modeli. Kosmiczny Teleskop Euclid, po raz pierwszy, umożliwi pomiar pozycji miliardów galaktyk w trzech wymiarach, obejmując niemal cały obserwowalny Wszechświat z Ziemi. Pierwsze naukowe obrazy zostały już opublikowane.
Euclid, najnowszy teleskop kosmiczny ESA, opublikował swoje pierwsze kolorowe zdjęcia kosmosu. Obrazy te są wynikiem połączenia danych z dwóch instrumentów: VIS (Visible Instrument) i NISP (Near-Infrared Spectrograph and Photometer), zaprojektowanych do przechwytywania światła widzialnego i bliskiej podczerwieni za pomocą detektorów o dużej powierzchni. Najważniejszym zadaniem Euclid jest przeprowadzenie najbardziej szczegółowego trójwymiarowego mapowania Wszechświata, a tym samym odkrycie niektórych z jego mrocznych tajemnic.
Poprzednie teleskopy kosmiczne, takie jak Hubble czy JWST, zostały stworzone w celu dokładnego badania bardzo małych obszarów nieba. Jednak Euclid ma zdolność do przedstawienia szerszego obrazu o wysokiej jakości. Dzięki dużej optyce, czułym instrumentom i położeniu poza zakłócającą ziemską atmosferą, teleskop ten dostarcza obrazów dużych fragmentów nieba w stosunkowo krótkim czasie obserwacji. Te obrazy są również niezwykle ostre i zawierają słabe światło odległych galaktyk. Członkowie konsorcjum Euclid zademonstrowali pełny potencjał teleskopu, publikując zdjęcia pięciu wybranych obiektów. Każde z tych zdjęć obejmuje obszar nieco większy niż tarcza Księżyca w pełni (pół stopnia kątowego). Do zakończenia misji Euclid połączy około 40 000 takich fragmentów obrazu, tworząc rozległy obszar o powierzchni około 14 000 stopni kwadratowych na niebie. Stanowi to około ⅓ całego nieba, z wyjątkiem naszej własnej galaktyki, Drogi Mlecznej.
Zdjęcia, które zostały właśnie opublikowane, pokazują bardzo ważną rzecz: każdy obiekt będzie skarbnicą nowych spostrzeżeń na temat fizyki poszczególnych gwiazd, Drogi Mlecznej lub odległych galaktyk. Teleskop zbierze ogromne ilości danych i wykryje więcej obiektów niż było to wcześniej możliwe – powiedział Maximilian Fabricius z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka w Garching koło Monachium i Uniwersytetu Ludwiga Maximiliana w Monachium. Knud Jahnke, naukowiec zajmujący się instrumentami w Instytucie Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu, potwierdza: Wszyscy musimy dostosować się do bogactwa informacji, które dostarczy Euclid.
Jednym z przykładów jest gromada galaktyk w Perseuszu, która stanowi jedną z największych i najbardziej masywnych struktur we Wszechświecie. Gdyby nie sieć ciemnej materii, galaktyki w tej gromadzie byłyby równomiernie rozproszone na niebie. Dzięki ogromnemu polu widzenia Euclid oraz jego niezwykłej czułości, naukowcy mają możliwość mierzenia galaktyk w gromadzie w Perseuszu aż do ich najbardziej odległych i najbardziej słabych obszarów. Matthias Kluge, naukowiec z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka i Uniwersytetu Ludwiga-Maximiliana, wyjaśnia: Na tym zdjęciu można również zobaczyć inne galaktyki, które nie są połączone z gromadą w Perseuszu. Im dalej w głąb Wszechświata, tym starsze galaktyki można odkryć, biorąc pod uwagę ograniczoną prędkość światła oraz większą ilość galaktyk na różnych etapach ewolucji. To bogactwo informacji znacząco przyczyni się do lepszego zrozumienia początków Wszechświata, które są naznaczone przez liczne zderzenia i łączenie się galaktyk.
Wydaje się, że około 95% naszego Wszechświata składa się z tajemniczych „ciemnych” składników, które odgrywają również rolę w formowaniu się gromad galaktyk w Perseuszu. Podczas gdy ciemna materia determinuje efekt grawitacyjny pomiędzy i wewnątrz galaktyk i początkowo spowalniała ekspansję Wszechświata, ciemna energia napędza obecnie przyspieszoną ekspansję Wszechświata. Jednak natura ciemnej materii i ciemnej energii pozostaje nieuchwytna. Naukowcy wiedzą jednak, że substancje te powodują subtelne zmiany w wyglądzie i ruchach obiektów obserwowanych przez teleskopy. Aby wykryć „ciemny” wpływ na widzialny Wszechświat, Euclid będzie obserwował kształty, odległości i ruchy miliardów galaktyk w odległości do 10 miliardów lat świetlnych w ciągu najbliższych sześciu lat. W tym przypadku informacje spektralne z instrumentu podczerwonego NISP są uzupełniane widmami optycznymi z teleskopów naziemnych, które bardzo dokładnie określą odległości i ruch galaktyk obrazowanych przez Euclid i przełożą dwuwymiarowe zdjęcia Euclid na najbardziej wszechstronną trójwymiarową mapę widzialnego Wszechświata, jaką kiedykolwiek stworzono.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
