Запущений в космос телескоп буде вивчати темну матерію

Ми знаємо, що темна матерія і темна енергія повинні існувати через рух галактик і те, як розширюється Всесвіт. Однак їх надзвичайно важко досліджувати, оскільки темна матерія не взаємодіє зі світлою, а темна енергія є невідомою формою енергії. Отже, щоб знайти докази їх існування, нам потрібно дивитися в дуже великому масштабі.

«Якщо ви хочете займатися космологією та спостерігати за космосом у цілому, вам потрібно провести велике дослідження», — пояснив Джузеппе Ракка, керівник проекту Euclid в ESA на брифінгу для преси. «Евклід спеціально розроблений з дуже ширококутним телескопом, щоб охопити більшу частину Всесвіту, яку можна спостерігати за дуже короткий час».

Телескоп Euclid досліджуватиме 36 відсотків неба протягом своєї шестирічної місії, і для спостереження такої великої області телескоп має дуже широке поле зору. Це відноситься до неба, яке можна спостерігати в телескоп, і у випадку Евкліда поле зору в 2,5 рази перевищує розмір Місяця. 

Порівняйте це, скажімо, з космічним телескопом Хаббла, поле зору якого становить лише 1/12 розміру Місяця. Хаббл може знімати такі об’єкти, як галактики чи туманності, дуже детально, але Хабблу знадобилося б близько 1000 років, щоб оглянути ділянку неба, порівнянну з Евклідом.

І якщо вам цікаво, чому Евклід буде оглядати лише трохи більше третини неба, це тому, що неможливо побачити далекі галактики в інших частинах неба, оскільки ці далекі об’єкти заблоковані ближчими зірками та пилом у нашій власній галактика.

Euclid матиме два інструменти: інструмент VISible або VIS, який працює у довжині хвилі видимого світла, і спектрометр і фотометр ближнього інфрачервоного діапазону або NISP, який працює в ближньому інфрачервоному діапазоні. Охоплення обох цих довжин хвиль дозволяє дослідникам бачити галактики, які мають червоний зсув, тобто, оскільки вони віддаляються від нас, світло, що виходить від них, зміщується до червоного кінця спектра. 

Поєднуючи спостереження з обох інструментів, спостереження Евкліда можна використовувати для створення 3D-карти, що показує розподіл видимої матерії у Всесвіті.

Але темна матерія невидима — тому її так важко вивчати. Його не можна спостерігати безпосередньо, але про його присутність можна зробити висновок, дивлячись на розподіл матерії, яку ми бачимо. 

Двома основними методами вивчення темної енергії та темної матерії, які використовував Евклід, будуть слабке лінзування та скупчення галактик. Використання двох методів дослідження однієї й тієї самої речі дозволяє дослідникам порівнювати свої результати один з одним, сподіваючись, що це призведе до більш точних висновків.

Гравітаційне лінзування — це ефект, при якому сила тяжіння дуже великих об’єктів, таких як галактики або скупчення галактик, спотворює простір-час, діючи як збільшувальне скло та змінюючи світло, що надходить від віддалених об’єктів позаду об’єкта на передньому плані. 

Бачачи, наскільки сильним є цей ефект лінзи, вчені можуть обчислити масу об’єкта на передньому плані — і вони можуть порівняти цю розраховану масу з масою видимої матерії в галактиці на передньому плані. Якщо є велика різниця між обчисленою та спостережуваною масами, це свідчить про наявність великої кількості темної матерії на передньому плані.

Інший ефект, скупчення галактик, стосується того, як галактики розподіляються у трьох вимірах у Всесвіті. Коли Всесвіт розширюється, галактики віддаляються від нас, що призводить до червоного зміщення. Вчені можуть порівняти фактичну відстань до галактики з її червоним зміщенням за допомогою явища, яке називається баріонними акустичними коливаннями, і це може показати, наскільки швидко розширюється Всесвіт, що безпосередньо пов’язано з темною енергією.

У поєднанні ці методи повинні допомогти космологам дізнатися більше про темну матерію та темну енергію, ніж будь-коли раніше. Щоб зібрати дані, Euclid зробить близько 1 мільйона зображень 12 мільярдів об’єктів протягом своєї місії. Це повинно наблизити нас на крок ближче до можливості виявити та вивчити ці невловимі явища, а також до розуміння складу Всесвіту навколо нас.

«Це більше, ніж космічний телескоп, — сказав Лаурейс, — це насправді детектор темної енергії».