Евклид: Търсенето на ЕКА за тъмна материя и тъмна енергия

Артист

Концепция на художника за мисията Евклид на ESA да изучава тъмната енергия. (Изображение кредит: ESA / C. Carreau)



Евклид е мисия, планирана от Европейската космическа агенция (ЕКА), която има за цел да научи повече за частите на Вселената, които не можем да видим - по -специално, тъмната енергия и тъмната материя. Те образуват по -голямата част от Вселената и се смята, че са отговорни за явления като ускоряването на разширяването на Вселената.



Очаква се Евклид да изстреля през 2020 г. от Френска Гвиана на борда на ракета 'Союз'. На Евклид ще са необходими около 30 дни, за да стигне до планираното си местоположение в космоса, който е гравитационно стабилна зона, известна като Точка на Лагранж . Евклид ще бъде на L2, който се намира на около милион мили от Земята, но в обратна посока на слънцето. В този момент, със Земята, луната и слънцето зад него, космически кораб може да получи ясна представа за дълбокия космос.

Като мисия за проучване, Евклид ще продължи най -малко шест години и ще покрие 15 000 квадратни градуса небе. Проучването му ще се извършва като „стъпка и поглед“, което означава, че телескопът ще прави измервания на около 0,5 квадратни градуса от небето наведнъж.

История на Евклид



Настоящото ръководство на ESA за научни мисии се нарича Cosmic Vision 2015-2025. През 2007 г. процесът на предложение за Cosmic Vision доведе до две мисии, предназначени да измерват геометрията на Вселената: DUNE (Dark Universe Explorer) и SPACE (Spectroscopic All Sky Cosmic Explorer.)

DUNE трябваше да изобрази небето в широко поле, за да изучава тъмната енергия и тъмната материя. Основният му метод за измерване беше слабото гравитационно леене. Пространството трябваше да създаде 3-D еволюционна карта на Вселената за 10 милиарда години чрез измерване на галактиката червени отмествания и спектри. Въпреки това, след проучване на оценката, тези две мисии бяха комбинирани в една: Евклид. (Евклид е кръстен на древногръцки математик, който понякога е наричан „бащата на геометрията“.)

През 2011 г. ESA избра Solar Orbiter и Euclid за първите две от своите мисии от среден клас или клас M, сред няколко предложения. Очаква се Solar Orbiter да стартира през 2018 г., а Euclid през 2019 г.



През 2013 г. НАСА подписа меморандум за разбирателство с ESA за предоставяне на 20 детектора за близкия инфрачервен инструмент на Евклид. НАСА също номинира 40 американски учени да се присъединят към консорциума Euclid, който изгражда инструментите и по -късно ще анализира научните данни на мисията. По -късно същата година италианският Thales Alenia Space е избран за главен изпълнител на мисията. Euclid премина през предварителния си преглед на проекта през 2015 г., а първите части от полетния хардуер - четири детектора за видимия образ - бяха доставени на ESA в началото на 2017 г.

Евклидова наука

Можем да видим само част от познатата вселена. Обикновената материя съставлява около 4 %, докато тъмната материя съставлява 20 %, а тъмната енергия съставлява 76 %. Разбирането на повече за тъмната материя и тъмната енергия може да помогне на учените например да научат защо Вселената се ускорява в разширяването си. Няма достатъчно „обикновена“ материя, която да отчете ускорението.

Евклид ще покаже на учените повече за тъмната вселена. Една от основните му цели е точното картографиране на червеното изместване на галактиката, което се случва, когато обект се отдалечи от нас. Светлината се измества към червения край на спектъра, тъй като дължините на вълните му се удължават. Ако обектът се приближи, светлината се премества към синия край на спектъра, тъй като дължините на вълните му стават по -къси. Мисията ще се върне към галактиките, които са се образували преди 10 милиарда години, или повече от два пъти на възрастта на Слънчевата система. В своята основна мисия Евклид ще картографира около половината от небето.



По -конкретно, детекторите на Евклид трябва да провеждат две космологични сонди. Човек ще изучава слабо гравитационно лещане, което се случва, когато концентрация на материя огъва светлината, докато светлината се движи към наблюдателя. Това е полезно за картографиране на тъмна материя и за извод на тъмна енергия чрез измерване на това колко изображения на галактика са изкривени от обектива.

Другата сонда ще изследва барионовите акустични трептения (BAO), които измерват пространственото разпределение на галактиките. В много големи мащаби галактиките са склонни да се струпват по двойки, разделени със стандартно разстояние. Това стандартно разстояние е свързано със звукови вълни в плазмата (свръхзареден газ) от ранната Вселена; звуковите вълни, разпространявани от ореоли на тъмна материя, или концентрации на тъмна материя, свързани с галактиките. Следователно BAO са стандартен владетел за измерване на разширяването на Вселената, както и на тъмната енергия.

Науката на Евклид ще се изпълнява от два инструмента, а 1,2-метровото огледало на космическия кораб ще разделя светлината между тях за анализ:

  • Видимо изображение (VIS), което ще включва десетки устройства, свързани със заряд, специално формулирани за мисията. ESA заяви, че устройствата ще включват висока ефективност, нисък шум и добра толерантност към радиация. Зрителното поле на VIS е малко по -голямо от зоната, обхваната от две пълни луни.
  • Близо-инфрачервеният спектрометър и фотометър (NISP), който ще осигури близо инфрачервена фотометрия на галактиките. Целта е да се комбинират наблюденията на NISP и VIS, за да се покаже червеното изместване на галактиката, наблюдавано от Евклид.

Общите цели на Euclid (по думите на ESA) са:

  • Изследвайте свойствата на тъмната енергия чрез точно измерване както на ускорението, така и на промяната на ускорението при различните възрасти на Вселената;
  • Тествайте валидността на общата теория на относителността на космически скали;
  • Изследвайте природата и свойствата на тъмната материя, като картографирате триизмерното разпределение на тъмната материя във Вселената;
  • Усъвършенствайте първоначалните условия в началото на нашата вселена, които засяват формирането на космическите структури, които виждаме днес.

Други мисии с тъмна материя

Тъмната материя все още е сравнително млада наука, но имаше някои наблюдения от други космически мисии, които да подпомогнат работата на Евклид.

Космическият телескоп с гама-лъчи Ферми стартира през 2008 г. Една от научните му цели е да разгледа тъмната материя, по-специално чрез изследване на явления като излишните гама-лъчи от центъра на Млечния път. През 2014 г. НАСА обяви, че излишните емисии, наблюдавани в тази област, „са в съответствие с някои форми на тъмна материя“. През 2017 г. наблюденията на близката галактика Андромеда разкриха същите явления.

Други космически мисии са забелязали тъмната материя, въпреки че не е била в основните им мисии. Един пример е изследване от 2015 г. на 72 сблъсъка на галактически клъстери, което използва данни от двете Космическият телескоп Хъбъл и рентгеновата обсерватория Чандра. Тогава учените казаха, че изследването е помогнало да се поставят граници на природата на тъмната материя. „Астрономите могат да картографират разпределението на тъмната материя, като анализират как светлината от отдалечени източници извън клъстера се увеличава и изкривява от гравитационните ефекти“, се казва в съобщение за пресата на рентгеновата обсерватория на Харвардския университет.

Хъбъл също извърши проучване, което помогна да се очертае разпределението на тъмната материя във Вселената, НАСА се казва в съобщение за пресата през 2007 г. .

Мисията на ESA Gaia стартира през 2013 г., за да създаде най -точната карта на звездни местоположения в небето. Смята се, че картографирането на техните движения ще разкрие повече информация за природата на тъмната материя и как тя е повлияла на историята на Вселената.

Допълнителен ресурс