Новий космічний телескоп ЕКА Евклід має бути запущений у липні, щоб з'ясувати, чому розширення Всесвіту прискорюється. Вчені називають невідому причину цього космічного прискорення «темною енергією». До травня 2027 року космічний телескоп НАСА Ненсі Грейс Роман приєднається до Евкліда, щоб дослідити цю загадку способами, які раніше були неможливими.
«За двадцять п'ять років після відкриття прискорене розширення Всесвіту залишається однією з найнагальніших загадок в астрофізиці», — сказав Джейсон Родс, старший науковий співробітник Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії. Родс є заступником наукового співробітника Романа та науковим керівником проекту Евклід у США. «За допомогою цих майбутніх телескопів ми будемо вимірювати темну енергію по-різному і з більшою точністю, ніж це було можливо раніше, відкриваючи нову еру дослідження цієї таємниці».
Вчені не впевнені, чи викликане прискорене розширення Всесвіту додатковим енергетичним компонентом або воно сигналізує про те, що розуміння гравітації необхідно якимось чином змінити. Астрономи будуть використовувати обидва телескопи для одночасної перевірки обох теорій, і вчені очікують, що обидві місії розкриють важливу інформацію про основні принципи функціонування Всесвіту.
Евклід і Роман обидва призначені для вивчення космічного прискорення, але використовують різні стратегії, що доповнюють одна одну. Обидві місії створять тривимірні карти Всесвіту, щоб відповісти на фундаментальні питання про історію та структуру Всесвіту. Водночас вони дадуть більше інформації, ніж кожен окремо.
Евклід спостерігатиме набагато більшу область неба — приблизно 15 000 квадратних градусів, або близько третини неба — як в інфрачервоному, так і в оптичному діапазоні, але з меншими подробицями, ніж Роман. Він загляне на 10 мільярдів років тому, коли Всесвіту було близько 3 мільярдів років.
Ненсі Грейс Роман зможе дослідити Всесвіт зі значно більшою глибиною та точністю, але на меншій площі — близько 2000 квадратних градусів, або одна двадцята частина неба. Його інфрачервоний зір розкриє космос, коли йому було 2 мільярди років, і виявить більшу кількість тьмяніших галактик. У той час як Евклід зосередиться виключно на космології, Роман також досліджуватиме довколишні галактики, знаходитиме і 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 уповільнить це розширення. У 1990-х роках, вивчаючи особливий вид наднових, вчені виявили, що близько 6 мільярдів років тому темна енергія почала посилювати свій вплив на Всесвіт і ніхто не знає, як і чому. Той факт, що розширення пришвидшується, означає, що у нашій картині космосу відсутнє щось фундаментальне.
Очікується, що космічні телескопи NASA Nancy Grace Roman та ESA Euclid нададуть окремі потоки переконливих нових даних, щоб заповнити прогалини у розумінні процесів у Всесвіті. Вони намагатимуться визначити причину космічного прискорення декількома різними способами.
По-перше, і Роман, і Евклід вивчатимуть накопичення матерії за допомогою методу, який називають слабким гравітаційним лінзуванням. Це явище викривлення світла відбувається тому, що все, що має масу, спотворює тканину простору-часу; що більше маса, то більше викривлення. Зображення віддаленого джерела, що створюються світлом, яке проходить через ці деформації, також виглядають спотвореними. Коли ці ближчі «лінзуючі» об'єкти є масивними галактиками або скупченнями галактик, фонові джерела можуть здаватися розмитими або формувати множинні зображення.
Менш концентрована маса, така як згустки темної матерії, може створювати більш тонкі ефекти. Вивчаючи ці менші спотворення, Роман та Евклід створять тривимірну карту темної матерії. Це дасть ключ до розгадки космічного прискорення, тому що гравітаційне тяжіння темної матерії, що діє як космічний клей, що скріплює галактики та скупчення галактик, перешкоджає розширенню Всесвіту. Підрахунок кількості темної матерії у Всесвіті протягом усього космічного часу допоможе вченим краще зрозуміти взаємозв'язок, що підживлює космічне прискорення.
Дві місії також вивчать, як галактики гуртувалися разом у різні космічні епохи. Вчені виявили закономірність у тому, як збираються галактики, на основі вимірів навколишнього Всесвіту. Для будь-якої сучасної галактики ми приблизно вдвічі частіше знаходимо іншу галактику на відстані близько 500 мільйонів світлових років, ніж трохи ближче чи далі.
Ця відстань згодом зростала через розширення простору. Зазирнувши далі у всесвіт, у більш ранні космічні часи, астрономи можуть вивчити кращу відстань між галактиками у різні епохи. Спостереження за тим, як воно змінилося, відкриє історію розширення Всесвіту. Спостереження, як кластеризація галактик змінюється з часом, також дозволить точно перевірити гравітацію. Це допоможе астрономам розрізняти невідомий компонент енергії та різні модифіковані теорії гравітації як пояснення космічного прискорення.
Роман проведе додаткове дослідження, щоб виявити багато далеких наднових — особливого типу зірок, що вибухають. Пік цих вибухів має однакову внутрішню яскравість. Через це астрономи можуть визначити, як далеко знаходяться наднові, просто вимірявши, наскільки яскравими вони здаються.
Астрономи будуть використовувати телескоп Nancy Grace Roman для вивчення світла цих наднових, щоб дізнатися, як швидко вони віддаляються від нас. Порівнюючи швидкість їх видалення різних відстанях, вчені зможуть простежити космічне розширення з часом. Це допоможе нам краще зрозуміти, чи змінювалася і як темна енергія протягом усієї історії Всесвіту.
Потужна пара
Дослідження двох місій перекриватимуться, і ESA Euclid, ймовірно, спостерігатиме за всією областю, яку скануватиме Роман. Це означає, що вчені зможуть використовувати більш чутливі та точніші дані Nancy Grace Roman для доповнення даних Евкліда.
«Перший погляд Евкліда на велику область неба, яку він досліджуватиме, дасть інформацію для науки, аналізу та підходу до дослідження для більш глибокого занурення Романа», — сказав Майк Сейфферт, науковий співробітник проекту з внесок НАСА в Евклід у Лабораторії реактивного рухи НАСА.
«Разом Евклід і Роман складуть набагато більше, ніж сума їх частин», — сказав Юн Ван, старший науковий співробітник Каліфорнійського технологічного інституту/IPAC у Пасадені, Каліфорнія, який керував науковими групами кластеризації галактик як для Евкліда, так і для Романа. «Об'єднання їхніх спостережень дасть астрономам найкраще уявлення про те, що насправді відбувається у Всесвіті».
