Lançado o “Telescópio de Energia Escura” europeu para explorar os maiores mistérios da cosmologia

A SpaceX lançou o Telescópio Espacial Euclid da Agência Espacial Européia no sábado, um esforço ambicioso para descobrir a natureza da matéria escura – a substância desconhecida que permeia o universo – e a energia escura, uma misteriosa força repulsiva. acelera a expansão do universo.

“É muito difícil encontrar um gato preto em um quarto escuro, especialmente se não houver nenhum gato”, disse Henk Hoekstra, astrônomo da Universidade de Leiden e coordenador da Euclid Science. “Como temos essas observações e não temos uma boa teoria, é uma situação pequena.

“Até agora, ninguém apresentou uma boa explicação para a matéria escura, a energia escura e outros desafios associados à física de partículas. … O lançamento de Euclides realmente leva a cosmologia para o futuro. É a primeira sonda espacial projetada. Estude a energia escura .”

Em 1998, os astrônomos mapeando a expansão do universo esperavam vê-lo desacelerar devido à atração gravitacional de todos os seus componentes. Eles ficaram surpresos ao descobrir que há 5 a 6 bilhões de anos a expansão do espaço e tudo nele começaram a acelerar. A força desconhecida que impulsiona essa aceleração foi chamada de energia escura.

Os pesquisadores concluíram que a energia escura representa quase três quartos do orçamento de massa de energia de todo o universo. A matéria escura compõe cerca de 24% do universo, enquanto os átomos e moléculas que compõem a matéria comum – a Terra, os humanos, as estrelas e as galáxias – representam apenas 5%.

Ao estudar mudanças sutis na luz das galáxias nos últimos 10 bilhões de anos, as câmeras de Euclides ajudarão os cientistas a determinar se a energia escura é consistente com uma “constante cosmológica” imutável prevista pela teoria da relatividade geral de Einstein ou com o entendimento atual da gravidade. Precisa de correção.

Yannick Mellier, astrônomo do Institut d’Astrophysic de Paris e membro do Euclid Science Group, colocou desta forma:

“O objetivo do trabalho de Euclides era fornecer respostas às seguintes perguntas: Por que a expansão do universo está se acelerando? Qual é a natureza da energia escura? É uma constante cosmológica? É uma energia escura dinâmica? Varia com o tempo ? Ou é um desvio da relatividade geral em escalas cosmológicas?

Ao mesmo tempo, Euclides também investigaria a natureza da matéria escura, um mar de partículas que não emitem ou refletem luz ou outra radiação eletromagnética, mas cujos efeitos gravitacionais são claramente visíveis. A matéria escura impede que as galáxias se afastem e afeta como as galáxias se formaram e se agruparam nos 13,7 bilhões de anos desde o Big Bang.

“Euclides vai investigar a distribuição da matéria escura e a distribuição das galáxias do espaço com uma precisão sem precedentes”, disse Mellier. “Ele também reconstruirá a história cósmica do universo nos últimos 10 bilhões de anos.”

Ele fará isso obtendo imagens de mais de 10 bilhões de galáxias. O software no terreno ajudará a identificar os cerca de 1,5 bilhão de melhores candidatos e analisar como suas formas são distorcidas pelas nuvens invisíveis de matéria escura que preenchem o espaço entre Euclides e seus alvos.

Essa técnica, chamada de lente gravitacional fraca, é semelhante à maneira como a água distorce levemente as formas das rochas espalhadas pelo leito de um riacho. É um efeito cosmologicamente muito delicado, exigindo software complexo, computadores poderosos e mais de 1.500 cientistas em nove centros de pesquisa para desvendar.

Mas se tudo correr bem, Euclides irá “observar diretamente a distribuição de matéria escura usando um efeito de lente gravitacional que muda as formas das galáxias, que são distorcidas por toda a distribuição de matéria escura em uma determinada linha de visão”, disse Mellier. “Isso forneceria uma distribuição de matéria escura não vista no campo de Euclides.”

Observações espectroscópicas de dezenas de milhares de galáxias permitirão aos pesquisadores mapear distâncias e velocidades em três dimensões, esclarecendo se a energia escura é de fato a força por trás da aceleração da expansão cósmica ou se alguma outra explicação é necessária.

A missão começou às 11h12 EDT de sábado, quando um foguete SpaceX Falcon 9 decolou da Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral. Depois de uma rápida rodada de testes de computador, o foguete subiu com 1,7 milhão de libras de empuxo, dando um show espetacular no céu de fim de semana para residentes e turistas da área.

Quarenta e um minutos depois, depois que o motor secundário do foguete disparou duas vezes, o Euclid foi lançado sozinho. O primeiro estágio do Falcon 9 voou sozinho para pousar em um droneship off-shore, como é habitual na SpaceX.

A Agência Espacial Européia, ou ESA, estava se preparando para lançar o telescópio espacial Euclid no ano passado em um foguete russo Soyuz de Gouro, na Guiana Francesa. Mas após a invasão da Ucrânia pela Rússia, esses planos desmoronaram, deixando Euclides sem uma viagem ao espaço.

Em julho passado, a ESA abordou a SpaceX sobre o lançamento do foguete Falcon 9 da empresa. No final do ano, os contratos estavam em vigor e a equipe pôde seguir para a largada de sábado.

“Devemos isso à SpaceX. “Sem eles, nosso satélite estaria parado no chão por dois anos.”

Euclides está ligado a uma região do espaço a cerca de um milhão de milhas da Terra – o Lagrange Point 2 – onde o Sol e a gravidade da Terra se combinam para criar uma região tranquila onde a espaçonave pode manobrar com o mínimo de manobra e uso de combustível. O Telescópio Espacial James Webb também opera no ponto L2.

O Euclid de 4.760 libras está equipado com um espelho primário de 3 pés e 11 polegadas de largura e dois instrumentos: uma câmera de luz visível de 600 megapixels e um espectrômetro de imagem infravermelha de 64 megapixels. O campo de visão do telescópio é o dobro do tamanho da lua cheia.

Após um período de verificação e calibração de um mês, a Euclid começará a mapear 15.000 graus quadrados do céu, incluindo tudo fora da Via Láctea, imagens de galáxias e galáxias que datam de 10 bilhões de anos.

Ele captura a transição do universo de seu colapso inicial impulsionado pela gravidade para uma era de expansão acelerada sob o domínio crescente da energia escura.

“O Euclid pode, simultaneamente, fornecer um campo de visão muito maior do que o que o Hubble pode acessar”, disse René Lauriges, cientista do projeto Euclid na ESA. “Em toda a sua vida, o Hubble nunca cobriu mais de 100 graus quadrados, o que Euclides poderia fazer em 10 dias. Portanto, para obter nossos 15.000 graus quadrados, que é o tamanho de nossa pesquisa do céu, precisamos de muitas fotos do céu. “

Gerando uma matriz de 100 gigabytes de dados compactados por dia, Euclides levaria seis anos para completar seu mapa do céu, ou 70.000 terabytes difíceis de imaginar durante a tarefa.

“Seu iPhone provavelmente tem 10 megapixels”, disse Jason Rhodes, membro do Consórcio de Pesquisadores Euclid. “Portanto, as câmeras (duas Euclides) juntas têm 700 megapixels. Vamos tirar fotos a cada poucos minutos durante seis anos com essas câmeras.

“Mas em comparação com a quantidade de dados no arquivo no final do processo, a quantidade de dados que enviamos é outro fator de mil.”

Gaitee Hussain, chefe da divisão científica da ESA, disse que as imagens conterão 8 bilhões de galáxias, “das quais as melhores de 1,5 a 2 bilhões de galáxias serão selecionadas para o experimento de lente fraca”.

“Vamos coletar milhões e milhões de redshifts espectroscópicos e bilhões de redshifts fotométricos para entender as distâncias das galáxias que vemos”, acrescentou.

“Isso significa taxas de dados massivas, não apenas obtendo dados no solo, mas também entregando dados … É necessário responder à pergunta mais fundamental da física e da cosmologia hoje. Do que o universo é realmente feito?”