Европа ще изследва Вселената със свръхмодерен космически телескоп

Мощен телескоп се очаква да разбули тайните на вселената
(снимка: CC0 Public Domain)

от Джонатан O’Калахан

Нов мощен европейски космически телескоп ще приближи повече от всякога астрономите до отговора на отдавна висящ въпрос: „Ще продължи ли до безкрай разширяването на вселената?“

Наречен „Евклид“, телескопът бе изстрелян на 1 юли 2023 г. и оглежда тъмната част на вселената от точката си на наблюдение, намираща се на 1,5 милиона километра от Земята. Насочен към почти инфрачервената и видимата светлина, „Евклид“ ще направи снимки на около 10 милиарда галактики в стремежа си да разбере както тъмната енергия, която задвижва разширяването на вселената, така и тъмната материя, която съставлява три четвърти от цялата материя във вселената.

Мистериозната двойка

Тъмната енергия е мистериозна сила, която вероятно задвижва разширяването на вселената от Големия взрив преди 13,8 милиарда години. Тъмната материя е невидима форма, която се наблюдава чрез ефектите на гравитационно изкривяване върху галактиките, но никога не се вижда пряко.

„Това наистина са два мистериозни компонента във вселената ни“, казва професор Хенк Хьокстра, изследовател, занимаващ се с наблюдателна космология, към Университета в Лайден, Нидерландия. „В действителност нямаме никаква представа от същността им.“

От съдържащите се маса и енергия във вселената 68 % се падат на тъмната енергия, 27 % — на тъмната материя и 5 % — на обикновената материя.

Телескопът „Евклид“, кръстен на гръцкия математик, живял около 300 г. пр.н.е., и баща на геометрията, е предназначен да се справи с безпрецедентна точност с едно предизвикателство на физиката: да се разбере структурата на вселената, произлизаща от тъмна материя и тъмна енергия още от зората на времето.

Този мощен телескоп е в състояние да разбули и други тайни на вселената — от изучаване на планети, обикалящи в орбита около далечни слънца, до откриване на обекти, по-малки от звездите, пръснати из Млечния път.

„Възнамеряваме да се възползваме от уникалните възможности на „Евклид“, казва професор Едуардо Мартин, главен изследовател в Института по астрофизика на Канарските острови, Испания.

Голяма карта 

Хьокстра ръководи изследователски проект, получил финансиране от ЕС, за да хвърли светлина върху тъмната вселена, като използва изображенията, които може да осигури само „Евклид“. Наречен „Наблюдателна космология, използваща проучвания на големи изображения“ (Observational Cosmology Using Large Imaging Surveys), или OCULIS, този петгодишен проект започна през септември 2023 г.

„В общи линии правим гигантска карта на разпределението на материята във вселената“, казва Хьокстра.

„Евклид“ ще изгради картата, като измерва изкривяването на светлината около галактиките — процес, наричан „слаба гравитационна леща“. Това прави възможно измерването на количеството тъмна материя, заобикаляща галактиките, и съответно разпространението ѝ в цялата вселена.

Резултатът ще бъде по-добро разбиране на връзките между галактиките и тъмната материя, както и на броя звезди и обема на газа във всяка галактика.

По-добро измерване на тъмната енергия може да бъде получено благодарение на самия обем от вселената, който „Евклид“ е в състояние да наблюдава — за два дни толкова, колкото космическият телескоп „Хъбъл“ за всичките 30 години в космоса.

Измерването на всяка галактика ще предложи нова информация за скоростта на разширяване на вселената, която грубо е около 70 километра в секунда, но изглежда, че се ускорява все повече в резултат от тъмната енергия.

Според Хьокстра всъщност „Евклид“ се заема с фундаменталния въпрос: „Защо разширяването се ускорява?“.

„Тук трябва да търсим нов вид физика“, казва той. „Ще тестваме това на следващия етап.“

По-широк прозорец

Евклид е изцяло европейска мисия, която стартира през 2011 г. Първоначалният план на Европейската космическа агенция (ЕКА) бил да изстреля телескопа през 2022 г. с руска ракета.

След руското нашествие в Украйна през февруари 2022 г. ЕКА прекъсна връзките си с Русия и телескопът бе преместен на ракета Falcon 9 на SpaceX.

„Евклид“ изследва вселената с основно огледало с ширина 1,2 метра и обширно зрително поле. Тези размери означават, че във всяка направена снимка телескопът обхваща повърхност 2,5 пъти по-голяма от размера на пълната Луна.

Това помага за изучаване не само на галактиките, но и на много по-малки обекти — област на интерес за Мартин в Института по астрофизика на Канарските острови.

Той ръководи отделен, финансиран от ЕС проект, в който „Евклид“ се използва за издирване на обекти, по-малки от звездите, които се крият в Млечния път. Познати като подзвездни обекти, те включват тела като кафявите джуджета — „неуспяли“ звезди, които никога не са привлекли достатъчно маса, за да запалят синтез в ядрата си, и гигантски планети с маса многократно по-голяма от тази на Юпитер.

Нова граница

Проектът, наречен SUBSTELLAR, започна през януари 2023 г. и продължава до края на 2027 г.

„Евклид“ поставя нова граница що се отнася до обхванатото огромно пространство и прецизното качество на изображенията“, казва Мартин.

Телескопи като „Хъбъл“ и космическия телескоп „Джеймс Уеб“, имат много по-тесен прозорец на изгледа в сравнение с „Евклид“. С по-широкия си прозорец „Евклид“ трябва да може да открива огромен брой подзвездни обекти.

Според предвижданията за проекта това са 500 000 обекта за пет години — 100 пъти повече от постигнатите по-рано според Мартин.

Те могат да включват подзвездни обекти, които се намират в по-външните региони на Млечния път — неговия „ореол“ — и които може да са се образували много рано в 13-милиардната история на галактиката. Мартин описва подзвездните обекти като липсващото звено между планетите и звездите.

„Няма да разполагаме с пълна картина на образуването на звездите и планетите, докато не разберем какво има между тях“, казва той.

„Евклид“ може дори да е в състояние да открие планети с по-малка маса от Сатурн, които обикалят в орбита на тези подзвездни обекти — нещо, невиждано преди това — както и планети, носещи се свободно в космоса, вместо да са прихванати в капан от гравитацията на звезда или кафяво джудже.

Докато други свободно носещи се планети са намирани преди, „Евклид“ трябва да увеличи значително броя и разновидностите им.

Големите надежди

Основната мисия на „Евклид“ ще продължи шест години с възможност за удължаване на наблюденията в бъдеще. След като през юли 2023 г. бяха произведени няколко тестови изображения, вече започват пълноценните научни наблюдения.

„Очакваме повече съобщения за обществеността в близките месеци“, казва Хьокстра. „За реални научни резултати обаче ще трябва да изчакаме повече от година, тъй като все още се намираме в ранните етапи.“

Основната маса от данни от проучването на галактиката, предоставени от „Евклид“, ще бъдат оповестени в три големи партиди, като първата от тях ще бъде през 2026 г.

Подобно на Хьокстра, Мартин и много други хора очакват с нетърпение знанията за вселената, които могат да се получат от телескопа, а поне един предвижда голям брой изненади в процеса на работа.

„Трудно е да се очаква неочакваното, но опитът ми показва, че това се случва“, казва Мартин. „Оставаме отворени за новостите.“

Изследванията в тази статия са финансирани от ЕС чрез Европейския научноизследователски съвет (ЕНС). Възгледите на интервюираните лица не отразяват непременно позицията на Европейската комисия. Статията е публикувана за пръв път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.