За межами Землі зараз працює більше двох десятків різних астрономічних інструментів, у тому числі й знамениті «Габбл» та «Джеймс Вебб», однак невдовзі це обширне сімейство поповниться: 1 липня у космос відправився європейський телескоп «Евклід». Видання Nauka.ua розповідає, що саме буде робити за мільйони кілометрів від Землі ця космічна обсерваторія, та що вчені розраховують дізнатися про Всесвіт з її допомогою.
Навіщо потрібен «Евклід»?
Телескоп досліджуватиме з космосу склад і еволюцію темної матерії та енергії у Всесвіті
Зорі, галактики, планети та все, що ми можемо бачити, власне звичайна матерія, складає всього п’ять відсотків маси Всесвіту. Темна матерія, на яку припадає 25 відсотків маси Всесвіту, не взаємодіє з електромагнітним випромінюванням — не поглинає, не відбиває та не випромінює світло в жодному з діапазонів. Тому ми не знаємо, з яких частинок вона складається, яку вони мають масу, а також як темна матерія розподілена в просторі між галактиками та всередині них.
Побачити темну матерію неможливо. Однак, вона бере участь у гравітаційній взаємодії, тобто впливає на рух і розподіл об’єктів у космосі. Аби помітити цей вплив, потрібно спостерігати Всесвіт у масштабах, значно більших за розміри Сонячної системи — — вивчати галактики і галактичні скупчення.
Перед «Евклідом» стоїть завдання отримати тривимірну мапу розподілу галактик на третині неба до відстані у 10 мільярдів світлових років. Завдяки такій мапі астрономи отримають можливість побачити, як темна матерія впливає на рух галактик зараз і у далекому минулому, скільки її міститься між галактиками, а також як її кількість змінювалась протягом історії Всесвіту.
Очікуваний вплив темної матерії і енергії на розширення Всесвіту. C. BICKEL/SCIENCE
Окрім темної матерії, за допомогою «Евкліда» астрофізики сподіваються також дослідити і темну енергію, яка складає близько 70 відсотків маси Всесвіту. Нею космологи пояснюють прискорення, з яким розширюється Всесвіт.
На мою думку, запуск космічного телескопа «Евклід» є одним з найамбітніших проєктів у галузі сучасної космології за останні часи.«Евклід» виміряє структуру та розширення Всесвіту на різних часових проміжках і різних масштабах, що дасть можливість встановити значення параметра, який відображає вплив темної енергії, що прискорює розширення Всесвіту. На сьогодні вважається, що цей параметр дорівнює -1. За допомогою данних отриманих з телескопа вчені сподіваються виявити відхилення від значення -1 або зміну цього параметра з часом, що вкаже на густину темної енергії, яка зростає або зменшується з часом, а також і на те, чи продовжить Всесвіт розширюватися ще швидше, або ж, зрештою, почне стискатися.
Докторка фізико-математичних наук, старша наукова співробітниця ГАО НАН України Олександра Іванова
Як телескоп побачить темну матерію і енергію?
«Евклід» виміряє швидкість руху галактик та знайде гравітаційні лінзи
Головне дзеркало «Евкліда» має діаметр в 1,2 метра, що значно менше за дзеркала, які мають такі телескопи як «Габбл» і «Джеймс Вебб». Однак, поле зору «Евкліда» ширше. Він охоплює на небі ділянку, порівнювану з площею Місяця, 0,5 квадратного градуса, і це у 100 разів більше, ніж бачить телескоп «Джеймс Вебб».
Головне дзеркало телескопа (зліва), платформа з головними науковими приладами VIS та NISP
Широкі огляди неба «Евклідом» збиратимуть для астрономів безпрецедентно великий обсяг даних: понад петабіт даних на рік, що приблизно у чотири рази більше, ніж збирає телескоп «Гая», який у ході широких оглядів неба вивчає положення і швидкість руху зір.
Зібране дзеркалом світло потрапляє до двох основних інструментів телескопа: фотометра VIS (visible instrument), який працює у видимій області спектра, а також спектрофотометра NISP (near-infrared spectrometer and photometer), що спостерігає у ближньому інфракрасному діапазоні.
VIS працює на довжинах хвиль у 550-900 нанометрів та дасть можливість отримати чіткі зображення галактик, визначити їхню форму, а також виявляти ефекти слабкого гравітаційного лінзування — спотворення світла галактик через гравітаційний вплив маси темної матерії.
На відміну від сильного гравітаційного лінзування, де масивна лінза, яка викривлює світло, знаходиться близько до джерела випромінювання, при слабкому гравітаційному лінзуванні об’єкт, який виступає лінзою, не є надто масивним і не створює сильного спотворення. Однак, якщо спостерігати його на мільярдах галактик, як це зробить «Евклід», можна побачити навіть незначні (у кілька відсотків) зміни, які вкажуть на гравітаційний вплив темної матерії.
Слабке гравітаційне лінзування, яке допоможе виявити вплив темної матерії. C. BICKEL/SCIENCE
Також на борту телескопа розмістили інструмент NISP, що включає спектрометр і фотометр для роботи у ближньому інфрачервоному діапазоні (довжина хвилі 900-2 000 нанометрів). NISP дає «Евкліду» найширше поле зору з існуючих телескопів в інфрачервоному діапазоні та дає можливість бачити спектри далеких галактик, уточнювати значення їхнього червоного зсуву, яскравість, а також швидкість, з якою вони віддаляються від нас з розширенням Всесвіту. «Евклід» побачить, якою була швидкість розширення Всесвіту вже через 3,8 мільярда років після Великого вибуху, повертаючись у часі далі, ніж можуть досягти наземні телескопи.
Що ще побачить «Евклід»?
Квазари, екзопланети та коричневих карликів
Основною місією «Евкліда» є побудова тривимірної мапи Всесвіту, тому за час роботи телескопа астрономи очікують побачити близько 10 мільярдів космічних об’єктів. Однак, окрім розподілу темної матерії та енергії, вчені зможуть вивчати й інші, не менш цікаві астрофізичні явища.
«Евклід» отримає спектри тисяч далеких квазарів, а також зоряного населення нашої Галактики і сусідніх у межах 5 мегапарсеків від нас. Крім того, завдяки тому, що «Евклід» працює в інфрачервоному діапазоні, він зможе побачити і маломасивні холодні зорі, і тьмяних коричневих карликів та навіть екзопланети й мікрометеороїди.
Як полетить телескоп?
На ракеті-носії Falcon 9 компанії SpaceX
У космос «Евклід» рушить 1 липня о 18:11 за київським часом з мису Канаверал у Флориді, США. Телескоп доставить ракета-носій компанії SpaceX Falcon 9, перший ступінь якої, B1080, вже літав у космос, доставляючи туристів на МКС у рамках місії Axiom Ax-2 у травні 2023. Приблизно через 40 хвилин після запуску «Евклід» відділиться від ракети, а вже через п’ять хвилин на Землі від нього чекатимуть перший сигнал.
Наступний місяць телескоп летітиме у другу точку Лагранжа системи Сонце — Земля. Дорогою телескоп охолоне до робочої температури, а по прибуттю на цільову орбіту розпочне розгортання наукових інструментів. За повноцінну дослідницьку роботу «Евклід» візьметься через три місяці після запуску.
Де подивитися на запуск?
Пряму трансляцію проводила Європейська космічна агенція на своєму ютуб-каналі:
а також SpaceX:
Де буде працювати телескоп?
У другій точці Лагранжа системи Сонце — Земля
Друга точка Лагранжа системи Сонце — Земля знаходиться на відстані 1,5 мільйона кілометрів від нас. Навколо неї працювали телескопи «Планк» і «Гершель», а зараз продовжують роботу «Гая» і «Джеймс Вебб». Ця точка зручна для космічних обсерваторій, адже дає можливість підтримувати робочу орбіту з мінімальними витратами палива.
Етапи підготовки до роботи телескопа після запуску. ESA
Крім того, оскільки Сонце і Земля і Місяць у другій точці Лагранжа завжди знаходяться по один бік, створюючи тінь, обсерваторії можуть підтримувати низьку температуру для роботи наукових інструментів. Також завдяки тому, що «Евклід» працюватиме за межами земної атмосфери, отримані телескопом світлини будуть щонайменше в чотири рази чіткішими за ті, що можуть зробити наземні обсерваторії.
Скільки часу пропрацює «Евклід»?
Не менше шести років
Оскільки для наведення на цілі для спостереження телескоп також використовує азот, який живить шість мікрорушійних двигунів, термін його служби обмежений запасами газу. На борту «Евкліда» під високим тиском зберігається 70 кілограмів азоту у чотирьох резервуарах, які забезпечать телескопу термін служби у щонайменше шість років. Для підтримки орієнтації телескоп використовує гіроскопи.
Читайте також:
Астрономія і дослідження космосу у 2022 році
