Tikėtina, kad galingas naujasis Europos kosminis teleskopas padės astronomams labiau nei kada nors anksčiau priartėti prie atsakymo į seniai keliamą klausimą: ar visatos plėtimasis vyks amžinai?
2023 m. liepos 1 d. paleistas teleskopas, pavadintas „Euclid“, stebi tamsiąją visatą iš savo stebėjimo taško, esančio už 1,5 mln. kilometrų nuo Žemės. „Euclid“ nufotografuos apie 10 mlrd. galaktikų artimos infraraudonosios ir regimosios šviesos spektre ir leis daugiau sužinoti tiek apie tamsiąją energiją – visatos plėtimosi variklį, tiek apie tamsiąją medžiagą, kuri sudaro tris ketvirtadalius visatos medžiagos.
Paslaptingasis duetas
Tamsioji energija – tai paslaptinga jėga, kuri galėjo paskatinti visatos plėtimąsi po Didžiojo sprogimo prieš 13,8 mlrd. metų. Tamsioji medžiaga – tai nematoma medžiagos forma, pastebėta pagal gravitacinį poveikį galaktikoms, tačiau niekada nebuvo tiesiogiai aptikta.
„Tai išties yra du paslaptingi mūsų visatos komponentai, – sako Leideno universiteto Nyderlanduose tiriamosios kosmologijos mokslininkas profesorius Henkas Hoekstra. – Mes neįsivaizduojame, kas tai yra.“
Visatos masės energijos santykis yra toks: 68 proc. sudaro tamsioji energija, 27 proc. – tamsioji medžiaga ir 5 proc. – paprastoji medžiaga.
Teleskopas „Euclid“, pavadintas graikų matematiko, gyvenusio apie 300 m. pr. Kr. ir sukūrusio geometrijos mokslą, vardu, skirtas fizikos iššūkiui įveikti – precedento neturinčiu tikslumu nustatyti iš tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos sudarytą visatos struktūrą nuo visatos gimimo laikų.
Teleskopas yra tokios galios, kad juo bus galima atskleisti ir daug kitų visatos paslapčių – nuo planetų, skriejančių aplink tolimas saules, tyrimo iki objektų, mažesnių už žvaigždes, atradimo visame Paukščių Take.
„Pasinaudosime unikaliomis „Euclid“ galimybėmis“, – pabrėžia Kanarų salų astrofizikos instituto Ispanijoje vyresnysis mokslo darbuotojas profesorius Eduardo Martinas.
Pagrindinis žemėlapis
H. Hoekstra vadovauja ES lėšomis finansuojamam mokslinių tyrimų projektui, kuriuo siekiama daugiau sužinoti apie tamsiąją visatą naudojant vaizdus, kuriuos gali pateikti tik „Euclid“. Penkerius metus trunkantis projektas, pavadintas „Tiriamoji kosmologija, paremta didelių vaizdų rinkinių analize“, arba OCULIS, buvo pradėtas vykdyti 2023 m. rugsėjį.
„Iš esmės kuriame milžinišką medžiagos pasiskirstymo visatoje žemėlapį“, – sako H. Hoekstra.
Teleskopas „Euclid“ kurs žemėlapį matuodamas šviesos difrakciją aplink galaktikas; šis procesas vadinamas silpnu gravitacinio lęšio efektu. Taip bus galima išmatuoti galaktikas supančios tamsiosios medžiagos kiekį, taigi ir jos pasiskirstymą visatoje.
Gauti rezultatai padės geriau suprasti galaktikų ir tamsiosios medžiagos ryšius, taip pat nustatyti žvaigždžių skaičių ir dujų tūrį kiekvienoje galaktikoje.
Dėl didžiulio visatos tūrio, kurį stebės „Euclid“, bus galima gauti tikslesnę tamsiosios energijos matavimų vertę, t. y. per dvi dienas bus gauta tiek duomenų, kiek kosminiam teleskopui „Hubble“ pavyko gauti per visus 30 buvimo kosmose metų.
Išmatavus kiekvieną galaktiką bus gauta naujos informacijos apie visatos plėtimosi greitį, kuris dabar yra apie 70 kilometrų per sekundę, bet, atrodo, dėl tamsiosios energijos didėja.
Pasak H. Hoekstros, „Euclid“ iš esmės ir naudojamas, kad būtų atsakyta į pagrindinį klausimą, kodėl plėtimasis spartėja.
„Turi veikti nauji fizikos dėsningumai, – sako jis. – Mes bandome tai kitu lygiu.“
Platesnis regos laukas
„Euclid“ – tai visiškai europinė misija, pradėta 2011 m. Pagal pirminį Europos kosmoso agentūros (ESA) planą 2022 m. buvo numatyta iškelti teleskopą į orbitą rusiška raketa.
Po Rusijos invazijos į Ukrainą 2022 m. vasarį ESA nutraukė ryšius su Rusija ir teleskopas buvo perkeltas į „SpaceX“ raketą „Falcon 9“.
„Euclid“ visatos tyrimus užtikrina 1,2 metro skersmens pagrindinis veidrodis ir platus regėjimo laukas. Dėl tokių matmenų kiekvienoje padarytoje nuotraukoje teleskopas apima 2,5 karto didesnį plotą nei Mėnulio pilnatis.
Tai naudinga tiriant ne tik galaktikas, bet ir daug mažesnius objektus, kurie yra E. Martino, dirbančio Kanarų salų astrofizikos institute, dominanti sritis.
Jis vadovauja atskiram ES lėšomis finansuojamam projektui, kurį įgyvendinant „Euclid“ naudojamas mažesnių už žvaigždes objektų paieškai Paukščių Take. Vadinamieji subžvaigždiniai objektai apima tokius dangaus kūnus kaip rudosios nykštukės – neįsižiebusios žvaigždės, kurios neįgavo pakankamai masės, kad jų gelmėse prasidėtų termobranduolinė reakcija, – ir milžiniškos planetos, daug kartų viršijančios Jupiterio masę.
Peržengiame ribas
Projektas, pavadintas SUBSTELLAR, buvo pradėtas vykdyti 2023 m. sausį ir bus įgyvendinamas iki 2027 m. pabaigos.
„Euclid“ leidžia žengti naujus žingsnius didelio ploto aprėpties ir puikios vaizdo kokybės požiūriu“, – tvirtina E. Martinas.
Teleskopai, tokie kaip kosminis teleskopas „Hubble“ ir kosminis teleskopas „James Webb“, turi daug siauresnį regėjimo lauką nei „Euclid“. Dėl platesnio regėjimo lauko „Euclid“ turėtų suteikti galimybę atrasti daugybę subžvaigždinių objektų.
Pasak E. Martino, projekto prognozė – 500 000 tokių objektų per penkerius metus, t. y. 100 kartų daugiau, nei buvo pamatyta anksčiau.
Tai gali būti pirmieji subžvaigždiniai objektai, esantys išoriniuose Paukščių Tako kraštuose – jo „aureolėje“, – kurie galėjo susiformuoti ankstyvaisiais 13 mlrd. metų trunkančios galaktikos istorijos etapais. E. Martinas subžvaigždinius objektus apibūdina kaip trūkstamą grandį tarp planetų ir žvaigždžių.
„Neturėsime išsamaus žvaigždžių ir planetų formavimosi vaizdo, kol nesuprasime, kokia yra tarpinė grandis“, – sako jis.
„Euclid“ netgi galėtų aptikti tokias masyvias planetas kaip Saturnas, skriejančias aplink kai kuriuos iš šių subžvaigždinių objektų (to dar niekas nebuvo atradęs), taip pat planetas, laisvai „plūduriuojančias“ erdvėje, t. y. nepatekusias į žvaigždės arba rudosios nykštukės gravitacijos lauką.
Nors jau buvo pastebėtos kai kurios laisvai erdvėje „plūduriuojančios“ planetos, tikimasi, kad „Euclid“ leis reikšmingai padidinti atrastų planetų skaičių ir įvairovę.
Dideli lūkesčiai
Pagrindinė „Euclid“ misija truks šešerius metus, o paskui stebėjimus bus galima pratęsti. Po to, kai 2023 m. liepą buvo paskelbti keli bandomieji teleskopo vaizdai, pradedami visapusiški moksliniai stebėjimai.
„Tikimės pateikti daugiau viešų pranešimų ateinančiais mėnesiais, – sako H. Hoekstra. – Vis dėlto realių mokslo rezultatų turėsime palaukti daugiau nei metus, nes tyrimas tebėra ankstyvajame etape.“
Didžioji „Euclid“ galaktikų tyrimų duomenų dalis bus paskelbta trimis didelėmis partijomis; pirmoji dalis bus paskelbta 2026 m.
Nors H. Hoekstra, E. Martinas ir daugelis kitų nekantriai laukia, kokių įžvalgų visatos klausimu suteiks teleskopu gauti duomenys, bent vienas iš jų tikisi daugybės staigmenų.
„Sunku tikėtis netikėtumų, bet mano patirtis rodo, kad taip nutinka, – sakė E. Martin. – Esame atviri naujiems dalykams“.
Šis straipsnis pirmą kartą buvo publikuotas ES mokslinių tyrimų ir inovacijų žurnale „Horizon“.
