Eiklīds: ESA meklējumi par tumšo matēriju un tumšo enerģiju
Mākslinieka koncepcija par EKA Eiklida misiju, lai pētītu tumšo enerģiju. (Attēla kredīts: ESA / C. Carreau)
Eiklīds ir Eiropas Kosmosa aģentūras (EKA) plānotā misija, kuras mērķis ir uzzināt vairāk par Visuma daļām, kuras mēs neredzam - īpaši par tumšo enerģiju un tumšo matēriju. Tie veido lielāko daļu Visuma, un tiek uzskatīts, ka tie ir atbildīgi par tādām parādībām kā Visuma izplešanās paātrinājums.
Paredzams, ka Eiklīds tiks palaists 2020. gadā no Francijas Gviānas uz Soyuz raķetes. Paies aptuveni 30 dienas, līdz Eiklīds nonāks plānotajā vietā kosmosā, kas ir gravitācijas ziņā stabila teritorija, kas pazīstama kā Lagrange punkts . Eiklīds atradīsies L2, kas atrodas aptuveni miljons jūdžu attālumā no Zemes, bet pretējā virzienā pret sauli. Šajā brīdī, kad Zeme, Mēness un saule ir aiz muguras, kosmosa kuģis var iegūt skaidru priekšstatu par dziļo kosmosu.
Kā aptaujas misija Eiklīds ilgs vismaz sešus gadus un aptvers 15 000 kvadrātgrādu debesis. Tās apsekošana tiks veikta kā “solis un skatiens”, kas nozīmē, ka teleskops vienlaikus mērīs aptuveni 0,5 kvadrātgrādu debesis.
Eiklida vēsture
EKA pašreizējās vadlīnijas zinātniskajām misijām sauc par Kosmisko vīziju 2015. – 2025. 2007. gadā, ierosinot Cosmic Vision, tika izveidotas divas misijas, kuru mērķis bija izmērīt Visuma ģeometriju: DUNE (Dark Universe Explorer) un SPACE (Spectroscopic All Sky Cosmic Explorer).
DUNE bija paredzēts attēlot debesis plašā laukā, lai pētītu tumšo enerģiju un tumšo matēriju. Tās primārā mērīšanas metode bija vāja gravitācijas lēcas. SPACE bija paredzēts izveidot trīsdimensiju Visuma evolūcijas karti 10 miljardu gadu laikā, izmērot galaktiku sarkanās nobīdes un spektri. Tomēr pēc novērtējuma pētījuma šīs divas misijas tika apvienotas vienā: Eiklīds. (Eiklīds ir nosaukts sengrieķu matemātiķa vārdā, kuru dažreiz sauc par “ģeometrijas tēvu”.)
2011. gadā ESA starp vairākiem priekšlikumiem izvēlējās Solar Orbiter un Euclid par pirmajām divām vidējās vai M klases misijām. Paredzams, ka Solar Orbiter sāks darboties 2018. gadā, bet Euclid - 2019.
2013. gadā NASA parakstīja saprašanās memorandu ar ESA, lai nodrošinātu 20 detektorus Eiklida infrasarkanajam instrumentam. NASA arī izvirzīja 40 ASV zinātniekus, lai pievienotos Eiklida konsorcijam, kas būvē instrumentus un vēlāk analizēs misijas zinātniskos datus. Vēlāk tajā pašā gadā Itālijas Thales Alenia Space tika izvēlēts par misijas galveno darbuzņēmēju. Eiklīds savu provizorisko dizaina pārskatu izturēja 2015. gadā, un pirmās lidojuma aparatūras daļas - četri redzamā attēla uztvērēja detektori - tika piegādātas EKA 2017. gada sākumā.
Eiklida zinātne
Mēs varam redzēt tikai daļu no zināmā Visuma. Parastā viela veido apmēram 4 procentus, bet tumšā matērija veido 20 procentus, un tumšā enerģija veido 76 procentus. Izpratne par tumšo matēriju un tumšo enerģiju varētu palīdzēt zinātniekiem, piemēram, uzzināt, kāpēc Visums paātrinās tā paplašināšanā. Nav pietiekami daudz “parastās” lietas, lai ņemtu vērā paātrinājumu.
Eiklīds parādīs zinātniekiem vairāk par tumšo Visumu. Viens no tā galvenajiem mērķiem ir precīzi kartēt galaktikas sarkano nobīdi, kas rodas, kad objekts attālinās no mums. Gaisma pāriet uz spektra sarkano galu, jo tā viļņu garums kļūst garāks. Ja objekts virzās tuvāk, gaisma pārvietojas uz spektra zilo galu, jo tā viļņu garumi kļūst īsāki. Misija atskatīsies uz galaktikām, kas izveidojās jau pirms 10 miljardiem gadu jeb vairāk nekā divas reizes vairāk nekā Saules sistēmas vecums. Savā galvenajā misijā Eiklīds kartēs aptuveni pusi no debesīm.
Konkrēti, Eiklida detektoriem vajadzētu veikt divas kosmoloģiskās zondes. Viens pētīs vāju gravitācijas lēcu, kas notiek, kad vielas koncentrācija izliek gaismu, kad gaisma virzās uz novērotāju. Tas ir noderīgi, lai kartētu tumšo vielu un secinātu tumšo enerģiju, izmērot, cik daudz galaktikas attēlu izkropļo lēcas.
Otra zonde pētīs barionālās akustiskās svārstības (BAO), kas mēra galaktiku telpisko sadalījumu. Ļoti lielos mērogos galaktikas mēdz sagrupēties pa pāriem, kurus atdala standarta attālums. Šis standarta attālums ir saistīts ar skaņas viļņiem plazmā (pārpildīta gāze) no agrīnā Visuma; skaņas viļņi, kas izplatījās no tumšās vielas halos, vai tumšās vielas koncentrācijas, kas saistītas ar galaktikām. Tāpēc BAO ir standarta lineāls, lai izmērītu Visuma izplešanos, kā arī tumšo enerģiju.
Eiklida zinātni veiks divi instrumenti, un kosmosa kuģa 1,2 metru spogulis sadalīs gaismu starp tiem analīzei:
- Redzams attēlveidotājs (VIS), kas ietvers desmitiem ar uzlādi savienotu ierīču, kas īpaši izstrādātas misijai. ESA teica, ka ierīcēs būs augsta efektivitāte, zems trokšņa līmenis un laba radiācijas tolerance. VIS redzamības lauks ir nedaudz lielāks nekā laukums, ko klāj divi pilni pavadoņi.
- Tuvo infrasarkano staru spektrometrs un fotometrs (NISP), kas nodrošinās galaktiku gandrīz infrasarkano staru fotometriju. Mērķis ir apvienot NISP un VIS novērojumus, lai parādītu galaktikas sarkano nobīdi, ko novēroja Eiklīds.
Eiklida vispārējie mērķi (EKA vārdiem sakot) ir šādi:
- Izpētiet tumšās enerģijas īpašības, precīzi izmērot gan paātrinājumu, gan paātrinājuma izmaiņas dažādos Visuma vecumos;
- Pārbaudīt vispārējās relativitātes pamatotību kosmiskos mērogos;
- Izpētiet tumšās vielas dabu un īpašības, kartējot trīsdimensiju tumšās vielas sadalījumu Visumā;
- Pilnveidojiet sākotnējos apstākļus mūsu Visuma sākumā, kas iesāk mūsdienās redzamo kosmisko struktūru veidošanos.
Citas tumšās vielas misijas
Tumšā matērija joprojām ir salīdzinoši jauna zinātne, taču ir bijuši daži novērojumi no citām kosmosa misijām, lai palīdzētu Eiklida darbā.
Fermi gamma staru kosmosa teleskops tika palaists 2008. gadā. Viens no tās zinātniskajiem mērķiem ir aplūkot tumšo matēriju, īpaši zondējot tādas parādības kā pārmērīgs gamma starojums no Piena ceļa centra. 2014. gadā NASA paziņoja, ka šajā apgabalā novērotā pārmērīgā emisija 'atbilst dažām tumšās vielas formām'. 2017. gadā, novērojot tuvumā esošo Andromedas galaktiku, tika atklātas tās pašas parādības.
Citas kosmosa misijas ir ieskatījušās tumšajā matērijā, lai gan tās nebija to galvenajās misijās. Viens piemērs ir 2015. gada pētījums par 72 galaktiku kopu sadursmēm, kurā tika izmantoti dati no abām Habla kosmiskais teleskops un Čandras rentgena novērošanas centrs. Tajā laikā zinātnieki teica, ka pētījums palīdzēja noteikt ierobežojumus tumšās vielas būtībai. 'Astronomi var noteikt tumšās vielas izplatību, analizējot to, kā gravitācijas efekti palielina un izkropļo gaismu no attāliem avotiem, kas atrodas ārpus kopas,' preses relīzē teikts Hārvardas Universitātes Čandras rentgena novērošanas centra lapā.
Habls arī veica aptauju, kas palīdzēja noteikt tumšās vielas izplatību Visumā, NASA teikts 2007. gada preses relīzē .
ESA Gaia misija tika uzsākta 2013. gadā, lai izveidotu visprecīzāko zvaigžņu atrašanās vietu karti debesīs. Tiek uzskatīts, ka to kustību attēlošana atklās vairāk informācijas par tumšās vielas dabu un to, kā tā ietekmēja Visuma vēsturi.
Papildu resurss
