El Telescopio Espacial Euclid medirá la materia oscura

Es una idea emocionante y aleccionadora: todos los planetas, galaxias, luz de las estrellas y otras cosas que podemos ver y medir en el universo representan solo el 5% de la existencia. El 95 por ciento restante es devorado por dos misterios, la materia oscura y la energía oscura, conocidos por los científicos a través de aparentes efectos gravitacionales en el universo circundante, pero no detectables directamente.

Sin embargo, el 1 de julio, una nueva misión de la ESA podría ayudar a los científicos a acercarse un poco más a la resolución de los misterios gemelos de la materia oscura y la energía oscura. El Telescopio Espacial Euclid despegará de la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral a más tardar a las 11:11 a.m. EST sobre un cohete SpaceX Falcon 9. NASA La retransmisión en directo del lanzamiento será en directo Comienza a las 10:30 am

Después de la explosión, Euclid tardará unos 30 días en alcanzar su órbita operativa alrededor del Punto 2 de Lagrange (L2), la región a un millón de millas más allá del sistema solar exterior donde Euclid puede mantener una posición geoestacionaria. El telescopio espacial James Webb también está en órbita L2.

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Una vez que el sitio esté en funcionamiento, Euclid comenzará lo que se espera que sea una misión de seis años en la que inspeccionará alrededor de un tercio del cielo, midiendo cuidadosamente las formas de miles de millones de galaxias a una distancia de hasta 10 mil millones de años luz. para echar un vistazo En las formas en que la materia oscura y la energía oscura dan forma a nuestro universo. Para hacerlo, el telescopio espacial de aproximadamente 4600 libras utilizará su espejo primario de cuatro pies de ancho para recolectar y enfocar longitudes de onda visibles e infrarrojas cercanas. dos instrumentos: cámara de instrumento visible, espectrómetro de infrarrojo cercano y fotómetro, que ayuda a determinar la distancia a galaxias distantes.

«Es asombroso cuántas galaxias sería capaz de medir Euclid y con qué increíble precisión, es simplemente una hazaña asombrosa de la ingeniería humana», dice. lindley winslow, profesor de física en el MIT que diseña experimentos para detectar materia oscura, pero no está directamente involucrado en la misión. «El hecho de que podamos hacer una cosmología precisa es maravilloso».

Los cosmólogos, que estudian la formación, evolución y estructura del universo, tienen un modelo llamado lambda-CDM Podría explicar por qué todo es como es. Lambda es la constante cosmológica, la fuerza que parece estar causando que el universo se expanda a un ritmo acelerado y que los científicos creen que está relacionada o se manifiesta en la misteriosa energía oscura. CDM significa «materia oscura fría», que interactúa gravitacionalmente con la materia ordinaria.

«Esos son los dos ingredientes que han dado forma al universo tal como lo conocemos», dice Winslow. La energía oscura está impulsando la expansión global, mientras que «en el universo primitivo, fue esta materia oscura fría la que atrajo la materia visible que ahora vemos hacia pozos potenciales, lo que luego le permitió contraerse y formar galaxias y estrellas».

Lambda-CDM nos ayuda a explicar gran parte del universo a gran escala, según Winslow, pero no nos dice cómo encaja en la teoría que explica cómo funciona el universo pequeño: el modelo estándar de la física de partículas. Euclid es uno de los muchos intentos de aprender más sobre cómo se expande el universo y la revisión de Lambda-CDM.

«Lo que realmente nos interesa es, ¿podemos obtener más datos? ¿Y podemos encontrar algo que Lambda-CDM no explique?», dice Winslow.

Para buscar esta evidencia, Euclid usaría una técnica conocida como lente gravitacional débil. Esto es similar a la técnica de lente gravitacional fuerte utilizada por JWST, en la que la masa de un objeto en primer plano, como un cúmulo de galaxias, se utiliza para ampliar un objeto de fondo distante. Con lentes gravitacionales débiles, los científicos están más interesados ​​en la forma en que la masa de los objetos en primer plano, incluida la materia oscura, crea distorsiones sutiles en la forma de las galaxias de fondo.

«Usamos galaxias de fondo para tener una idea de la distribución de la materia en primer plano», dice. Raquel Mandelbaum, astrofísico de la Universidad Carnegie Mellon y miembro de la parte estadounidense de Euclid Union, un grupo de miles de científicos e ingenieros. «Estamos tratando de medir los efectos de todo el material entre la forma distintiva de la galaxia y nosotros».

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Mandelbaum agrega que este método también les ayudará a medir los efectos de la energía oscura. Dado que la materia oscura ayuda a que todas las demás formas de materia se agrupen, y la energía oscura contrarresta los efectos gravitatorios de la materia oscura, al medir la cantidad de materia que se acumula a una distancia de la Tierra, «podemos medir cómo está creciendo la estructura cósmica y usar eso para inferir los efectos de la energía oscura en la distribución de la materia». «.

Euclid no solo será el primer gran estudio del cielo en utilizar lentes gravitacionales débiles para buscar signos de materia oscura y energía oscura, sino que será el primero de su tipo en órbita. Estudios previos, como exploración de energía oscura, Todos se realizaron con telescopios terrestres, según Mandelbaum. Estar en el espacio te proporciona una ventaja diferente.

«Los telescopios en la Tierra ven imágenes mucho más borrosas que los telescopios espaciales debido a los efectos de la atmósfera de la Tierra sobre la luz de las estrellas y galaxias distantes», dice Mandelbaum. La vista de segundo nivel de Euclid será útil cuando «tratemos de medir estas distorsiones muy sutiles en las formas de las galaxias».

Pero la materia oscura y la energía oscura son acertijos difíciles de descifrar, y los científicos pueden usar todos los datos que pueden recopilar, desde tantos ángulos como sea posible. El Observatorio Vera Rubin, actualmente en construcción en Chile y cuya inauguración está prevista para 2025, albergará el Observatorio de la Tierra. Estudio del patrimonio del espacio y el tiempo y escaneó todo el cielo del sur en busca de fenómenos similares. Dichos esfuerzos ayudarán a garantizar que los hallazgos de Euclid se reproduzcan y viceversa, según Mandelbaum.

«Euclid es un experimento realmente interesante dentro de un panorama más amplio de encuestas que intentan la misma ciencia, pero con conjuntos de datos muy diferentes que tienen suposiciones diferentes», dice. «Harán cosas algo diferentes que nos darán un enfoque diferente para responder estas preguntas realmente fundamentales sobre el universo».