Lanzamiento del «Telescopio de Energía Oscura» europeo para explorar los mayores misterios de la cosmología

SpaceX lanzó el telescopio espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea de $ 1.5 mil millones el sábado, un esfuerzo ambicioso para descubrir la naturaleza de la materia oscura, la sustancia desconocida que impregna el universo, y la energía oscura, una misteriosa fuerza repulsiva. acelera la expansión del universo.

«Es muy difícil encontrar un gato negro en una habitación oscura, especialmente si no hay ningún gato», dijo Henk Hoekstra, astrónomo de la Universidad de Leiden y coordinador científico de Euclid. «Debido a que tenemos estas observaciones y no tenemos una buena teoría, es una situación pequeña.

«Hasta ahora, nadie ha encontrado una buena explicación para la materia oscura, la energía oscura y otros desafíos asociados con la física de partículas… El lanzamiento de Euclid realmente lleva la cosmología hacia el futuro. Es la primera sonda espacial diseñada. Estudia la energía oscura .»

En 1998, los astrónomos que cartografiaron la expansión del universo esperaban que se desacelerara debido a la atracción gravitatoria de todos sus componentes. Se sorprendieron al descubrir que hace 5 a 6 mil millones de años la expansión del espacio y todo lo que hay en él comenzó a acelerarse. La fuerza desconocida que impulsa esa aceleración se llama energía oscura.

Los investigadores han llegado a la conclusión de que la energía oscura representa casi las tres cuartas partes del presupuesto de energía en masa de todo el universo. La materia oscura constituye aproximadamente el 24 % del universo, mientras que los átomos y las moléculas que componen la materia ordinaria (la Tierra, los humanos, las estrellas y las galaxias) constituyen solo el 5 %.

Al estudiar los cambios sutiles en la luz de las galaxias durante los últimos 10 mil millones de años, las cámaras de Euclid ayudarán a los científicos a determinar si la energía oscura es consistente con una «constante cosmológica» invariable predicha por la teoría de la relatividad general de Einstein, o la comprensión actual de la gravedad. Necesita corrección.

Yannick Mellier, astrónomo del Institut d’Astrophysic de Paris y miembro del Euclid Science Group, lo expresó de esta manera:

«El propósito del trabajo de Euclid era dar respuestas a las siguientes preguntas: ¿Por qué se acelera la expansión del universo? ¿Cuál es la naturaleza de la energía oscura? ¿Es una constante cosmológica? ¿Es una energía oscura dinámica? ¿Varía con el tiempo? ¿O es una desviación de la relatividad general en escalas cosmológicas?

Al mismo tiempo, Euclides también investigaría la naturaleza de la materia oscura, un mar de partículas que no emiten ni reflejan luz ni otras radiaciones electromagnéticas, pero cuyos efectos gravitatorios son claramente visibles. La materia oscura evita que las galaxias se separen y afecta la forma en que se han formado y agrupado las galaxias en los 13.700 millones de años transcurridos desde el Big Bang.

«Euclid investigará la distribución de la materia oscura y la distribución de las galaxias desde el espacio con una precisión sin precedentes», dijo Mellier. «También reconstruirá la historia cósmica del universo durante los últimos 10 mil millones de años».

Lo hará tomando imágenes de más de 10 mil millones de galaxias. El software en el terreno ayudará a identificar los 1.500 millones de mejores candidatos y analizará cómo sus formas están distorsionadas por las nubes invisibles de materia oscura que llenan el espacio entre Euclid y sus objetivos.

Esta técnica, llamada lente gravitacional débil, es similar a la forma en que el agua distorsiona ligeramente las formas de las rocas esparcidas por el lecho de un río. Es un efecto cosmológicamente muy delicado, que requiere un software complejo, computadoras potentes y más de 1500 científicos en nueve centros de investigación para descifrarlo.

Pero si todo va bien, Euclid «observará directamente la distribución de la materia oscura utilizando un efecto de lente gravitacional que cambia las formas de las galaxias, que están sesgadas por toda la distribución de la materia oscura en una línea de visión determinada», dijo Mellier. «Eso proporcionaría una distribución de materia oscura que no se ve en el campo de Euclides».

Las observaciones espectroscópicas de decenas de miles de galaxias permitirán a los investigadores mapear distancias y velocidades en tres dimensiones, arrojando luz sobre si la energía oscura es realmente la fuerza detrás de la aceleración de la expansión cósmica o si se necesita alguna otra explicación.

La misión comenzó a las 11:12 a. m. EDT del sábado cuando un cohete SpaceX Falcon 9 despegó de la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral. Después de una ronda de pruebas informáticas a la velocidad del rayo, el cohete se elevó con 1,7 millones de libras de empuje, ofreciendo un espectacular espectáculo aéreo de fin de semana para los residentes y turistas de la zona.

Cuarenta y un minutos más tarde, después de que el motor secundario del cohete se disparara dos veces, Euclid fue liberado por sí solo. La primera etapa de Falcon 9 voló sola para aterrizar en una nave no tripulada en alta mar, como es habitual en SpaceX.

La Agencia Espacial Europea, o ESA, se estaba preparando para lanzar el telescopio espacial Euclid el año pasado en un cohete ruso Soyuz desde Gouro, Guayana Francesa. Pero a raíz de la invasión rusa de Ucrania, esos planes se desmoronaron, dejando a Euclid sin viajar al espacio.

En julio pasado, la ESA se acercó a SpaceX sobre el lanzamiento del cohete Falcon 9 de la compañía. A finales de año, los contratos estaban vigentes y el equipo pudo proceder al inicio del sábado.

«Se lo debemos a SpaceX. Sin ellos, nuestro satélite habría estado sentado en el suelo durante dos años».

Euclid está vinculado a una región del espacio a un millón de millas de la Tierra, el Punto 2 de Lagrange, donde la gravedad del Sol y la Tierra se combinan para crear una región tranquila donde las naves espaciales pueden maniobrar con un mínimo de maniobras y uso de combustible. El telescopio espacial James Webb también opera en el punto L2.

El Euclid de 4,760 libras está equipado con un espejo primario de 3 pies y 11 pulgadas de ancho y dos instrumentos: una cámara de luz visible de 600 megapíxeles y un espectrómetro de imágenes infrarrojas de 64 megapíxeles. El campo de visión del telescopio es dos veces más grande que la luna llena.

Después de un período de verificación y calibración de un mes, Euclid comenzará a mapear 15,000 grados cuadrados del cielo, incluido todo lo que se encuentra fuera de la Vía Láctea, tomando imágenes de galaxias y galaxias que se remontan a 10 mil millones de años.

Captura la transición del universo desde su colapso inicial impulsado por la gravedad hasta una era de expansión acelerada bajo el dominio creciente de la energía oscura.

«Euclid puede, simultáneamente, proporcionar un campo de visión mucho más amplio que el que puede acceder el Hubble», dijo René Lauriges, científico del proyecto Euclid en la ESA. «En toda su vida útil, el Hubble nunca cubrió más de 100 grados cuadrados, lo que Euclid podría hacer en 10 días. Entonces, para obtener nuestros 15 000 grados cuadrados, que es el tamaño de nuestro estudio del cielo, necesitamos muchas imágenes del cielo. «

Al generar una matriz de 100 gigabytes de datos comprimidos por día, a Euclid le llevaría seis años completar su mapa del cielo, o unos 70 000 terabytes difíciles de imaginar durante la tarea.

«Su iPhone probablemente tenga 10 megapíxeles», dijo Jason Rhodes, miembro del Consorcio de Investigadores Euclid. «Entonces, las (dos Euclid) cámaras juntas tienen 700 megapíxeles. Vamos a tomar fotografías cada pocos minutos durante seis años con esas cámaras».

«Pero en comparación con la cantidad de datos en el archivo al final del proceso, la cantidad de datos que enviamos es otro factor de mil».

Gaitee Hussain, jefe de la división científica de la ESA, dijo que las imágenes contendrán 8.000 millones de galaxias, «de las cuales se seleccionarán entre 1.500 y 2.000 millones de galaxias para el experimento de lente débil».

«Recopilaremos millones y millones de corrimientos al rojo espectroscópicos y miles de millones de corrimientos al rojo fotométricos para comprender las distancias de las galaxias que vemos», agregó.

«Esto significa tasas de datos masivas, no solo obteniendo datos sobre el terreno, sino también entregando datos… Es necesario para responder a la pregunta más fundamental de la física y la cosmología de hoy. ¿De qué está hecho realmente el universo?».