Космический телескоп пытается разгадать загадки Вселенной
Исследователи из ЕС ожидают беспрецедентного понимания галактик в результате изучения загадочной энергетической силы. Новый мощный европейский космический телескоп приблизит астрономов, как никогда, к ответу на давний вопрос: будет ли расширяющаяся Вселенная делать это вечно? Телескоп под названием «Евклид» был запущен 1 июля 2023 года и наблюдает за темной вселенной со своей точки зрения в 1,5 миллионах километров от Земли. Глядя в ближнем инфракрасном и видимом свете, Евклид сделает снимки около 10 миллиардов галактик в своем стремлении понять как темную энергию, которая стимулирует расширение Вселенной, так и темную материю, на долю которой приходится три четверти всей материи во Вселенной. Темная энергия — это загадочная сила, которая, возможно, была движущей силой расширения Вселенной после Большого взрыва, произошедшего 13,8 миллиардов лет назад. Темная материя — это невидимая форма, замеченная по ее гравитационному воздействию на галактики, но никогда не обнаруженная напрямую. «На самом деле это два загадочных компонента в нашей Вселенной», — сказал профессор Хенк Хукстра, исследователь наблюдательной космологии из Лейденского университета в Нидерландах. «Мы понятия не имеем, что они собой представляют».
Из массы-энергии Вселенной 68% приходится на темную энергию, 27% — на темную материю и 5% — на обычную материю. Евклид, названный в честь греческого математика, жившего около 300 г. до н. э. и основавшего геометрию, предназначен для решения физической задачи: с беспрецедентной точностью понять структуру Вселенной, возникшую из темной материи и темной энергии с незапамятных времен. Мощь телескопа такова, что он раскроет и другие тайны Вселенной — от изучения планет, вращающихся вокруг далеких солнц, до открытия объектов меньше звезд, обнаруженных по всему Млечному Пути. «Мы собираемся использовать уникальные возможности Евклида», — сказал профессор Эдуардо Мартин, главный исследователь Института астрофизики Канарских островов в Испании. Хекстра возглавляет исследовательский проект, получивший финансирование ЕС, по использованию изображений, которые может предоставить только Евклид, чтобы пролить свет на темную вселенную. Пятилетний проект под названием «Наблюдательная космология с использованием больших изображений» или OCULIS начался в сентябре 2023 года. «По сути, мы создаем гигантскую карту распределения материи во Вселенной», — сказал Хукстра.
Евклид построит карту, измеряя искривление света вокруг галактик — процесс, называемый слабым гравитационным линзированием. Это позволяет измерить количество темной материи, окружающей галактики, и, как следствие, ее распространение по Вселенной. Результатом станет лучшее понимание связей между галактиками и темной материей, а также количества звезд и объема газа в каждой галактике. Более точное измерение темной энергии можно получить благодаря огромному объему Вселенной, которую будет наблюдать Евклид — столько же за два дня, сколько космический телескоп Хаббл за полные 30 лет своего пребывания в космосе. Измерение каждой галактики даст новую информацию о скорости расширения Вселенной, которая составляет примерно 70 километров в секунду, но, похоже, становится быстрее из-за темной энергии. По сути, Евклид рассматривает фундаментальный вопрос о том, почему расширение ускоряется, по мнению Хекстры. «Там должна быть новая физика», — сказал он. «Мы тестируем это на следующем уровне». «Евклид» — это полностью европейская миссия, стартовавшая в 2011 году. Первоначальный план Европейского космического агентства (ЕКА) заключался в запуске телескопа в 2022 году на российской ракете.
После российского вторжения на Украину в феврале 2022 года ЕКА разорвало связи с Россией, и телескоп был перенесен на ракету SpaceX Falcon 9. Евклид изучает Вселенную с помощью главного зеркала шириной 1,2 метра и широкого поля зрения. Эти размеры означают, что на каждом снимке телескоп покрывает площадь, в 2,5 раза превышающую размер полной Луны. Это полезно для изучения не только галактик, но и объектов гораздо меньшего размера — область интересов Мартина из Института астрофизики Канарских островов. Он возглавляет отдельный проект, финансируемый ЕС, по использованию Евклида для поиска объектов меньше звезд, скрывающихся в Млечном Пути. Известные как субзвездные объекты, они включают в себя такие тела, как коричневые карлики — несостоявшиеся звезды, которые так и не набрали достаточно массы, чтобы зажечь термоядерный синтез в своих ядрах, — и планеты-гиганты, во много раз превышающие массу Юпитера. Проект под названием SUBSTELLAR начался в январе 2023 года и продлится до конца 2027 года. «Euclid открывает новые горизонты в плане охвата большой территории и превосходного качества изображения», — сказал Мартин.
Телескопы, такие как Хаббл и космический телескоп Джеймса Уэбба, имеют гораздо более узкое окно обзора, чем Евклид. Благодаря более широкому окну Евклид сможет обнаружить огромное количество субзвездных объектов. По словам Мартина, проект предполагает создание 500 000 таких объектов в течение пяти лет — в 100 раз больше, чем наблюдалось раньше. К ним могут относиться первые субзвездные объекты, обнаруженные во внешних регионах Млечного Пути — его «гало» — и которые, возможно, сформировались очень рано в 13-миллиардной истории галактики. Мартин описал субзвездные объекты как недостающее звено между планетами и звездами. «У нас не будет полной картины звездообразования и формирования планет, пока мы не поймем, что находится между ними», — сказал он. Евклид, возможно, даже сможет обнаружить планеты размером до Сатурна, вращающиеся вокруг некоторых из этих субзвездных объектов (чего никогда раньше не наблюдалось), а также планеты, свободно плавающие в космосе, а не захваченные гравитацией звезды или коричневого карлика. Хотя и раньше были замечены другие свободно плавающие планеты, Евклид должен значительно увеличить количество и разнообразие обнаруженных планет.
Основная миссия Евклида продлится шесть лет с возможностью продления ее наблюдений в будущем. После того, как в июле 2023 года были опубликованы некоторые тестовые изображения с телескопа, сейчас начинаются полноценные научные наблюдения. «Мы ожидаем новых публичных релизов в ближайшие месяцы», — сказал Хукстра. «Но для получения реальных научных результатов нам придется подождать больше года, потому что мы все еще находимся на ранней стадии». Основная часть данных обзора галактик Евклида будет опубликована тремя большими пакетами, первый из которых состоится в 2026 году. Поскольку Хукстра, Мартин и многие другие люди с нетерпением ждут знаний о Вселенной, которые можно будет получить с помощью телескопа, по крайней мере, можно ожидать множества сюрпризов на этом пути. «Трудно ожидать неожиданного, но мой опыт показывает, что такое случается», — сказал Мартин. «Мы будем держать наши умы открытыми».
