Sådan vil ESA-teleskopet Euclid visualisere mørkt stof

Hvordan kan du se noget, der er usynligt? Godt, med Euklid! Dette fremtidige ESA-teleskop vil kortlægge universets struktur og lære os mere om usynlig mørkt stof og mørk energi. Den videnskabelige koordinator for Euclid og Leiden-astronomen Henk Hoekstra forklarer, hvordan dette fungerer.

Hvorfor antager vi, at mørkt stof eksisterer, hvis vi aldrig har set det eller endda målt det? "Vi kredser om midten af ​​vores galakse med 220 kilometer i sekundet, " siger Hoeksta. En bizar fart, hvilket vi heldigvis ikke bemærker. Stadig, noget mærkeligt foregår. "Baseret på antallet af stjerner i vores Mælkevej, stjernerne ved kanten af ​​Mælkevejen burde have en meget lavere hastighed, men de bevæger sig lige så hurtigt som Solen. Alligevel bliver disse stjerner ikke slynget ind i universet. Noget holder dem sammen."

I bund og grund, der kan kun være én forklaring:der er stof, du ikke kan se, men det udøver ekstra tyngdekraft. Med andre ord, mørkt stof. Hoekstra:"Eller teorien om tyngdekraften er forkert. Men alt tyder på, at mørkt stof eksisterer, men vi ved stadig ikke, hvad det er. Hvad vi ved er, at det ikke absorberer lys eller interagerer med det. Så det gør det bogstaveligt talt usynligt." Hvis dette ikke er mærkeligt nok:siden 1998 ved vi, at universets udvidelse accelererer. For at forklare dette er der brug for en endnu mere mystisk ingrediens:'mørk energi, " et udtryk, der simpelthen omfatter alle ideer, som astronomer og fysikere i øjeblikket studerer.

Hvorfor har vi brug for Euklid

"Vi har nogle videnshuller, og disse kan ikke udfyldes med eksisterende observationer. Så den eneste vej frem er at tage bedre målinger." Og det er her Euklid kommer ind, satellitten, som Den Europæiske Rumorganisation vil opsende i 2022. I en afstand af 1,5 millioner kilometer fra Jorden, Euklid vil kortlægge en tredjedel af himlen. Så vi kan besvare spørgsmål som:Hvordan er strukturen i universet dannet under påvirkning af tyngdekraften? Hvordan er alt stof fordelt i universet? Og hvordan ændrer det sig over tid? Hoekstra:"Et svar på det sidste spørgsmål gør os i stand til at teste modeller for mørk energi direkte."

Hoekstra er en af ​​de fire kosmologiske koordinatorer og leder af projektet 'svag linsing'. "Vi skal undersøge, hvordan mørkt stof forvrænger rummet, " han siger.

Universet er som en vandtank fyldt med mønter

Men hvordan virker dette? Hoekstra fortsætter:"Masse forvrænger rum og tid omkring det. Du kan måle den effekt, selvom du ikke kan se det mørke stof." Han bruger en oplysende analogi til at forklare dette. "Sammenlign det med en tank med vand, der indeholder en mønt. Hvis du trykker på den beholder, vandet kruser og deformerer mønten. Tag flere billeder af mønten, og du vil se, at mønten ser anderledes ud hver gang."

"Antag, at du har mange mønter, og du ved, at de oprindeligt er runde, så kan du regne ud, hvor meget vand der er i den tank." Med mørkt stof er det præcis det samme, siger kosmologen. "Mørkt stof får galakser i baggrunden til at deformeres lidt. Vi kan måle den forvrængning med Euklid ved at tage et gennemsnit af formerne på så mange galakser som muligt."

Jo flere jo bedre

Jo mere mørkt stof der er et sted, jo mere forvrænges de underliggende galakser. På denne måde du kan bestemme fordelingen af ​​mørkt stof i universet. Men først, der skal mange skarpe billeder til. "Jo flere galakser vi måler, jo mere pålidelige resultater. Så vi taler om big data, ikke kun på grund af mængden af ​​data, men også på grund af dens kompleksitet. Antallet af billeder, som Hubble-teleskopet har indsamlet i løbet af de sidste 25 år, er det, vi vil indsamle om et par dage."

Det største astronomi-samarbejde nogensinde

Ikke alene er mængden af ​​data stor, det samme er antallet af astronomer, der deltager i Euklid. "Det er det største astronomihold i verden, med omkring 1500 videnskabsmænd, ingeniører, og teknikere. Imidlertid, antallet af astronomer, der nyder godt af Euklid, vil være meget større:dataene vil i sidste ende blive offentliggjort offentligt og kan bruges til forskellige formål, såsom at opdage de fjerneste kvasarer og identificere massive stjerner i nærliggende galakser. "I begyndelsen, dataene vil kun være tilgængelige for Euclid-deltagere, herefter vil vi have såkaldte dataudgivelser. For at give folk en idé om de første resultater, vi vil også have nogle hurtige udgivelser. Og de vil være fænomenale, " siger Hoekstra.