Peluncuran “Teleskop Energi Gelap” Eropa untuk menjelajahi misteri kosmologi terbesar

SpaceX meluncurkan Teleskop Luar Angkasa Euclid senilai $ 1,5 miliar dari Badan Antariksa Eropa pada hari Sabtu, sebuah upaya ambisius dan unik untuk menentukan sifat materi gelap – zat tak dikenal yang menyelimuti alam semesta – dan energi gelap, gaya tolak misterius yang mempercepat perluasan alam semesta .

“Sangat sulit menemukan kucing hitam di ruangan gelap, apalagi jika tidak ada kucing di sana,” kata Henk Hoekstra, astronom Universitas Leiden dan koordinator Euclid Science. “Ini adalah situasi yang kami alami sedikit karena kami memiliki pengamatan ini tetapi tidak memiliki teori yang bagus.

“Sejauh ini, belum ada yang memberikan penjelasan yang baik untuk materi gelap, energi gelap, dan tantangan lain yang juga terkait dengan fisika partikel…. Peluncuran Euclid benar-benar (membawa) kosmologi ke masa depan. Ini adalah misi luar angkasa pertama yang dirancang untuk mempelajari gelap energi.”

Pada tahun 1998, para astronom yang memetakan perluasan alam semesta diperkirakan akan mengalami perlambatan akibat tarikan gravitasi dari semua komponennya. Mereka terkagum-kagum saat mengetahui bahwa perluasan ruang angkasa dan segala isinya mulai meningkat pesat 5-6 miliar tahun yang lalu. Gaya tak dikenal yang mendorong percepatan ini disebut energi gelap.

Para peneliti sejak itu menyimpulkan bahwa energi gelap menyumbang hampir tiga perempat anggaran energi kolektif di seluruh alam semesta. Materi gelap membentuk sekitar 24% dari alam semesta, sementara atom dan molekul membentuk materi normal – Bumi, manusia, bintang, dan galaksi – hanya 5%.

Dengan mempelajari perubahan halus dalam cahaya dari galaksi selama 10 miliar tahun terakhir, kamera Euclid akan membantu para ilmuwan menemukan apakah energi gelap konsisten dengan “konstanta kosmologis” yang tidak berubah yang diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein atau apakah pemahaman gravitasi saat ini perlu ditangani. .ulasan.

Yannick Miller, seorang astronom di Institut Astrofisika di Paris dan anggota tim sains Euclid, menjelaskannya seperti ini:

Tujuan misi Euclid adalah untuk memberikan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan berikut: Mengapa perluasan alam semesta mengalami percepatan, yang diterjemahkan menjadi Apa sifat energi gelap? Apakah itu konstanta kosmologis? Apakah energi gelap dinamis yang sifat-sifatnya dapat bervariasi dengan waktu?Atau itu penyimpangan dari relativitas umum pada skala kosmik?

Pada saat yang sama, Euclid juga akan mempelajari sifat materi gelap, lautan partikel yang tidak memancarkan atau memantulkan cahaya atau radiasi elektromagnetik lainnya, tetapi secara jelas menunjukkan efek gravitasi. Materi gelap mencegah galaksi lepas dan memengaruhi cara galaksi berevolusi dan bersatu selama 13,7 miliar tahun sejak Big Bang.

“Euclid akan menyelidiki distribusi materi gelap dan distribusi galaksi pada resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya dari luar angkasa,” kata Millier. “Itu juga akan merekonstruksi sejarah kosmik alam semesta selama 10 miliar tahun terakhir.”

Ini akan dilakukan dengan mencitrakan lebih dari 10 miliar galaksi. Perangkat lunak di Bumi akan membantu mengidentifikasi 1,5 miliar atau lebih kandidat terbaik dan menganalisis bagaimana bentuknya terdistorsi oleh awan materi gelap tak terlihat yang mengisi ruang antara Euclid dan targetnya.

Teknik, yang dikenal sebagai pelensaan gravitasi lemah, memiliki konsep yang mirip dengan cara air sedikit mendistorsi bentuk bebatuan yang berserakan di sungai. Ini adalah efek yang sangat halus dalam istilah kosmologis, membutuhkan perangkat lunak yang rumit, komputer yang kuat, dan lebih dari 1.500 ilmuwan di sembilan pusat penelitian untuk mendeteksinya.

Tapi jika semua berjalan lancar, Euclid “akan secara langsung mengamati distribusi materi gelap menggunakan efek pelensaan gravitasi yang mengubah bentuk galaksi, yang dibelokkan oleh distribusi materi gelap di sepanjang garis pandang tertentu,” kata Millier. “Ini akan memberikan distribusi materi gelap yang tidak terlihat di bidang Euclidian.”

Pengamatan spektral puluhan juta galaksi akan memungkinkan para peneliti untuk menentukan jarak dan kecepatan dalam tiga dimensi, menjelaskan apakah energi gelap sebenarnya adalah kekuatan di balik percepatan ekspansi kosmik atau apakah diperlukan penjelasan lain.

Misi dimulai pada Sabtu pukul 11:12 EST ketika roket SpaceX Falcon 9 meledak di Stasiun Angkatan Luar Angkasa Cape Canaveral. Setelah putaran cepat pemeriksaan komputer, roket diluncurkan untuk melompati daya dorong 1,7 juta pon, mengadakan pertunjukan langit akhir pekan yang spektakuler untuk penduduk daerah dan turis.

41 menit kemudian, setelah dua salvo dari mesin tahap kedua roket, Euclid diluncurkan untuk terbang solo. Falcon 9 tahap pertama, seperti biasa di SpaceX, terbang sendiri untuk mendarat di drone lepas pantai.

Badan Antariksa Eropa, atau ESA, bersiap untuk meluncurkan Teleskop Luar Angkasa Euclid tahun lalu dengan roket Soyuz Rusia yang lepas landas dari Kourou, Guyana Prancis. Namun setelah invasi Rusia ke Ukraina, rencana itu gagal, meninggalkan Euclid tanpa penerbangan ke luar angkasa.

Juli lalu, Badan Antariksa Eropa mendekati SpaceX tentang kemungkinan peluncuran roket Falcon 9 perusahaan. Pada akhir tahun, kontrak sudah berlaku dan tim dapat melanjutkan peluncuran hari Sabtu.

“Kami berutang … terima kasih yang sebesar-besarnya kepada SpaceX,” kata Mike Healy, kepala proyek sains di Badan Antariksa Eropa. “Tanpa mereka, satelit kita akan tetap berada di Bumi selama dua tahun.”

Euclid menuju wilayah ruang angkasa hampir satu juta mil dari Bumi – Lagrange Point 2 – di mana gravitasi Matahari dan Bumi bergabung membentuk zona tenang di mana pesawat ruang angkasa dapat tetap di tempatnya dengan manuver minimal dan penggunaan bahan bakar. Teleskop Luar Angkasa James Webb juga beroperasi di L2.

Euclid seberat 4.760 pon dilengkapi dengan cermin utama 3 kaki kali 11 inci yang hampir sempurna dan dua instrumen: kamera cahaya tampak 600 megapiksel dan spektrofotometer inframerah 64 megapiksel. Bidang pandang teleskop kira-kira dua kali ukuran bulan purnama.

Setelah periode pemeriksaan dan kalibrasi selama sebulan, Euclid akan mulai memetakan langit seluas 15.000 derajat persegi, yang mencakup semua ruang di luar Bima Sakti, mencitrakan galaksi dan gugus galaksi sejak 10 miliar tahun lalu.

Ini akan menangkap transisi dari perlambatan awal alam semesta yang digerakkan secara gravitasi ke era ekspansi yang dipercepat di bawah dominasi energi gelap yang muncul.

“Euclid dapat, dalam sekali jalan, menghadirkan bidang yang jauh lebih besar daripada yang dapat dicapai oleh Hubble,” kata Rene Lorigs, Ilmuwan Proyek Euclid di Badan Antariksa Eropa. “Selama masa hidupnya, Hubble tidak pernah menjangkau lebih dari 100 derajat persegi, dan Euclid dapat melakukannya dalam 10 hari. Jadi untuk mendapatkan 15.000 derajat persegi, yang merupakan ukuran survei langit kita, kita membutuhkan gambar langit yang besar ini.”

Euclid membutuhkan waktu enam tahun untuk menyelesaikan peta langitnya, menghasilkan sekitar 100 gigabyte data terkompresi per hari, atau sekitar 70.000 terabyte selama menjalankan misi.

“IPhone Anda mungkin memiliki 10 megapiksel,” kata Jason Rhodes, anggota Konsorsium Riset Euclid. Jadi kedua kamera Euclid bersama-sama memiliki sekitar 700 megapiksel Kami akan memotret dengan kamera ini setiap beberapa menit selama enam tahun.

“Tapi jumlah data yang kami kirim turun dibandingkan dengan jumlah data yang seluruhnya ada di arsip pada akhir proses, dan itu faktor seribu lainnya.”

Gambar-gambar ini akan mencakup 8 miliar galaksi, Gaitee Hussain, kepala sains di ESA, berkata, “Yang terbaik antara satu setengah hingga dua miliar galaksi akan dipilih untuk eksperimen pelensaan lemah.”

“Kami akan mengumpulkan jutaan dan puluhan juta pergeseran merah spektral, selain miliaran pergeseran merah optik, untuk memahami jarak galaksi yang kita lihat,” tambahnya.

“Itu berarti kecepatan data yang sangat besar, tidak hanya untuk pengiriman data kembali ke Bumi, tetapi juga dalam hal komunikasi data… Inilah yang diperlukan untuk menjawab apa yang bisa dibilang menjadi pertanyaan mendasar dalam fisika dan kosmologi saat ini, yaitu, Apakah alam semesta itu? sebenarnya terbuat dari?”