Hledání temné hmoty - vesmírný teleskop Euclid

Z čeho se skládá temná hmota a proč reaguje s ostatní hmotou vesmíru jen prostřednictvím gravitace? Na tyto otázky bude hledat odpověď nový satelit ESA - Euclid. (délka blogu 5 min.)  

Cílem nové mise ESA, která by měla daňového poplatníka stát celkem 1,4 miliardy eur, je průzkum třetiny oblohy a vytvoření největší a nejpřesnější 3D mapy vesmíru. Euclid bude pozorovat několik miliard galaxií, rozložených v deseti miliardách světelných roků.  

Temnou hmotu nebude satelit samozřejmě pozorovat přímo - z principu věci není temná hmota při pozorování oblohy vidět. Vědci ale doufají, že se jim podaří nepřímo odhadnout její rozložení v prostoru. 

K tomu dalekohled využije toho, že světlo vzdálených galaxií reaguje na velká uskupení hmoty. Změny by se daly přirovnat k vychylování světla čočkou. 

Vědci budou tedy zkoumat vzdálené galaxie a zaměří se na různá zkreslení jejich tvaru. Statistické metody pak umožňují odvodit rozložení temné hmoty ve zkoumané oblasti vesmíru. 

Celá věc sice zní jednoduše, provést taková pozorování ale moc jednoduché není. Vliv na světlo ze vzdálených galaxií má být velmi malý - zdánlivé zkreslení se pohybuje v řádu jednoho procenta. Vědci tedy musí přesně charakterizovat všechny efekty, které nemají nic společného s temnou hmotou - aby je mohli odfiltrovat. 

Kromě temné hmoty se Euclid bude zabývat i temnou energií, díky které se má vesmír rozpínat stále rychleji a rychleji. Díky pozorováním tohoto satelitu si budou moci vědci prohlédnout rozpínání vesmíru v posledních třech čtvrtinách jeho existence. 

Vědci chtějí temnou energii vystopovat pomocí jiné metody nepřímého pozorování: měří takzvané baryonické akustické oscilace, zkráceně BAO. Jedná se o hustotní vlny, které se vytvořily v prvotním plazmatu ve velmi raném vesmíru - ještě předtím, než vesmír vychladl natolik, že se v něm mohla objevit neutrální hmota, která se pak začala shlukovat do prvních hvězd nebo třeba galaxií. Oscilace vznikaly díky tomu, že hmota nebyla rovnoměrně rozložena v prostoru. V hustších a žhavějších oblastech od sebe tlak záření částice oddaloval, zatímco v řidších oblastech nad tlakem záření vítězila gravitace, která částice sdružovala. To způsobilo v systému výše zmiňované oscilace. 

Rychlost šíření těchto vln a doba, po kterou se šíří, jsou známé. Poskytují tak jakýsi referenční vzorek, ??pomocí kterého lze odhadnout účinek temné energie v minulosti vesmíru. 

Zhruba 380 000 let po velkém třesku se nakonec vesmír ochladil natolik, že tyto hustotní vlny „zamrzly“,  takže ještě i dnes stále ještě vidíme jejich stopy v rozložení galaxií. Vědci doufají, že se při porovnání těchto stop v dávné minulosti (u galaxií pozorujeme jejich minulost, nikoliv přítomnost) zjistí, jak temná energie fungovala v příslušných dávných epochách.

Vybavení teleskopu Euclid

Aby bylo možné přesně změřit tvar a rozložení galaxií a rychlost, jakou se od sebe vzdalují, potřebuje dalekohled velké zorné pole a extrémně citlivé detektory, které pokryjí velkou plochu elektromagnetického spektra. 

Speciální filtr bude rozdělovat dopadající světlo na dva paprsky – jeden s viditelnou částí spektra a druhý s infračervenou částí. Oba pak budou nasměrovány na příslušné přístroje. 

Ty mají zkratky VIS a NISP. První zkratka znamená "Visible Instrument" a druhá "Near Infrared Spectrometer and Photometer". Společně prozkoumají rozsah elektromagnetického spektra mezi 550 a 2000 nanometry.

Na satelitu o velikosti 3x3x4,5 metrů a hmotnosti téměř dvou tun (jeho zrcadlo má průměr 1,2 metru) pracovalo během jeho vývoje téměř 5000 lidí z 21 zemí, z 80 firem a více než 300 vědeckých ústavů. 

Dalekohled bude vynesen do 1,5 milionu kilometrů vzdáleného bodu L2 Lagrange soustavy Slunce-Země, ze kterého pozoruje vesmír také jiný známý satelit - vesmírný dalekohled Jamese Webba. 

Euclid bude studovat oblohu po dobu šesti roků a jednotlivá měření spojí do největšího viditelného a blízkého infračerveného kosmologického průzkumu, jaký byl kdy proveden. 

Omezovat ho bude jen Mléčná dráha a její jasnost. Díky ní bude sledování oblohy omezeno na 35 procent celkové plochy. 

Očekává se, že dalekohled zachytí čtyřikrát ostřejší obraz než srovnatelné pozemní průzkumy oblohy. To vyprodukuje za jeden jediný den více dat než Hubbleův teleskop za celou dobu své existence. 

Komplikovaná cesta za poznáním

Projekt se připravoval o zhruba roky déle, než se původně očekávalo. Nejprve se nepodařilo dodržet termín startu v roce 2020. Pak přišla navíc koronavirová pandemie s různými omezeními. A nakonec Rusko napadlo Ukrajinu, což misi připravilo o nosnou raketu, která ji měla vynést na oběžnou dráhu. 

Vesmírný dalekohled Euclid měl původně startovat z Kourou na raketě Sojuz. V březnu 2022 ale bylo využití ruské rakety kvůli ruské agresi na Ukrajině zrušeno. Náklad mohla sice vynést ještě raketa Ariane 6, ta ale zatím není k dispozici. A tak šéf projektu (který jde zanedlouho do důchodu a chtěl za každou cenu uspíšit start mise) rozhodl o (do té doby nemyslitelné) variantě - drahý a nenahraditelný satelit měl startovat na raketě SpaceX, Falcon. Start se naštěstí podařil - a Euclid je už přes týden na cestě k Lagrangeově bodu 2, kde bude dělat společnost vesmírnému teleskopu Jamese Webba.