Euclid, de satelliet van de European Space Agency (ESA), voltooide het eerste deel van zijn lange reis naar de ruimte op 1 mei 2023, toen hij met een boot vanuit Italië in Florida aankwam. Het is gepland om begin juli op te stijgen vanaf Cape Canaveral met een door SpaceX gebouwde Falcon 9-raket.
Euclides wil ons een beter begrip geven van de ‘mysterieuze’ componenten van ons universum die bekend staan als donkere materie en donkere energie.
In tegenstelling tot de normale materie die we hier op aarde ervaren, reflecteert of zendt donkere materie geen licht uit. Het bindt sterrenstelsels samen en er wordt aangenomen dat het ongeveer 80% van de totale massa in het universum uitmaakt. We weten het al een eeuw, maar de ware aard ervan blijft een mysterie.
Donkere energie is eveneens raadselachtig. Astronomen hebben aangetoond dat de uitdijing van het heelal de afgelopen vijf miljard jaar sneller is versneld dan verwacht. Velen geloven dat deze versnelling wordt aangedreven door een onzichtbare kracht die donkere energie wordt genoemd. Dit is goed voor ongeveer 70% van de energie in het universum.
Euclid zal dit “donkere universum” in kaart brengen met behulp van een reeks wetenschappelijke instrumenten om licht te werpen op verschillende aspecten van donkere energie en donkere materie.
Een licht in het donker
Na de lancering zal Euclid een reis van een maand maken naar een regio in de ruimte die het tweede Lagrange-punt Aarde-Zon wordt genoemd, vijf keer verder van ons dan de Maan. Hier houden de zwaartekrachten van de zon en de aarde elkaar in evenwicht, waardoor Euclides een stabiel uitkijkpunt heeft om het universum te observeren. Euclid zal op dit punt deel uitmaken van de James Webb Space Telescope (JWST) en zal de perfecte metgezel zijn van dit verbazingwekkende ruimteobservatorium.
Mijn betrokkenheid bij Euclid begon in 2007 toen ik door ESA werd uitgenodigd om deel uit te maken van een onafhankelijk conceptadviesteam om twee concurrerende missievoorstellen genaamd SPACE en DUNE te evalueren.
Beiden gebruikten verschillende technieken, en dus verschillende instrumenten, om het donkere universum te bestuderen, en ESA had moeite om tussen beide te kiezen. Beide waren overtuigende concepten, en ons team besloot dat beide de verdienste hadden, vooral omdat ze een belangrijke kruiscontrole tussen hen mogelijk maakten. Euclid is dus geboren uit het beste van beide concepten.
Euclid is ontworpen om het hele universum te bestuderen en vereist daarom instrumenten met een breed gezichtsveld. Hoe breder het gezichtsveld van de beeldvormingstool, hoe meer van het universum het kan zien. Euclid gebruikt een relatief kleine telescoop in vergelijking met JWST. In grootte is Euclid ongeveer zo groot als een vrachtwagen in vergelijking met de JWST ter grootte van een vliegtuig. Maar Euclid heeft ook enkele van de grootste digitale camera’s in de ruimte bij zich, met een gezichtsveld dat honderden keren groter is dan dat van JWST.
vormen en kleuren
Het Euclid VIS (of zichtbaar) instrument, dat voornamelijk in het VK wordt gebouwd, is ontworpen om de posities en vormen van zoveel mogelijk sterrenstelsels te meten, op zoek naar subtiele correlaties in die gegevens, die door het licht op zijn weg daarheen door de zwaartekracht worden gestraald worden veroorzaakt door de tussenliggende donkere materie. Dit zwaartekrachtlenseffect is zwak, slechts een deel van de honderdduizend voor de meeste sterrenstelsels, er zijn dus veel sterrenstelsels nodig om het effect met hoge resolutie te zien. Zo zal VIS Hubble-telescoopachtige beeldkwaliteit produceren over een derde van de nachtelijke hemel.
VIS kan echter niet de kleuren van objecten meten. Dit is nodig om hun afstand te meten via het roodverschuivingseffect, waarbij licht van deze objecten wordt verschoven naar langere of rodere golflengten op een manier die verband houdt met hun afstand tot ons. Sommige van deze gegevens moeten afkomstig zijn van bestaande en geplande observatoria op de grond, maar Euclid heeft ook het NISP-instrument (Near-Infra Spectrometer and Photometer) bij zich, speciaal ontworpen om de infraroodkleuren en spectra, en dus roodverschuivingen, te meten voor de meest verre sterrenstelsels Euclides zal het zien.
Om donkere energie te meten, zal NISP een relatief nieuwe techniek gebruiken genaamd Baryon Acoustic Oscillations (BAO), die een nauwkeurige meting zal geven van de expansiegeschiedenis van het universum in de afgelopen 10 miljard jaar. Dit verhaal is cruciaal voor het testen van mogelijke modellen van donkere energie, inclusief voorgestelde wijzigingen in de algemene relativiteitstheorie van Einstien.
schatkamer
Voor zo’n experiment is een leger wetenschappers nodig, en niet iedereen werkt alleen aan donkere materie en donkere energie. Net als JWST zal Euclid een schat aan nieuwe ontdekkingen zijn op veel gebieden van de astronomie. Het Euclid Consortium heeft honderden mensen nodig om de geavanceerde software te helpen ontwikkelen die nodig is om de ruimtegegevens samen te voegen met de gegevens op de grond en om met hoge nauwkeurigheid de vormen en kleuren van miljarden sterrenstelsels te extraheren.
Deze software is ook getest en geverifieerd aan de hand van enkele van de grootste simulaties van het universum die ooit zijn gemaakt. Na aankomst in L2 zal Euclid gedurende enkele maanden worden getest, gevalideerd en gekalibreerd om ervoor te zorgen dat de instrumenten en de telescoop werken zoals verwacht. We kennen allemaal dat nerveuze wachten na de recente JWST-lancering.
Zodra Euclid klaar is, begint het aan een vijfjarig onderzoek van 15.000 vierkante graden van de hemel, waarbij ongeveer 2.000 wetenschappers van over de hele wereld de resultaten verzamelen. De ware kracht van Euclid wordt echter pas gerealiseerd als we al deze gegevens bij elkaar hebben en deze zorgvuldig analyseren. Dat kan nog vijf jaar duren en ons tot ver in het volgende decennium brengen voordat we onze laatste duistere antwoorden hebben. De lancering van SpaceX voelt daarom maar als de helft van het Euclid-verhaal.
Ik reis deze zomer naar Florida om de lancering van Euclid bij te wonen. Ik word vergezeld door honderden van mijn collega’s die hun carrière hebben gewijd aan het bouwen van deze geweldige telescoop en experiment. Als ik zie hoe het project op deze manier tot stand is gekomen, ben ik er trots op mezelf een “Euclidiaan” te noemen.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd door The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.
Bob Nichol ontving eerder financiering van de UKSA als onderdeel van zijn leidende rol in het Euclid Consortium. Hij heeft sinds 2020 geen financiering meer ontvangen van UKSA.