Euclid, kosmiczny detektyw

Kosmolodzy są jak małe dzieci. Nie mogą się doczekać „zabawek", które prezentuje im współczesna technika. Tak jest bez wątpienia w przypadku europejskiego teleskopu kosmicznego Euclid, którego celem jest wnikliwa obserwacja ciemnej energii i ciemnej materii poprzez dokładny pomiar przyspieszenia wszechświata.

Należy on do kategorii teleskopów Korscha, czyli urządzeń do optycznej obserwacji dużego pola widzenia. Składa się z trzech luster tak ustawionych względem siebie, żeby do ich ogniskowej docierało jak najmniej rozproszonych promieni świetlnych. Do tego typu urządzeń zalicza się także budowany Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba przeznaczony do obserwacji w podczerwieni. Jest on zaprojektowany głównie do obserwacji procesów kształtowania się materii kosmicznej po Wielkim Wybuchu.

Tymczasem planowany przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) we współpracy z konsorcjum Euclid teleskop ma zupełnie inne zadanie. Instrument będzie miał średnicę 1,2 metra, zostanie umieszczony na pokładzie sondy należącej do ESA. Ma dokonywać spektroskopowej obserwacji przestrzeni kosmicznej o bardzo wysokiej rozdzielczości obrazu. W przeciwieństwie do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba Euclid będzie działał w paśmie częstotliwości wchodzących zarówno od światła widzialnego, aż po podczerwień.

Dzięki temu nasze „kosmiczne oko" będzie wychwytywało skupiska niewidzialnej materii i monitorowało tempo rozszerzania się wszechświata.

W poszukiwaniu ciemnej materii

Nie jest to jednak zadanie proste. Teleskop będzie wykorzystywany do pomiarów przesunięcia ku czerwieni promieniowania emitowanego przez bardzo odległe galaktyki, nawet te najstarsze – odległe powyżej 10 miliardów lat świetlnych od nas. Wielkie nadzieje astrofizyków wzbudza zastosowanie technologii słabego soczewkowania grawitacyjnego (WGL – Weak Gravitational Lensing), pozwalającego na wykrycie skupisk ciemnej materii na podstawie odchylenia grawitacyjnego światła.

Tego typu zjawisko przewiduje teoria względności Einsteina. Światło skupia się w polu grawitacyjnym bardzo dużego ciała niebieskiego, które dla obserwatora zewnętrznego działa niczym szkło powiększające. Zjawisko występuje wokół olbrzymich gwiazd, całych galaktyk czy ich gromad. Na podstawie skupienia światła możemy ocenić, jak duży jest obiekt mijany przez światło.

Co jednak, kiedy zakrzywienie promieni świetlnych powstaje tam, gdzie niczego nie ma? Wówczas rodzi się podejrzenie, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest skupisko ciemnej materii. W przeciwieństwie do innych teleskopów Euclid, niczym detektyw widzący to, czego inni nie dostrzegają, będzie skanować przestrzeń w poszukiwaniu takich właśnie zjawisk.

Nie będzie on pierwszym instrumentem wykorzystywanym do obserwacji ewolucji wszechświata i poszukiwania tajemnic ciemnej materii. Jednak oprócz wspomnianej metody WGL będzie także wyposażony w urządzenia do obserwacji barionowych oscylacji akustycznych w widzialnym wszechświecie (BAO – Baryonic Acoustic Oscillations). To pozwoli na dokładne pomiary tempa ekspansji wszechświata, a także gęstości ciemnej energii, która w opinii wielu kosmologów jest odpowiedzialna za wywoływanie ujemnego ciśnienia, czyli bezpośredniej przyczyny przyśpieszającego rozszerzania się wszechświata.

Hipoteza „sera szwajcarskiego"

Obserwacje prowadzone przez teleskop Euclid pozwolą pogodzić różne, często sprzeczne ze sobą, opinie dotyczące przyczyn poszerzania się przestrzeni oraz „brakującej" w niej zwykłej materii skupiającej galaktyki.

W 2008 roku jedną z takich hipotez zaproponowało troje amerykańskich naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Timothy Clifton, Pedro G. Ferreira i Kate Land starali się dowieść, że problem z bilansem materii we wszechświecie, który inni naukowcy tłumaczą istnieniem ciemnej materii, wynika z prostego faktu, że nasza planeta znajduje się w wyjątkowym miejscu, w którym gęstość materii jest znacznie mniejsza niż w innych obszarach kosmosu. Stąd też, stosując nasze standardy poznawcze, nie jesteśmy w stanie ocenić rzeczywistego rozłożenia materii w innych fragmentach przestrzeni.

Swoje wyjaśnienie nazwali hipotezą „sera szwajcarskiego". Naukowcy zadawali pytania: dlaczego w naszym układzie słonecznym nie wykryliśmy ciemnej materii i dlaczego pojawia się ona na przykład w bardzo pustych galaktykach?