EUCLID-LUOTAIN HAVAINNOI PIMEÄN AINEEN JA PIMEÄN ENERGIAN VAIKUTUKSIA

 Heinäkuun 1. päivänä (2023) Euroopan avaruusjärjestö ESA lähetti onnistuneesti Euclid-luotaimen, jonka tehtävänä on maailmankaikkeuden pimeän aineen ja pimeän energian vaikutusten havaitseminen. Luotaimen tekemät havainnot voivat paljastaa ennennäkemättömiä näkymiä maailmankaikkeuden rakenteesta ja kehityksestä.

Taiteilijan näkemys Eukleides-tehtävästä avaruudessa. Euclid on suunniteltu havaitsemaan kaukaisia ja laajoja kohteita, jotta tutkijat voisivat vastata joihinkin universumiamme koskeviin perustavanlaatuisimpiin kysymyksiin: Mitä ovat pimeä aine ja pimeä energia? Mikä rooli niillä oli kosmisen verkon muodostumisessa? Tehtävä luetteloi miljardeja kaukaisia ​​galakseja skannaamalla taivaan halki sen herkän kaukoputken avulla. Kuva ESA.

Euclidin tehtävänä on kerätä tietoa pimeästä aineesta, mystisestä aineesta, joka muodostaa noin 27% maailmankaikkeudesta, sekä pimeästä energiasta, joka vastaa noin 68% maailmankaikkeuden kokonaismassasta. Observatorion avulla tutkijat pyrkivät ymmärtämään pimeän aineen ja pimeän energian vuorovaikutusta ja vaikutusta maailmankaikkeuden laajenemiseen.

"Euclidin tavoitteena on vastata yhteen tärkeimmistä kysymyksistä, jotka meillä on kosmologiassa: Mikä on pimeän aineen ja pimeän energian luonne? Miten ne vaikuttavat maailmankaikkeuden rakenteeseen ja kehitykseen? Näitä vastauksia tarvitaan syvällisemmän käsityksen saavuttamiseksi universumista", kertoo ESA:n tiedottaja Maria Rodriguez.

Luotain on varustettu isolla peilikaukoputkella ja erittäin herkillä kamerajärjestelmillä, jotka voivat tarkkailla laajoja taivaan alueita. Euclid suorittaa kolme päätehtävää: havaitsee satoja miljoonia galakseja, kartoittaa niiden kolmiulotteista jakaumaa ja tarkkailee galaksien muutoksia ajan suhteen. Nämä mittaukset auttavat tutkijoita rakentamaan yksityiskohtaisen kuvan maailmankaikkeuden rakenteesta ja sen laajenemisen historiasta.

Vaikka Euclidin päätavoite on pimeän aineen ja pimeän energian ymmärtäminen, sen mittauksista voi olla hyötyä myös muille tieteenaloille. Luotain voi auttaa tutkijoita selvittämään galaksien evoluutiota, kuinka ne syntyvät ja kehittyvät ajan myötä. Lisäksi Euclid tarjoaa tietoa universumin suurista mittakaavoista ja sen muotoutumisesta aikojen saatossa.

Euclidin ensimmäiset kuvat on vastaanotettu, ja tutkijat ovat jo innoissaan näistä. Kuvat esittävät massiivisia galaksirykelmiä ja valtavia tyhjätiloja maailmankaikkeudessa. Nämä ensimmäiset kuvat ovat vasta alkua, ja odotamme innolla, mitä muuta Euclid paljastaa tulevissa havainnoissaan.

"Olemme erittäin iloisia nähdessämme ensimmäiset kuvat Euclidilta. Ne ovat jo nyt antaneet meille arvokasta tietoa kosmoksen rakenteesta ja auttaneet varmistamaan, että luotain toimii suunnitellusti", Rodriguez sanoo.

Euclid-luotaimen odotetaan pysyvän avaruudessa useita vuosia, mikä antaa tutkijoille runsaasti aikaa kerätä tietoa ja purkaa maailmankaikkeuden arvoituksia. EU:n, ESA:n ja kansainvälisen tieteellisen yhteisön odotukset ovat korkealla, ja odotamme innolla sitä, mitä tulevaisuus tuo tullessaan tämän kunnianhimoisen avaruuslennon suhteen.

Havaintolaiteet

Euclid-luotaimen VIS (Visible Imaging) -instrumentti on yksi tärkeimmistä työkaluista, jonka avulla tutkijat tarkastelevat maailmankaikkeuden galakseja ja niiden jakaumaa. VIS-kamera on suunniteltu havaitsemaan näkyvää valoa laajalla alueella taivaasta, mikä mahdollistaa suuren määrän tarkkoja havaintoja.

Euclidin VISible instrumentti (VIS) kuvaa taivasta näkyvässä valossa (550–900 nm) ottaakseen teräviä kuvia miljardeista galakseista ja mitatakseen niiden muotoja. Tämä kuva on otettu Euclidin käyttöönoton aikana sen tarkistamiseksi, että kohdistettu VIS-instrumentti toimii odotetulla tavalla. Koska se on suurelta osin prosessoimaton, jää jäljelle joitain ei-toivottuja kohteita – esimerkiksi kosmiset säteet, jotka näkyvät kuvissa suorina viivoina. Euclid Consortium muuttaa viime kädessä pidempään valotetut tutkimushavainnot tieteellisesti valmiiksi kuviksi, jotka ovat artefaktittomia, yksityiskohtaisempia ja veitsenteräviä.

Tämä ensimmäinen VIS-kuva on jo täynnä yksityiskohtia; näemme spiraali- ja elliptisiä galakseja, lähellä olevia ja kaukaisia ​​tähtiä, tähtijoukkoja ja paljon muuta. Mutta sen peittämä taivaan pinta-ala vain noin neljännes täydenkuun halkaisijasta. Euklidesin kaukoputki keräsi valoa 566 sekuntia, jotta VIS pystyi luomaan tämän kuvan. Kuva ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA. 

Kun Euclid aloitti tieteelliset havaintonsa, sen VIS-instrumentti otti ensimmäiset upeat kuvat, jotka kuvastivat galaksien rikasta monimuotoisuutta ja suuria rakenteita. Nämä tarkat kuvat paljastavat eri galaksien muotoja, värejä ja niiden sijoittumista suhteessa toisiinsa.

VIS-kameran laaja kuvakenttä ja herkkä havaitsemiskyky ovat mahdollistaneet massiivisten galaksirykelmien havaitsemisen. Galaksirykelmät ovat massiivisia, ja ne ovat yhteydessä toisiinsa gravitaation välityksellä. Näiden rykelmien tutkiminen auttaa tutkijoita ymmärtämään, miten galaksit muodostuvat ja liikkuvat avaruudessa.

Lisäksi VIS-instrumentti on havainnut suuria tyhjätiloja, joissa galakseja on harvassa tai niitä ei ole lainkaan. Nämä galaksien väliset tyhjät alueet, joita kutsutaan myös supervoidoiksi, ovat avainasemassa ymmärrettäessä maailmankaikkeuden rakenteen muodostumista. Supervoidit auttavat tutkijoita ymmärtämään, miten galaksit järjestyvät suurien avaruuden rakenteiden, kuten lankamaisen ja kalvomaisen rakenteen, muodostamiseksi.

Yhä tarkemmat VIS-kuvat auttavat myös tutkijoita erottelemaan erilaisia galaksityyppejä ja niiden ominaisuuksia. Kuvista voidaan tunnistaa esimerkiksi spiraaligalakseja, elliptisiä galakseja ja linssejä, mikä antaa vihjeitä galaksien kehityksestä ja evoluutiosta.

Euclidin VIS-instrumentti on saavuttanut ennennäkemättömän herkkyyden, mikä mahdollistaa myös havainnot hyvin himmeistä galakseista ja kaukaisista kohteista. Nämä havainnot auttavat ymmärtämään maailmankaikkeuden alkuaikoja ja sen kehitystä ajan suhteen.

Vaikka ensimmäiset VIS-instrumentin ottamat kuvat ovat jo nyt olleet vaikuttavia, tutkijat odottavat innolla tulevia havaintoja, kun luotain jatkaa toimintaansa Lagrangen (L2) pisteen haloradalla. Euclidin mittaukset ja kuvat tuovat merkittävää lisäarvoa kosmologian ja avaruuden tutkimukselle ja avaavat uusia mahdollisuuksia ymmärtää maailmankaikkeuden kauneutta ja monimutkaisuutta.

Euroopan avaruusjärjestön ja koko tieteellisen yhteisön odotukset ovat korkealla Euclid-luotaimen suhteen, ja sen VIS-instrumentti tulee varmasti tarjoamaan paljon uutta tietoa ja jännittäviä havaintoja lähivuosina. Euclidin lähettäminen avaruuteen on merkittävä askel kohti pimeän aineen ja pimeän energian arvoitusten selvittämistä, ja se voi viedä meitä askelen lähemmäksi ymmärrystä maailmankaikkeuden perusolemuksista.

Euclid-luotaimen infrapuna-alueen kamera on yksi sen tärkeimmistä instrumenteista, joka tarjoaa arvokasta tietoa maailmankaikkeuden salaisuuksista. Infrapuna on sähkömagneettisen spektrin alue, joka on näkyvän valon alapuolella ja mahdollistaa havainnot, joita ei voi tehdä perinteisen näkyvän valon kameran avulla.

Euclidin Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP) -instrumentti on omistettu galaksien kullakin aallonpituudella lähettämän valon määrän mittaamiseen. Se kuvaa taivaan infrapunavalossa (900 – 2 000 nm) valon kirkkauden ja voimakkuuden mittaamiseksi. Tämä kuva on otettu Euclidin käyttöönoton aikana sen tarkistamiseksi, että tarkennettu instrumentti toimii odotetulla tavalla.

Tämä on raakakuva, joka on otettu NISP:n Y-suodattimella. Tämä ensimmäinen NISP-kuva on jo täynnä yksityiskohtia; näemme spiraali- ja elliptisiä galakseja, lähellä olevia ja kaukaisia ​​tähtiä, tähtijoukkoja ja paljon muuta. Mutta sen peittämä taivaan pinta-ala on itse asiassa vain noin neljännes täydenkuun leveydestä ja korkeudesta.

Euklidesin kaukoputki keräsi valoa 100 sekunnin ajan, jotta NISP pystyi luomaan tämän kuvan. Nimellisen toiminnan aikana sen odotetaan sieppaavan valoa noin viisi kertaa pidempään ja paljastaen monia kauempana olevia galakseja. Kuva ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA.

Infrapuna-aallonpituudet ovat pidempiä kuin näkyvän valon, mikä tarkoittaa, että ne voivat tunkeutua pölyn ja kaasun läpi helpommin. Tämä on erityisen tärkeää, kun tarkastellaan galakseja ja muita kaukaisia kohteita, jotka saattavat olla peitettyinä avaruuden pölypilvillä. Infrapuna mahdollistaa myös havainnot, jotka paljastavat kohteiden lämpösäteilyä, joka on hyödyllinen tieto galaksien koostumuksesta ja ominaisuuksista.

Infrapunakameran avulla Euclid voi tarkastella erilaisia kohteita, kuten tähtijoukkoja, kaasupilviä ja galaksien ytimestä lähteviä säteilyvirtoja. Nämä havainnot ovat tärkeitä, kun pyritään ymmärtämään tähtien ja galaksien muodostumista ja kehitystä.

Yksi Euclid-luotaimen infrapunakameran tärkeimmistä tehtävistä on tarkastella galaksien takana olevaa pimeää ainetta ja pimeää energiaa. Pimeä aine ei säteile valoa, joten sitä ei voi havaita perinteisen valokuvauksen avulla. Infrapunakamera voi kuitenkin auttaa tutkijoita havaitsemaan pimeän aineen aiheuttamia heijastuksia tai vaikutuksia lähellä oleviin kohteisiin, mikä antaa vihjeitä sen läsnäolosta ja ominaisuuksista.

Lisäksi infrapunakameran avulla Euclid voi havaita kaukaisia galakseja ja kohteita, jotka ovat muuten näkymättömissä näkyvän valon spektrissä. Tämä on erityisen tärkeää, kun pyritään löytämään kaukaisia galakseja ja kartoittamaan avaruuden rakenteita, jotka ovat olennaisia ymmärtääksemme maailmankaikkeuden kehitystä ja evoluutiota.

Infrapunakameran avulla Euclid voi myös tehdä monia muita tieteellisiä havaintoja. Se voi tutkia tähtien kehityskaarat alusta loppuun, havaita lämpimien kaasupilvien ominaisuuksia, kaukaisia eksoplaneettoja sekä kvasaareja ja muita aktiivisia galaksien ytimiä, jotka säteilevät voimakkaasti infrapunavaloa.

Euclid ja kosmologia

Euclid-luotaimen infrapunakameralla ja muiden instrumenttien keräämillä havainnoilla on laaja-alainen vaikutus kosmologiaan ja avaruuden tutkimukseen. Nämä havainnot avaavat monia tieteellisiä näkymiä, jotka auttavat vastaamaan perustavanlaatuisiin kysymyksiin maailmankaikkeuden rakenteesta, kehityksestä ja koostumuksesta. Tässä on muutamia tärkeitä tieteellisiä tulevaisuuden näkymiä:

1. Pimeän aineen ja pimeän energian ymmärtäminen: Euclidin infrapunakamera ja muut instrumentit auttavat tarkastelemaan pimeän aineen ja pimeän energian vaikutusta maailmankaikkeuden laajenemiseen ja rakenteeseen. Näiden havaintojen avulla tutkijat voivat paremmin ymmärtää näiden mysteeristen komponenttien ominaisuuksia ja vuorovaikutuksia. Tämä tieto auttaa meitä syventämään käsitystämme maailmankaikkeuden luonteesta ja koostumuksesta.

2. Galaksien ja galaksirykelmien evoluutio: Euclidin infrapunakamera mahdollistaa laajojen galaksikartoitusten tekemisen, mikä auttaa tutkijoita ymmärtämään galaksien syntyä, kehitystä ja liikettä avaruudessa. Havainnot galaksien ytimestä ja massiivisista galaksirykelmistä antavat tärkeitä vihjeitä niiden evoluutiosta.

3. Maailmankaikkeuden rakenteiden kartoitus: Infrapunakamera paljastaa näkymättömät kohteet, kuten pimeän aineen ja pimeän energian vaikutukset sekä kaukaiset galaksit ja kaasupilvet. Nämä havainnot auttavat tutkijoita kartoittamaan maailmankaikkeuden suuria mittakaavoja, kuten lankamaisia ja kalvomaisia rakenteita sekä galaksien välisiä supervoideja.

4. Tähtien ja planeettojen synty ja kehitys: Euclidin infrapunahavainnot auttavat tutkijoita ymmärtämään tähtien ja planeettojen syntyä ja kehitystä. Ne mahdollistavat lämpimien kaasupilvien ja nuorten tähtijoukkojen tarkkailun sekä kaukaisissa että lähempänä olevissa kohteissa.

5. Avaruuden alkuaikojen tutkimus: Infrapunakameran avulla Euclid voi havaita kaukaisia galakseja, jotka ovat muuten näkymättömissä. Nämä kaukaiset kohteet ovat olennaisia avaruuden alkuaikojen tutkimuksessa ja auttavat tutkijoita ymmärtämään maailmankaikkeuden alkuaikaisia olosuhteita ja kehitystä.

6. Mustien aukkojen ja kvasaarien tutkimus: Infrapunakameran herkkä havaitsemiskyky auttaa havaitsemaan aktiivisia galaksien ytimiä, kuten kvasaareja, jotka säteilevät voimakkaasti infrapunavaloa. Tällaiset havainnot auttavat meitä ymmärtämään mustien aukkojen kasvua ja vaikutusta niiden ympäristöön.

Kaiken kaikkiaan Euclid-luotaimen infrapunahavainnot ja muut tiedot avaavat uusia mahdollisuuksia kosmologiassa ja avaruuden tutkimuksessa. Ne auttavat meitä vastaamaan perustaviin kysymyksiin maailmankaikkeuden olemuksesta ja kehityksestä sekä syventämään ymmärrystämme avaruuden monimuotoisuudesta ja kauneudesta. Euclidin keräämät tiedot ovat arvokas panos tieteelliseen tutkimukseen ja voivat vaikuttaa merkittävästi koko ihmiskunnan käsitykseen maailmankaikkeuden perusolemuksista.