Euclid: 900 εκατομμύρια γαλαξίες και τα θεμέλια του πιο λεπτομερούς τρισδιάστατου χάρτη του Σύμπαντος

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Euclid του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) έδωσε στη δημοσιότητα την πρώτη μεγάλη δέσμη επιστημονικών δεδομένων του: εικόνες, καταλόγους και φάσματα για περισσότερους από 900 εκατομμύρια γαλαξίες, συγκεντρωμένα σε περίπου 13 μήνες παρατηρήσεων. Η δημοσίευση, με την ονομασία DR1-Foundation, έγινε στις 12 Νοεμβρίου και καλύπτει 1.900 τετραγωνικές μοίρες του ουρανού, έκταση που αντιστοιχεί σε περίπου 9.500 πανσελήνους.

Η είδηση δεν είναι κάποια μεμονωμένη ανακάλυψη, αλλά κάτι πιο θεμελιώδες: η πρώτη πραγματικά μεγάλη «πρώτη ύλη» για το ερώτημα που δικαιολόγησε την κατασκευή του Euclid. Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη, που μαζί αποτελούν τη συντριπτική πλειονότητα του περιεχομένου του Σύμπαντος; Το Futurology.gr έχει ήδη γράψει για τις ενδείξεις ότι η σκοτεινή ενέργεια ίσως μεταβάλλεται με τον χρόνο. Εδώ η οπτική είναι διαφορετική: τα ίδια τα δεδομένα, η κλίμακά τους και τι θα μπορούν να απαντήσουν, και πότε.

Με μια ματιά

• Η DR1-Foundation του Euclid περιλαμβάνει πάνω από 900 εκατ. γαλαξίες και φάσματα από περισσότερες από 160 εκατ. πηγές.
• Καλύπτει περίπου το 14% της συνολικής έκτασης που θα χαρτογραφήσει η αποστολή, με όγκο δεδομένων 1,7 εκατ. GB.
• Τα προϊόντα ασθενούς βαρυτικού φακού που χρειάζονται για τη μέτρηση της σκοτεινής ενέργειας θα έρθουν με την πλήρη DR1, στα μέσα του 2027.

Από τις 60 στις 1.900 τετραγωνικές μοίρες

Το Euclid εκτοξεύτηκε την 1η Ιουλίου 2023 με πύραυλο Falcon 9 από το Ακρωτήριο Κανάβεραλ και λειτουργεί στο σημείο Λαγκράνζ L2 του συστήματος Ήλιου-Γης, 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα από τη Γη. Οι τακτικές επιστημονικές παρατηρήσεις ξεκίνησαν τον Φεβρουάριο του 2024. Ο στόχος της αποστολής, σύμφωνα με την ESA, είναι να καταγράψει δισεκατομμύρια γαλαξίες σε περίπου το ένα τρίτο του ουρανού, σε αποστάσεις έως 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Οι προηγούμενες δημόσιες δέσμες δεδομένων ήταν, στην ουσία, δείγματα. Κάλυπταν περίπου 60 τετραγωνικές μοίρες. Η επιστήμονας του έργου στην ESA, Valeria Pettorino, περιγράφει τη νέα δημοσίευση ως αλλαγή κλίμακας: δεδομένα άνω του ενός έτους σε πολύ μεγαλύτερη έκταση. Η διευθύντρια Επιστημών της ESA, Carole Mundell, τη χαρακτηρίζει τη μεγαλύτερη έρευνα του είδους της από το διάστημα.

Οι αριθμοί δείχνουν το μέγεθος. Πέρα από τους 900 εκατομμύρια γαλαξίες, η DR1-Foundation περιέχει φάσματα από περισσότερες από 160 εκατομμύρια πηγές, περίπου 15.000 υποψήφιους ισχυρούς βαρυτικούς φακούς και πάνω από 60 εκατομμύρια υποψήφια κβάζαρ. Ο συνολικός όγκος φτάνει τα 1,7 εκατομμύρια gigabyte. Σύμφωνα με την ανακοίνωση της ESA, ο κατάλογος ξεπερνά συνολικά το ένα δισεκατομμύριο αντικείμενα.

Πώς φτιάχνεται ένας τρισδιάστατος χάρτης

Μια φωτογραφία του ουρανού είναι επίπεδη. Για να γίνει χάρτης σε τρεις διαστάσεις, χρειάζεται η απόσταση κάθε γαλαξία. Εδώ μπαίνουν τα φάσματα. Το Euclid αναζητά στο φως των γαλαξιών τη γραμμή εκπομπής του υδρογόνου άλφα. Όσο πιο μακριά βρίσκεται ένας γαλαξίας, τόσο περισσότερο η διαστολή του Σύμπαντος «τεντώνει» το φως του προς μεγαλύτερα μήκη κύματος. Από αυτή τη μετατόπιση προς το ερυθρό υπολογίζεται η απόσταση.

Με εκατομμύρια τέτοιες μετρήσεις, οι ερευνητές μπορούν να δουν την κατανομή των γαλαξιών στο λεγόμενο κοσμικό ιστό: νήματα, σμήνη και τεράστια κενά. Επειδή το φως από μακρινούς γαλαξίες ξεκίνησε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, ο χάρτης είναι ταυτόχρονα και χρονολόγιο. Δείχνει πώς μεγάλωσαν οι δομές καθώς το Σύμπαν διαστελλόταν, και αυτή η ιστορία επηρεάζεται άμεσα από τη σκοτεινή ενέργεια.

Ο δεύτερος πυλώνας της αποστολής είναι οι βαρυτικοί φακοί. Η μάζα, ορατή ή σκοτεινή, καμπυλώνει τη διαδρομή του φωτός. Οι ισχυροί φακοί δημιουργούν εντυπωσιακά τόξα και πολλαπλά είδωλα και επιτρέπουν να «ζυγιστεί» ένας γαλαξίας μαζί με τη σκοτεινή του ύλη. Οι ασθενείς φακοί, οι ελάχιστες παραμορφώσεις στα σχήματα εκατομμυρίων γαλαξιών, είναι το βασικό στατιστικό εργαλείο για τη χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης σε μεγάλη κλίμακα.

Τι δεν περιέχει ακόμη, και γιατί έχει σημασία

Εδώ βρίσκεται η κρίσιμη λεπτομέρεια, που εύκολα χάνεται στους εντυπωσιακούς αριθμούς. Η DR1-Foundation είναι, όπως λέει και το όνομά της, θεμέλιο. Τα προϊόντα ασθενούς βαρυτικού φακού, τα δεδομένα για τα σμήνη γαλαξιών και τον κοσμικό ιστό, δηλαδή όσα χρειάζονται για τις κεντρικές κοσμολογικές μετρήσεις, θα δημοσιευτούν με την πλήρη DR1, που η ESA τοποθετεί στα μέσα του 2027.

Αυτό σημαίνει ότι η δημοσίευση της 12ης Νοεμβρίου δεν απαντά ακόμη στο αν η σκοτεινή ενέργεια είναι σταθερή ή αλλάζει. Δίνει όμως στην επιστημονική κοινότητα τον χρόνο και το υλικό να ελέγξει τα δεδομένα, να βαθμονομήσει τις μεθόδους της και να εντοπίσει συστηματικά σφάλματα πριν από τις κρίσιμες αναλύσεις. Σε μια εποχή όπου οι κοσμολογικές «εντάσεις» μεταξύ διαφορετικών μετρήσεων απασχολούν έντονα το πεδίο, η αξιοπιστία της βαθμονόμησης μετρά όσο και ο όγκος.

Υπάρχει και μια πρακτική διάσταση. Τα δεδομένα είναι διαθέσιμα σε όλους μέσω της πλατφόρμας Euclid Data Space της ESA. Ο επιστήμονας αρχείου Bruno Altieri αποδίδει στην ομάδα της πλατφόρμας την αποθήκευση και διάθεση ενός καταλόγου άνω του δισεκατομμυρίου αντικειμένων. Σε αυτή την κλίμακα, η ανάλυση περνά αναγκαστικά από αυτοματοποιημένα εργαλεία: κανένας άνθρωπος δεν μπορεί να εξετάσει 15.000 υποψήφιους φακούς ή 60 εκατομμύρια υποψήφια κβάζαρ ένα προς ένα.

Η ευρωπαϊκή διάσταση

Το Euclid είναι κατεξοχήν ευρωπαϊκό εγχείρημα, με συμμετοχή της NASA, που προμήθευσε τους ανιχνευτές του φασματογράφου NISP. Κύριος ανάδοχος ήταν η Thales Alenia Space και η μονάδα ωφέλιμου φορτίου κατασκευάστηκε από την Airbus Defence and Space. Η Κοινοπραξία Euclid αριθμεί, σύμφωνα με την ESA, περισσότερους από 2.000 επιστήμονες σε 300 ιδρύματα.

Η DR1-Foundation αντιστοιχεί περίπου στο 14% της έκτασης που θα καλύψει τελικά η έρευνα, η οποία, σύμφωνα με το New Space Economy, έχει σχεδιαστεί για έξι χρόνια. Αν το τηλεσκόπιο συνεχίσει χωρίς προβλήματα, ο τελικός χάρτης θα είναι πολλαπλάσιος του σημερινού. Το πραγματικό τεστ όμως έρχεται το 2027, όταν οι πρώτες κοσμολογικές μετρήσεις από αυτά τα δεδομένα θα δείξουν αν το Euclid μπορεί να επιβεβαιώσει ή να αμφισβητήσει την εικόνα που έχουμε σήμερα για τη σκοτεινή πλευρά του Σύμπαντος.