Dalekohled Euclid se vydal zkoumat skrytou hmotu a skrytou energii

Teleskop Euclid vyvíjený Evropskou kosmickou agenturou je výsledkem kombinace dvou misí – DUNE (Dark UNiverse Explorer) a SPACE (SPectroscopic All-sky Cosmic Explorer) – navržených v prvním desetiletí 21. století v rámci programu Cosmic Visions. Jejich podobné zaměření je nakonec spojilo v jednu misi, která nedávno započala. Stavba teleskopu byla schválena v roce 2012 a samotné sestavování začalo v roce 2020. Startovní hmotnost Euclidu je 2160 kilogramů a jeho rozměry jsou 4,5 × 3,1 metru.

 

Družice získává energii využitím solárních panelů nacházejících se na servisním modulu. Tam bychom nalezli i malé motory pro přesné zaměření vybraných částí noční oblohy. Typově se jedná o Korschův dalekohled se zorným polem asi půl čtverečního stupně, který se skládá z celkem šesti zrcadel, přičemž průměr toho primárního (M1) dosahuje 120 centimetrů. Ohnisková vzdálenost optického systému činí 24,5 metru. Zrcadla vyrobená firmou Safran Reosc, která produkuje zrcadla pro světoznámé dalekohledy, jako je ELT, posílají světlo do dvou vědeckých přístrojů. Kamera VIS a spektrometr kombinovaný s fotometrem NISP společně tvoří srdce teleskopu.

 

Kamera VIS (VISible instrument) bude snímat vzdálené galaxie ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra elektromagnetického záření, tedy ve vlnových délkách 550–900 nanometrů. Má v sobě 36 CCD čipů, přičemž každý z nich má 4000 × 4000 pixelů, což dohromady dává kolem 600 megapixelů. Citlivá kamera bude fotografovat více než jednu miliardu galaxií, zkoumat jejich tvary a analyzovat efekty gravitačních čoček. 

 

Druhým vědeckým přístrojem je NISP (Near-Infrared Spectrometer and Photometer) pokrývající vlnové délky od 900 do 2000 nanometrů, což odpovídá blízkému infračervenému záření. Postará se o přesné měření rudého posuvu dalekých i blízkých galaxií. Z toho lze zjistit vzdálenosti jednotlivých hvězdných ostrovů. Tyto informace nám poslouží k vytvoření 3D mapy vesmíru, jež bude ukazovat, jak se během života vesmíru měnilo rozložení hmoty.

 

 

Cíle mise

Mise průzkumného dalekohledu je plánována na šest let, finální doba se však může prodloužit. Časový limit udává například palivo na pohon korekčních motorů nezbytných pro správnou práci družice. Euclid si během této doby prohlédne zhruba třetinu oblohy. Vynechá místa roviny ekliptiky a pásu Mléčné dráhy, kde mu ve výhledu na „oceán“ galaxií brání prach ve Sluneční soustavě, hustá mezihvězdná mračna a hvězdy. Nejvíce se zaměří na tři hluboká pole, na jejichž snímání stráví asi desetinu celkového pozorovacího času. Místa byla zvolena kvůli malému výskytu jasných hvězd a prachu z naší Galaxie a jejich blízkosti k pólům ekliptiky. 

Euclid by měl zachytit přes dvě miliardy galaxií vzdálených do 10 miliard světelných let od Země. Díky tomu uvidí značnou část historie vesmíru, což nás přivádí k prvnímu hlavnímu cíli. Astronomové s přístupem k takto obrovskému množství galaxií z různých období vesmíru budou moci zkoumat galaktickou evoluci – jak se během několika miliard let vyvíjely jejich tvary a další vlastnosti. Na základě toho lze hledat souvislosti mezi okolními i vnitřními prostředími a jednotlivými hvězdnými ostrovy, které například z nějakých důvodů přestaly aktivně tvořit hvězdy. 

Jedním z cílů je najít vztah mezi vzdáleností a rudým posuvem, čímž bychom se mohli dozvědět mnohem více o samotném zrychlování rozpínání vesmíru. Dále mise umožní zmapovat distribuci temné hmoty ve 3D, a to pomocí měření efektu slabých gravitačních čoček. Tento jev je tvořen gravitací viditelné i skryté hmoty, která je ve vesmíru četnější. Toto není ani zdaleka všechno, co budou pořízená data obsahovat. Vzhledem k tomu, že dalekohled nasnímá poměrně velkou část oblohy, zachycení supernovy nebo planetky ze Sluneční soustavy je vysoce pravděpodobné.

Start a budoucnost dalekohledu

Euclid měl původně letět na ruské raketě Sojuz ST-B. Rusko však v únoru roku 2022 rozpoutalo válku s Ukrajinou, která zasáhla i do kosmonautiky. ESA přestala s Ruskem spolupracovat, a tak přišla o raketu, jež měla teleskop dostat do kosmu. Za náhradu se zvažovala vyvíjená raketa Ariane 6, ale ta zatím neměla ani svou premiéru, a tak by mise musela být odložena. Nejvíce se nabízel bezpečný Falcon 9 od SpaceX a ten byl nakonec i vybrán.

V sobotu 1. července v 17:12 SELČ se zažehly motory rakety Falcon 9 a Euclid se tak vydal z floridského Mysu Canaveral na cestu k cílovému libračnímu bodu L2 soustavy Slunce-Země, kam poletí přibližně 30 dní. Z tohoto bodu pozoruje mimo jiné dalekohled Jamese Webba a observatoř Gaia. Samotný start proběhl hladce, první stupeň úspěšně přistál na mořské plošině A Shortfall Of Gravitas a v čase 41 minut a 5 sekund po vzletu se náklad odpojil od druhého stupně. Během prvních tří měsíců mise bude dalekohled uveden do provozu, čekají ho kalibrace a další nutné kontroly. První vydání dat můžeme očekávat až v době zhruba 2,5 roku po vypuštění.

Skrytá hmota a skrytá energie

Pojďme si na konec říct, co je to temná látka a temná energie. Hypotetickou temnou hmotu poprvé předpokládal anglický fyzik William Thomson (Lord Kelvin), který se pokusil změřit hmotnost Mléčné dráhy pomocí hvězd kroužících blízko kolem středu galaxie. Jeho výsledek se však neshodoval s odhadovanou hmotností vypočítanou na základě všech viditelných hvězd. Na temnou hmotu v roce 1933 mimo jiné narazil i švýcarský astronom Fritz Zwicky. Ten při odhadování hmotnosti galaktické kupy Coma (Abell 1656) v souhvězdí Vlasů Bereniky (Coma Berenices) zjistil, že se jednotlivé hvězdné ostrovy pohybují mnohem rychleji, než by měly.

 Mezi nejvýznamnější průkopníky ve výzkumu temné hmoty patří Vera Rubin, Ken Freeman a Kent Ford, kteří pomocí spektrografu změřili rotační křivku několika spirálních galaxií. Ta popisuje rychlost rotace hvězd a mezihvězdného materiálu v galaktickém disku v závislosti na jejich vzdálenosti od středu galaxie. Pokud bychom brali v potaz pouze zářící hmotu, rychlost hvězd by se s narůstající vzdáleností od středu galaxie nejdříve zvyšovala a později by začala klesat. Pořízené křivky ovšem ukázaly, že se rychlosti místo poklesu naopak pomalu zvyšují.

Z tohoto menšího historického okénka je patrné, že ve všech případech chybí hmota, která nevyzařuje, neabsorbuje ani neodráží elektromagnetické záření, ale pouze gravitačně působí na okolí. Z těchto důvodů ji nazýváme skrytou či temnou.

Tato látka tvoří až 26,8 % energie a hmoty ve vesmíru, kde není rozložena rovnoměrně. Zbývajících 73,2 % celkové hmoty a energie tvoří běžná baryonová hmota (4,9 %) a hypotetická temná energie (68,3 %), která vysvětluje zrychlující rozpínání vesmíru. Skrytá energie byla objevena díky zkoumání rudého posuvu vzdálených supernov. Změřit toto zrychlení bude jedním z cílů nového vesmírného dalekohledu Euclid.