Un nuovo telescopio studierà l’universo oscuro

Il telescopio spaziale Euclid è stato lanciato il 1 luglio 2023 a bordo di un razzo Falcon 9 e ora orbita attorno al sole a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, insieme al telescopio spaziale James Webb, l’ammiraglia della NASA.

Euclide ha aperto l’obiettivo sullo spazio nella sua missione: trovare e quindi quantificare la massa e l’energia oscura invisibile.

Entro sei anni, il telescopio spaziale fotograferà un terzo del cielo e fotograferà 1,5 miliardi di galassie.

L’analisi di tutte queste immagini mostrerà come le forze oscure hanno dettato il contenuto e la forma dell’universo.

Forse Euclide rivoluzionerà non solo la nostra comprensione della materia e dell’energia oscura, ma anche le teorie fondamentali della cosmologia.

Queste osservazioni possono confermare o confutare la nostra comprensione della gravità e della storia dell’universo.

La materia oscura accelera le stelle

Le galassie formano grandi ammassi. Già negli anni ’30, le osservazioni mostrarono che le galassie di questi ammassi orbitavano l’una attorno all’altra più velocemente di quanto potrebbero essere spiegate dalle stelle che vediamo.

L’astronomo svizzero Fritz Zwicky analizzò questo fenomeno e suggerì che nelle galassie esiste una massa che non possiamo vedere – la chiamò “materia oscura” (in tedesco). Metti da parte la questione).

La materia oscura garantisce inoltre che le stelle nella galassia orbitino attorno al nucleo galattico più velocemente di quanto sia effettivamente possibile.

Negli anni ’70, l’astronoma americana Vera Rubin misurò la rotazione di un certo numero di galassie e si rese conto che le galassie contenevano più di cinque volte la quantità di materia oscura rispetto alla materia normale.

Da allora, i fisici hanno cercato di capire cos’è la materia oscura.

Ma tutto ciò che sappiamo è che non irradia, riflette o assorbe la luce e attraversa la materia ordinaria senza emettere il minimo suono.

Miliardi di particelle di materia oscura possono attraversare il nostro corpo ogni secondo senza che ce ne accorgiamo.

In centinaia di esperimenti, i fisici hanno cercato di trovare la materia oscura, ma finora non ha lasciato traccia, tranne che la sua gravità attira verso il basso la materia ordinaria.

La gravità fa sì che la materia ordinaria si fonda per formare enormi strutture cosmiche. Le galassie sono come gocce di rugiada in una tela di ragno tridimensionale, e i fili sono materia oscura.

Ma ora il telescopio Euclid mapperà la questione.

Utilizzando il telescopio Euclid, gli astronomi saranno in grado di creare un’immagine tridimensionale dell’universo.

L’immagine è paragonabile a ciò che i medici realizzano con una TAC.

Le immagini 3D consentono ai ricercatori di vedere come le galassie si sono riunite negli ultimi 10 miliardi di anni. In questo modo potranno anche scoprire come la materia oscura ha modellato l’universo.

Inoltre, utilizzeranno il “debole effetto di lente gravitazionale” per rilevare la materia oscura. Questo effetto è chiamato perché la materia oscura, come la materia ordinaria, piega lo spazio attorno a sé, il che significa che la luce proveniente da galassie distanti deve attraversare l’universo per raggiungerci.

Ad esempio, la materia oscura agisce come una lente che fa apparire le galassie un po’ distorte quando la loro luce entra nel telescopio Euclide.

Le analisi delle galassie distorte potrebbero avvicinare gli scienziati alla verità sulla materia oscura.

La composizione della materia non è ancora nota, ma due candidati indicano la strada: le particelle pesanti chiamate “deboli”. (particelle massicce che interagiscono debolmente) E particelle più leggere chiamate assoni.

Le osservazioni di Euclide possono essere confrontate con modelli computerizzati di deboli e assi, indirizzando i ricercatori verso la conclusione corretta.

L’universo sta accelerando

L’universo si sta espandendo. I ricercatori se ne sono accorti già negli anni ’20: le galassie si allontanano sempre più man mano che aumenta la distanza tra loro, e questo può essere misurato.

Gli astronomi credevano che questa espansione fosse rallentata dalla materia nell’universo, perché la materia attrae la materia attraverso la gravità.

Invece, nel 1998, scoprirono che questa espansione non solo continuava senza sosta, ma stava accelerando. Quindi deve esserci energia che si oppone alla forza di gravità uniforme e “spinge fuori” – questa è chiamata energia oscura.

Nel modello più semplice, l’energia oscura è incorporata nello spazio e agisce come una forza repulsiva – pressione negativa – che provoca l’espansione dello spazio.

Più spazio significa più energia oscura, il che significa più spazio, e così via.

Ma forse l’energia oscura non è così semplice.

Usando Euclid, i ricercatori possono capire quanto velocemente le galassie si sono allontanate l’una dall’altra negli ultimi 10 miliardi di anni.

Possono anche scoprire se l’energia oscura si comporta sempre allo stesso modo nell’universo. Se le forze sono cambiate nel tempo, dobbiamo trovare un nuovo modello per l’universo e la sua evoluzione.

Le teorie possono essere riscritte

Euclid è l’unico telescopio spaziale che si concentrerà esclusivamente sull’universo oscuro. Ma le sue misurazioni non saranno isolate, perché il Grande Osservatorio americano Vera C. Rubin è attualmente in costruzione.

Questo telescopio sarà situato sul monte Cerro Pachón, nel nord del Cile, e osserverà il cielo nell’emisfero australe a partire dal 2024.

Inoltre, il prossimo grande strumento della NASA, il Nancy Grace Roman Space Telescope, verrà lanciato nel 2027. Sarà due volte più grande di Euclid e sarà in grado di vedere più lontano nello spazio.

La combinazione dei dati di Euclide con quelli di Rubin e Roman potrebbe portare a calcoli più accurati quando si tratta di comprendere l’energia oscura.

La grande domanda è se il miglior modello dell’universo sviluppato dagli astrofisici sia corretto.

I fisici li progettano sulla base di due presupposti: che la materia sia distribuita uniformemente e che l’universo abbia lo stesso aspetto in tutte le direzioni e si stia espandendo alla stessa velocità in tutte le direzioni.

Se le misurazioni di Euclide mostrano che non è così – ad esempio, se l’universo si espande più velocemente in una direzione che nell’altra – i fisici dovranno tornare al tavolo da disegno.

Ma la sorpresa più grande si avrà se si scoprisse che la teoria generale della relatività di Einstein non può essere applicata su larga scala.

Quindi gli scienziati dovrebbero elaborare una teoria della gravità completamente nuova.