Öklid Uzay Teleskobu Karanlık Evrene Işık Tutacak – “Fizikte Bir Devrim Neredeyse Garantili”

University College London (UCL) araştırmacıları tarafından tasarlanıp inşa edilen devasa bir optik kamera içeren, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) liderliğindeki bir uzay görevi olan Euclid, iki gizemli bileşeni daha iyi anlamak için evrenin büyük ölçekli yapıları: karanlık madde ve karanlık enerji.

Çevremizdeki dünyada görebildiğimiz ve algılayabildiğimiz her şey – yıldızlar, galaksiler, çiçekler, bizim cisimler, atomlar – evrenin sadece %5’ini temsil eder. Geri kalanı, mevcut teorilere göre iki bileşenden oluşuyor: karanlık madde ve karanlık enerji. Onların varlığı dolaylı olarak anlaşılmaktadır. Karanlık madde galaksileri bir arada tutar; karanlık enerji evrenin genişlemesini hızlandırıyor. Ama ne oldukları bilinmiyor. Şimdi, bu gizemi çözmeye yardımcı olmak için uzaya bir teleskop fırlatıldı.

UCL’nin Mullard Uzay Bilimleri Laboratuvarı’ndan Profesör Tom Kitching, Avrupa Uzay Ajansı liderliğindeki Öklid görevinin dört bilim koordinatöründen biridir. Geri getirdiği verilerin, karanlık enerjinin “vakum enerjisi” olup olmadığını belirleme potansiyeline sahip olduğunu söylüyor – boş uzayda var olan ve yok olan sanal parçacıkların enerjisi. Eğer öyleyse, bu boşluk enerjisinin mevcut teorilerin öngördüğünden çok daha güçlü olması gerekeceğinden, parçacık fiziğinin temel teorilerinin gözden geçirilmesi gerekecektir. Değilse, Einstein’ın yerçekimi teorisi yanlış olabilir. “Her iki durumda da fizikte bir devrim olur” diyor.

Öklid Misyonunun Arkasındaki Konsorsiyum

Misyon, çok büyük bir ortak projedir; tek başına bunu öneren konsorsiyum, 15 ülkeden 2.000 bilim adamı ve mühendisten oluşur. Teleskopun iki aleti vardır. Biri, Yakın Kızılötesi Spektrometre ve Fotometre (NISP), görünmez, yakın kızılötesi spektrumdan gelen ışığı yakalayacaktır. VIS adı verilen diğeri, görünür ışığı yakalayacaktır. Profesör Mark Cropper (UCL Mullard Uzay Bilimleri Laboratuvarı) (aşağıda resmedilmiştir) 16 yılı aşkın bir süredir UCL, Açık Üniversite ve Avrupa genelindeki ekiplerle birlikte çalışarak VIS optik kameranın tasarlanmasına ve geliştirilmesine öncülük etmiştir.

Uzaya şimdiye kadar gönderilen en büyük kameralardan biri olan kamera, evrenin 10 milyar yıl öncesine dayanan ve evrenin üçte birini kapsayan büyük bir bölümünün yüksek çözünürlüklü, panoramik görüntülerini çekecek. gece gökyüzü. Gökbilimciler bu verileri kullanarak iki milyar galaksinin şekillerini ölçecek ve zayıf yerçekimsel mercekleme adı verilen bir teknik kullanacaklar – uzak galaksilerden gelen ışığın teleskopa giderken araya giren maddenin yerçekimi tarafından nasıl büküldüğünü görerek – büyük ölçekli çıkarım yapacaklar. görünür ve karanlık maddenin daha önce olduğundan daha kesin dağılımı.

VIS ile Geçmişe ve Geleceğe Bakma

Uzak galaksileri gözlemlemek zamanda geriye bakmamızı sağladığından, gökbilimciler analiz edebilir Evrenin tarihi boyunca karanlık maddenin nasıl geliştiği. Bu, karanlık madde (galaksileri birbirine bağlayan) ve karanlık enerji (galaksileri birbirinden uzaklaştıran) arasındaki etkileşim hakkında fikir verir.

VIS’in geniş görüş alanı, neredeyse Hubble kadar keskin görüntüler çekeceği anlamına gelir. Uzay Teleskobu, gökyüzünün çok daha geniş bir alanını kaplayacak – Hubble’ın 25 yıl boyunca kapladığı alanı bir günde kaplayacak. Her görüntünün görüntülenmesi için 300 yüksek çözünürlüklü TV ekranı gerekir. Altı yıl boyunca, 1,5 milyardan fazla galaksinin şeklinin ölçülmesine izin verecek.Yapısı ve kalibrasyon ünitesi Fransa’dan, kepenk İsviçre’den ve İtalya’da bir işleme ünitesi inşa edildi. 36 CCD dizisi (fotonları elektronlara dönüştüren) dahil olmak üzere temel elektronik parçalar MSSL’de oluşturuldu, test edildi ve kalibre edildi.

Surrey Hills’teki Viktorya dönemi malikanesinde bulunan laboratuvarda 60 mühendis ve 140 bilim insanı çalışıyor. 300 uzay görevini destekledi. MSSL’de tasarlanan ve üretilen aletler, Mars’tan Satürn’e ve Güneş’in yakınına kadar güneş sisteminin birçok köşesine ulaştı ve en uzak galaksilerin aydınlatılmasına yardımcı oldu. İngiltere’nin ilk roketi olan Skylark’ın bir modeli bir merdivenin dibinde duruyor.

Öklid fırlatılmasından kısa bir süre önce ziyaret ettiğimde, mühendisler temiz bir odada (yukarıda resmedilmiştir) bir boşluk için bir plazma analiz cihazını test ediyorlar. hava durumu uydusu Vigil’e (2020’lerin ortalarında fırlatılması nedeniyle) iyonları ateşleyerek. Aletleri soğuk tutmak ve uzaydaki ortamı taklit etmek için nitrojen tüplerden içeri aktarılır.

Öklid Misyonundaki Önemli Roller ve Zorluklar

Christine Brockley-Blatt (UCL Mullard Uzay Bilimi Laboratuvarı), VIS kamerasının proje yöneticisidir. 12 set elektronik (ve iki yedek parça) teslim etmekten ve bunların uzay aracına entegrasyonunu desteklemekten sorumluydu. (Bu, pandemi sırasında olduğu gibi MSSL’den uzaktan yapıldı.) Avrupa çapında ileri geri taşınan farklı ekipman parçalarıyla “lojistik açıdan son derece karmaşıktı” diyor. Rol, kapsamlı mühendislik bilgisinin yanı sıra sabır ve insan becerileri gerektirir. “Temelde bir anne işi” diye şaka yapıyor. “Herkesin iyi olduğundan emin olmalısınız.”

Veri İşleme ve Netlik Arayışı

Görüntülerin ışınlanması, bir bakıma işin yalnızca başlangıcıdır. Yüzlerce bilim adamı, ham verileri astronomların mevcut evren modellerimizle karşılaştırabilecekleri özet istatistiklere dönüştürme sürecine dahil olacak. VIS’den alınan gri tonlamalı veriler, yer tabanlı Vera C. Rubin Gözlemevi’nden alınan renkli verilerle ve diğer Öklid aracı olan NISP’den alınan kızılötesi verilerle birleştirilerek ekibin nesneleri parlaklık ve bizden uzaklıklarına göre kataloglamasına olanak tanıyacak. Kullanılacak algoritmalar kendi başlarına gelişmiş gelişmelerdir.

Öklid Misyonu’nun Teorileri, Beklentileri ve Potansiyel Etkisi

Profesör Benjamin Joachimi (UCL Fizik ve Astronomi) vekildir Bu sürecin sonunda, görevi özetleri koordine etmek ve genel bir görünüm oluşturmak olan ekibin lideri. “Tek bir galaksiye bakarsanız, bize pek bir şey anlatamaz” diye açıklıyor. “Fakat pek çok galaksi bize evrenin özellikleri hakkında bilgi verebilir.”

Bu süreç – yer bölümünün bir parçası veya görevin yer tabanlı unsuru – zahmetli ama çok önemli. Profesör Joachimi, “Zemin bölümünün her adımının mükemmel bir şekilde yapılması gerekiyor” diyor. “Herhangi bir küçük hata, sonunda ortaya çıkan bilimi alt üst edebilir. Doğruluk gerekliliklerinden bazıları milyonda parça olarak ölçülebilir.” Öklid’in galaksilere ilişkin keskin görüşü (evrenin önceki araştırmalarına kıyasla daha yüksek çözünürlüğü) “bu bilgiyi ne kadar doğru işlememiz gerektiği konusunda çıtayı yükseltiyor.”

Profesör Joachimi, yer segmentindeki rolünün yanı sıra, verilerin, evrenin matematiksel modellerinin tahminleriyle nasıl karşılaştırıldığını araştıran bilim adamları arasında yer alacak. Bir kilit soru, diye açıklıyor, karanlık maddenin dağılımının ne kadar “küstah” olduğu.Belki de maddeyi daha az kümelenmiş yapmak için bazı yeni fizikler oldu. Profesör Joachimi, “Kimsenin bunu açıklayacak iyi bir teorisi yok” diyor. “Geceleri bizi uyanık tutan büyük bilmece bu.”

Profesör Kitching, özet istatistikleri modellerle karşılaştırarak evren hakkındaki mevcut anlayışımızla aynı fikirde olup olmadıklarına bakacak bilim adamlarından oluşan ekipler arasında yer alıyor. Profesör Joachimi gibi o da başlangıcından beri Öklid’in içinde yer alıyor. Misyonun kendisi için en etkileyici yanının bilim değil, insan boyutu olduğunu açıklıyor. “İlham verici çünkü 15 farklı ülkeden ve kültürden insanlar on yıllardır gerçekten çok karmaşık bir deney üzerinde birlikte çalışıyorlar” diyor. İklim değişikliği gibi sorunları çözmeyi amaçlayan uluslararası işbirliklerine örnek teşkil etmesini umuyor.

Yeni Keşiflerin Vaadi ve Önümüzdeki Zorluklar

Profesör Cropper, Öklid’e çalışma hayatı, teleskopun ortaya çıkaracağı sürprizleri sabırsızlıkla beklediğini söylüyor. “İnsanlar daha önce evreni bu kadar detaylı görmemiş olacaklar” diyor. “Dünya’ya gönderilen her 10 dakikalık teşhirde yeni şeyler olacak.”

Öklid üzerine ilk tartışmalarda yer almış ve UCL’nin çeşitli kozmolojik deneylerdeki rolünü başlatmış olan Profesör Ofer Lahav (UCL Fizik ve Astronomi). , misyonun “evrenin karanlık bölümleri ve kümeler ve boşluklar gibi üst yapıların oluşumu hakkındaki anlayışımızı değiştireceğini” söylüyor.

Fırlatmadan kısa bir süre önce, çoğu kişi teleskopun roketi konusunda endişeliydi uzaya yolculuk Aralarında Profesör Cropper ve Brockley-Blatt’ın da bulunduğu birkaç UCL mühendisi ve bilim adamı, Florida’da yakın bir yerden izlemeyi planladı. Profesör Cropper, kaygı düzeylerinin arttığını söyledi. “Yukarı çıkarken zorlu bir yolculuk oluyor.”

Fırlatma başarılı olursa, dedi Profesör Kitching, “fizikte bir devrim neredeyse garantidir.”