A kozmosz túlnyomórészt olyan anyagokból áll, amelyeket nem látunk. Tudjuk, hogy ott vannak, de nem bocsátanak ki fényt (nemcsak a látható tartományban, de az elektromágneses tartomány más részeiben sem), és talán nem is lépnek közvetlen kölcsönhatásba a normál anyaggal. Hogyan lehet egyáltalán elkezdeni megérteni az ilyen anyagokból álló dolgok természetét?
A kulcs az, hogy a világegyetemre gyakorolt hatásuk révén kell tanulmányozni őket. A sötét anyagnak van gravitációja, így befolyásolja a normál anyag mozgását és galaxisokban való eloszlását. (Tekintettel arra, hogy a világegyetemben ötször vagy még többször annyi sötét anyag van, mint normál anyag, elgondolkodtató lehet az is, hogy melyiket nevezzük „normálnak”.) A sötét anyag azt is megszabja, hogyan terjed a fény a térben, amelyet a gravitációjával eltorzít. A sötét energia pedig a világegyetem gyorsuló tágulását okozza, ami befolyásolja, hogyan mérjük a távoli galaxisok távolságát, és megváltoztatja a galaxisok és galaxishalmazok eloszlását a nagyobb léptékű kozmikus struktúrákban.
Ezek pedig okos megoldásokkal és megfelelő fejlett technológiákkal mérhető hatások. Az Európai Űrügynökség (ESA) egy kivételesen hatékony új eszközzel járult hozzá az ezt lehetővé tevő eszköztárhoz: az Euclid nevű, űrbe telepített obszervatórium célja, hogy feltárja a sötét világegyetem titkait – és egy csomó mindent a látható világegyetemről is.
A legtöbb űrtávcsőhöz képest az Euclid méretét tekintve elég szerény. Mindössze 1,2 méteres tükörrel rendelkezik, ami csak fele akkora átmérőt jelent, mint a Hubble űrtávcsőé, és ötödakkora, mint a James Webb űrteleszkóp (JWST) főtükre. Kisebb mérete dacára azonban az Euclid egy fontos szempontból felülmúlja e két hatalmas űrobszervatóriumot: a Hubble és a JWST főtükrei által biztosított szűk látómezővel ellentétben az Euclid tükre panorámaképet nyújt. A teleszkóp elképesztő, fél négyzetfoknyi égboltot képes megjeleníteni felvételein, ami több mint kétszerese a telihold által kitakart területnek.
Minden nap egy hosszú, széles sávot pásztáz végig az égbolton, és a küldetés célja az, hogy összesen 15 ezer négyzetfokot figyeljen meg, ami az egész égbolt több mint egyharmada.
Mindezt ráadásul nagy felbontásban teszi – azaz képes megjeleníteni az apró részleteket is.
Az Euclid 2023 júliusában indult útjára, és az első előzetes képeket még abban az évben közzétették. Májusban az ESA aztán közzétette a teleszkóp első teljesen kalibrált tudományos képeit, valamint egy sor tudományos publikációt is. Ezek az eredmények vizuálisan és tudományosan is nagyszerűek, és kiváló ízelítőt nyújtanak abból, hogy mire lehet jó ez a küldetés.
Abell 2390
Az Abell 2390 egy galaxishalmaz, amely közel hárommilliárd fényévre van a Földtől. Nagyon népes, több ezer galaxissal rendelkezik, amelyek gravitációsan kötődnek egymáshoz. Az ehhez hasonló halmazok kincsesbányát jelentenek a csillagászok számára: olyan hatalmasak, hogy gravitációjuk jelentősen torzítja a teret. Ezt nevezik gravitációs lencsézésnek, mivel a még távolabbi, háttérbeli galaxisokból érkező fényt képesek felénk irányítani és felerősíteni. A halmazban lévő sötét anyag hozzájárul ehhez a lencsehatáshoz, és a háttérbeli objektumok finoman torzított képeinek vizsgálatával a szakértők fel tudják térképezni a lencséző rendszer sötét anyagának eloszlását is.
De ami szintén nagyon izgalmas, az Euclid felfedezett egy olyan csillagpopulációt a halmazban, amely eddig szinte láthatatlan volt: a galaxisok közötti csillagokat. Ezek a csillagok külön-külön halványak, de együttes fényük lehetővé teszi, hogy láthatóvá váljanak, legalábbis az Euclid által. Bár a Hubble-hoz hasonló teleszkópokkal már korábban is észlelhetők voltak ilyen égitestek, ezek a megfigyelések szűk látómezőkre korlátozódtak, és gondos célzást igényeltek. Az Euclid az egész halmazt egyben látja, és össze tudja adni az összes „kóbor” csillag fényét.
Ezt egy másik galaxishalmaz, a Perseus-halmaz korábbi megfigyelése során is megtették, és a csillagászok megállapították, hogy ez a halmazon belüli fény sok milliárd csillagból származhat. Ezek a kóbor csillagok tehát olyan sokan vannak, hogy egy egész galaxist alkothatnának, ha a galaxisok közötti hatalmas térrészekben léteznének. Hogy mi okozhatta kilökődésüket eredeti otthonukból, azzal kapcsolatban az uralkodó teória, hogy a halmaz peremén lévő kisebb galaxisokból válhattak ki, amelyek különösen ki voltak téve a többi galaxis erőteljes gravitációs erőhatásainak.
Az Abell 2390 mellékelt képe az Euclid két kamerájának megfigyelései alapján készült. Az egyik (VIS) az emberi szem által érzékelhető fényhez hasonló fényt érzékel, a spektrum zöld részétől egészen a közeli infravörös tartományig. A másik egy közeli infravörös spektrométer és fotométer (NISP), amely sokkal messzebbre lát a közeli infravörös tartományban, egészen két mikron hullámhosszig, ami nagyjából háromszor hosszabb, mint a szemünk által érzékelhető legnagyobb hullámhosszú fény.
A NISP 64 megapixeles, a VIS pedig több mint 600 megapixeles, ami még a csillagászatban is hatalmasnak számít.
A NISP nagy segítséget jelenthet a csillagászoknak a sötét energia megismerésében is. Ez az a rejtélyes erő, amelynek hatására a világegyetem egyre gyorsabban tágul, és a távoli galaxisok más távolságban vannak, mint amit az állandó sebességű tágulás eredményezné. A Földtől messze lévő galaxisok erős vöröseltolódáson mennek keresztül, mivel fényük hullámhossza a távcsöveinkhez vezető útjuk során megnyúlik a tér közbenső tágulása miatt. A nagyon távoli galaxisok esetében ez a hatás annyira kifejezett, hogy az eredetileg látható fényként kibocsátott sugárzás az infravörös tartományba tolódik át.
A NISP spektrométere ezt a mélyen vörösbe tolódott fényt hullámhosszakra bontja, amelyeket a csillagászok megvizsgálva mérni tudják az eltolódás mértékét, és így ki tudják számítani a galaxisok távolságát. A JWST is képes erre, de az Euclid sokkal nagyobb égboltot és így sokkal több galaxist lát egyszerre, és a kozmikus történelem elmúlt tízmilliárd évének és több millió galaxisának feltérképezése azt jelenti, hogy jobban „megfogható” a gyorsuló tágulás. A csillagászok azt is remélik, hogy a világegyetem több különböző részén is képesek lesznek mérni a gyorsulásban bekövetkező változásokat, ami korábban nem volt lehetséges.
NGC 6744
Az Euclid nem csak a távolba tekint, hanem a közelben is vizsgálódik. Megnézte például a Földtől mintegy 30 millió fényévre lévő, látványos NGC 6744 spirálgalaxist. A teleszkóp széles látómezeje könnyedén, kitűnő részletességgel tárja fel a teljes galaxist és környékét. A galaxis általános szerkezetének és csillagpopulációjának vizsgálata mellett az Euclid az objektum környékét is belátta, hogy sokkal halványabb kísérőgalaxisok után kutasson, és amelyek gyakoriak a nagy galaxisok körül.
A nagyobb galaxisok körül nyüzsgő kisebb galaxisok különösen érzékenyen érzékelhetik a sötét anyag finom hatásait, így ezeknek a kísérőknek a katalogizálása és tanulmányozása újabb módja lehet annak, hogy a kutatók többet tudjanak a láthatatlan anyagról, és hogy ez hogyan befolyásolta a galaxisok kialakulását és fejlődést.
A csillagászok az NGC 6744 esetében már találtak is egy új, egyik ismeretlen kísérőgalaxist az Euclid adatai között, ami ígéretes kezdetet jelent.
Messier 78
Egy másik izgalmas felvétel egy még közelebbi célpontról készült: a Messier 78-ról. Ez egy csillagkeletkezési gáz- és porfelhő, amely mindössze 1300 fényévnyire van tőlünk. A felhő annak a hatalmas struktúrának a része, amelyhez az Orion-köd és a Lófej-köd is tartozik. Az M78 egy úgynevezett reflexiós köd: két hatalmas, fiatal, kék szuperóriás csillag világítja meg a felhőt, és ez a fény felénk szóródik, így a felhő pora kéknek tűnik. A szakértők kombinálták az Euclid infravörös és látható tartományban végzett megfigyeléseit, hogy lenyűgöző portrét készítsenek erről a csillagbölcsőről. A képen a meleg hidrogén rózsaszínes-lilásan ragyog, míg a kozmikus por vörösesbarna színűnek tűnik.
Az újszülött csillagok erős kölcsönhatásba lépnek a körülöttük lévő anyaggal. A még kialakulóban lévők anyagot vonzanak magukba, míg az érettebb csillagok hatalmasra nőhetnek, és olyan hevessé válhatnak, hogy fényük hatalmas üregeket váj a környező anyagfelhőkbe. Ezekben a felhőkben kisebb objektumok is kialakulhatnak, köztük nomád bolygók, amelyek közül a legnagyobbakat az Euclid képes lehet detektálni.
Mindez csak ízelítő abból, amit az Euclid nyújtani fog az elkövetkező években. A szakértők egy nemrég közzétett tanulmányban csillagászok a Tejútrendszer csillaghalmazokra kifejtett gravitációs torzítását térképezték fel az Euclid révén, és eredményeik alátámasztják az elméleti modelleket. Több tucat rendkívül távoli, ultraibolya sugárzást kibocsátó galaxist is felfedeztek, ami segíthet megérteni ezek a korai világegyetemben betöltött szerepét, beleértve azt is, hogy miként világították meg a körülöttük lévő anyagot egy reionizációnak nevezett esemény során, ami kulcsfontosságú volt a fiatal kozmosz történetében.
És ebben rejlik az Euclid igazi ereje. Az égbolt nagy területeinek felmérésével egyre átfogóbb képet kapunk az univerzumról, amelynek részleteit pedig a nagyobb távcsövek segítenek célzottan feltárni.
Az Euclid tehát lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy egy lépést tegyenek hátra, és jobban átlássák, milyen érdekességek várnak még rájuk a kozmoszban.
