Спустя 25 лет после открытия факт ускоренного расширения нашей Вселенной остается одной из величайших загадок астрофизики. Мы до сих пор не знаем наверняка, что его вызывает, какие параметры им управляют и как мы можем исследовать его характеристики. Одной из гипотез, объясняющих ускоренное расширение, является существование загадочной формы энергии, не поддающейся прямому обнаружению и однородно распределенной по всему пространству: темной энергии.
1 июля 2023 года была запущена миссия ЕКА "Евклид", предназначенная именно для изучения темной Вселенной. И, среди прочего, чтобы понять, почему космическое расширение ускоряется.
К маю 2027 года к Евклиду присоединится еще один космический телескоп, чтобы исследовать за пределами света галактик и понять, чем свет на самом деле не является. Это космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс Роман", который будет использовать другие, но взаимодополняющие стратегии, чем "Евклид". С помощью этих двух телескопов мы будем измерять ускоренное расширение разными способами и с гораздо большей точностью, чем это было возможно ранее.
В 1927 году бельгийский астроном Жорж Лемэтр обнаружил, что Вселенная расширяется с момента своего рождения, и этот факт был подтвержден наблюдениями Эдвина Хаббла в 1929 году. Но ученые ожидали, что гравитация материи во Вселенной постепенно замедлит это расширение.
В 1990-х годах, наблюдая за особым типом сверхновых, ученые обнаружили, что около 6 миллиардов лет назад что-то ( возможно, темная энергия?) начало увеличивать свое влияние на Вселенную, и никто не знает, как и почему. Тот факт, что оно ускоряется, а не замедляется, означает, что в нашем понимании космоса не хватает чего-то фундаментального.
В настоящее время ученые даже не уверены, вызвано ли ускоренное расширение Вселенной дополнительным энергетическим компонентом, или это скорее сигнал о том, что наше понимание гравитации должно как-то измениться.
Роман и Евклид предоставят данные для одновременной проверки теорий и (надеемся) заполнят эти пробелы, пытаясь разными способами найти причину космического ускорения. Оба они предназначены для его изучения, составления трехмерных карт Вселенной, чтобы попытаться ответить на фундаментальные вопросы о ее истории и структуре. Вместе они будут гораздо мощнее, чем поодиночке.
И Роман, и Эвклид будут изучать накопление материи с помощью метода, называемого слабым гравитационным линзированием. Явление гравитационного линзирования происходит потому, что любая масса деформирует ткань пространства-времени; чем больше масса, тем больше кривизна. Даже изображения от далекого источника искажаются, когда доходят до нас, настолько, что иногда они могут выглядеть полностью искаженными или даже образовывать несколько изображений.
С другой стороны, менее концентрированная масса, такая как скопления темной материи, может создавать эффекты, которые гораздо более тонки и их труднее обнаружить. Изучая эти меньшие искажения, фактически "слабое" линзирование, Роман и Эвклид создадут трехмерную карту темной материи.
Составление карты распределения темной материи даст подсказки о космическом ускорении и его источнике энергии, поскольку гравитационное притяжение этого типа материи противодействует расширению Вселенной.
И это еще не все, поскольку две миссии также будут изучать, как галактики группировались вместе на протяжении космических эпох. На самом деле, ученые обнаружили закономерность в том, как галактики группируются вместе: для любой галактики сегодня вероятность найти другую галактику на расстоянии около 500 миллионов световых лет, чуть ближе или дальше, в два раза выше. Это расстояние со временем увеличилось из-за расширения пространства. Заглянув дальше во Вселенную, можно изучить расстояние между галактиками в разное время. Наблюдение за тем, как менялась эта величина, поможет раскрыть историю расширения Вселенной.
Эвклид будет наблюдать за областью площадью около 15 000 квадратных градусов, или третью часть неба. Он будет делать это как в инфракрасном, так и в оптическом диапазоне длин волн света, но с меньшей детализацией, чем Роман. Он сможет вернуться на 10 миллиардов лет назад, в то время, когда возраст Вселенной составлял около 13 миллиардов лет.
Роман, с другой стороны, сможет исследовать вселенную с гораздо большей глубиной и точностью, но на меньшей площади: около 2000 квадратных градусов, или одна двадцатая часть неба. Его инфракрасное зрение вернется к тому времени, когда Вселенной было всего 2 миллиарда лет, и обнаружит большее количество более тусклых галактик.