SpaceX lança 'telescópio de energia escura' europeu para ajudar a desvendar os maiores mistérios da cosmologia

Republicado por Platão

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Um foguete SpaceX Falcon 9 se afasta da Estação Espacial de Cabo Canaveral, impulsionando o telescópio espacial Euclid da Agência Espacial Européia em uma trajetória para o espaço profundo, onde irá investigar a natureza da energia escura e da matéria escura. Imagem: Adam Bernstein/Spaceflight Now.

A Agência Espacial Européia lançou seu telescópio espacial Euclides de US $ 1.5 bilhão no sábado, uma tentativa ambiciosa e inédita de definir a natureza da matéria escura, um material desconhecido que permeia o cosmos, e a energia escura, a misteriosa força repulsiva que é acelerando a expansão do universo.

“É muito difícil encontrar um gato preto em um quarto escuro, especialmente se não houver nenhum gato”, disse Henk Hoekstra, astrônomo da Universidade de Leiden e membro do Euclid Consortium de pesquisadores. “Essa é um pouco a situação em que nos encontramos porque temos essas observações, mas nos falta uma boa teoria.

“Até agora, ninguém apresentou uma boa explicação para a matéria escura, energia escura e outros desafios também relacionados à física de partículas. … O lançamento de Euclides realmente [transporta] a cosmologia para o futuro. É a primeira missão espacial projetada para estudar a energia escura.”

Em 1998, os astrônomos mapeando a expansão do universo esperavam vê-lo desacelerar devido à gravidade de todos os seus constituintes. Eles ficaram surpresos ao descobrir a expansão do espaço e tudo nele começou a acelerar cinco a seis bilhões de anos atrás. A força desconhecida que impulsiona essa aceleração foi apelidada de energia escura.

Desde então, os pesquisadores concluíram que a energia escura representa quase três quartos do orçamento de massa de energia de todo o universo. A matéria escura compõe cerca de 24 por cento do universo, enquanto os átomos e moléculas que compõem a matéria normal – Terra, seres humanos, estrelas e galáxias – representam apenas 5 por cento.

Um conceito artístico de Euclides tendo como pano de fundo o espaço profundo, onde ele sondará a natureza da energia escura acelerando a expansão do universo enquanto mapeia concentrações de matéria escura invisível, que influencia como as galáxias evoluem e se aglomeram. Imagem: ESA.

Ao estudar mudanças sutis na luz das galáxias ao longo dos últimos 10 bilhões de anos, as câmeras de Euclides ajudarão os cientistas a descobrir se a energia escura é consistente com uma “constante cosmológica” imutável, uma vez prevista pela teoria da relatividade geral de Einstein ou se a compreensão atual da gravidade precisa de revisão.

Yannick Mellier, astrônomo do Institut d'Astrophysique de Paris e membro da equipe científica de Euclides, colocou assim:

“O objetivo da missão Euclides é fornecer respostas às seguintes perguntas: por que a expansão do universo está se acelerando, o que se traduz em qual é a natureza da energia escura? É uma constante cosmológica? É uma energia escura dinâmica com propriedades que podem variar com o tempo? Ou é um desvio da relatividade geral em escalas cosmológicas?”

Ao mesmo tempo, Euclides também estudará a natureza da matéria escura, um mar de partículas que não emitem nem refletem luz ou qualquer outra radiação eletromagnética, mas cujos efeitos gravitacionais são claramente vistos. A matéria escura impede que as galáxias se separem e influencia como as galáxias evoluíram e se agruparam ao longo dos 13.7 bilhões de anos desde o big bang.

“Euclides vai investigar a distribuição da matéria escura e a distribuição das galáxias com uma precisão sem precedentes do espaço”, disse Mellier. “Ele também reconstruirá a história cósmica do universo nos últimos 10 bilhões de anos.”

Ele fará isso obtendo imagens de mais de 10 bilhões de galáxias. O software no terreno ajudará a identificar 1.5 bilhão ou mais dos melhores candidatos e analisar como suas formas foram distorcidas por nuvens de matéria escura invisível que preenchem o espaço entre Euclides e seus alvos.

A técnica, conhecida como lente gravitacional fraca, é semelhante em conceito à maneira como a água distorce levemente as formas das rochas espalhadas pelo leito de um riacho. É um efeito extremamente sutil do ponto de vista cosmológico, exigindo software complexo, computadores poderosos e mais de 1,500 cientistas em nove centros de pesquisa para desvendar.

Mas se tudo correr bem, Euclides “observará diretamente a distribuição da matéria escura usando o efeito de lente gravitacional que modifica as formas das galáxias, que são desviadas por toda a distribuição da matéria escura ao longo de uma determinada linha de visão”, disse Mellier. “E isso fornecerá a distribuição da matéria escura invisível em um campo de Euclides.”

Observações espectroscópicas de dezenas de milhões de galáxias permitirão aos pesquisadores mapear distâncias e velocidades em três dimensões, esclarecendo se a energia escura é, de fato, a força por trás da aceleração da expansão cósmica ou se alguma outra explicação pode ser necessária.

O Falcon 9 carregando Euclid sai da Costa Espacial da Flórida em 1º de julho de 2023. Imagem: Michael Cain/Spaceflight Now.

A missão começou às 11h12 EDT de sábado, quando um foguete SpaceX Falcon 9 ganhou vida na Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral. Depois de uma rodada ultrarrápida de verificações de computador, o foguete foi lançado para subir acima de 1.7 milhão de libras de empuxo, dando um show espetacular no céu de fim de semana para residentes e turistas da área.

Quarenta e um minutos depois, após dois disparos do motor de segundo estágio do foguete, Euclid foi liberado para voar por conta própria. O primeiro estágio do Falcon 9, como de costume para a SpaceX, voou para pousar em um droneship off-shore.

A Agência Espacial Européia, ou ESA, estava se preparando para lançar o telescópio espacial Euclides no ano passado em um foguete russo Soyuz decolando de Kourou, na Guiana Francesa. Mas, após a invasão da Ucrânia pela Rússia, esses planos desmoronaram, deixando Euclides sem uma carona para o espaço.

Em julho passado, a ESA abordou a SpaceX sobre o possível lançamento no foguete Falcon 9 da empresa. No final do ano, os contratos estavam fechados e a equipe pôde seguir para o lançamento de sábado.

“Devemos … muito obrigado à SpaceX”, disse Mike Healy, chefe de projetos científicos da ESA. “Sem eles, nosso satélite ficaria parado no chão por dois anos.”

Euclides está destinado a uma região no espaço a cerca de um milhão de milhas da Terra – Lagrange Point 2 – onde a gravidade do sol e da Terra se combinam para formar uma região quiescente onde a espaçonave pode permanecer no local com o mínimo de manobra e uso de combustível. O Telescópio Espacial James Webb também opera no ponto L2.

O Euclid de 4,760 libras está equipado com um espelho primário quase perfeito de 3 pés e 11 polegadas de largura e dois instrumentos: uma câmera de luz visível de 600 megapixels e um espectrômetro de imagem infravermelha de 64 megapixels. O campo de visão do telescópio é aproximadamente o dobro do tamanho da lua cheia.

Após um período de verificação e calibração de um mês, a Euclid começará a mapear 15,000 graus quadrados do céu, que inclui todo o espaço fora da Via Láctea, imagens de galáxias e aglomerados de galáxias que datam de 10 bilhões de anos.

Isso capturará a transição da desaceleração inicial impulsionada pela gravidade do universo para a era da expansão acelerada sob o domínio emergente da energia escura.

“O Euclid pode, de uma só vez, oferecer um campo muito maior do que o acessível pelo Hubble,” disse René Laureijs, cientista do projeto Euclid da ESA. “Durante toda a sua vida, o Hubble não cobriu mais de 100 graus quadrados, e isso pode ser feito por Euclides em 10 dias. Portanto, para obter nossos 15,000 graus quadrados, que é o tamanho de nossa pesquisa do céu, precisamos dessas grandes imagens do céu.”

O Euclid fará uma varredura no céu noturno, combinando medições separadas para formar a maior pesquisa cosmológica já realizada no visível e no infravermelho próximo. Esta animação mostra as áreas que irá abranger. Os diferentes tons de cinza representam a área do céu coberta por um ano durante a pesquisa de seis anos de Euclides. Imagem: ESA.

A Euclid levará seis anos para completar seu mapa do céu, gerando cerca de 100 gigabytes de dados compactados por dia, ou cerca de 70,000 terabytes estimados e difíceis de imaginar ao longo da missão.

“Seu iPhone tem talvez 10 megapixels”, disse Jason Rhodes, membro do Euclid Consortium de pesquisadores. “Então (as duas câmeras Euclid) juntas têm cerca de 700 megapixels. Vamos tirar fotos com essas câmeras a cada poucos minutos durante seis anos.

“Mas a quantidade de dados que enviamos em comparação com a quantidade de dados que está totalmente no arquivo no final do processo, é outro fator de mil.”

Gaitee Hussain, chefe da divisão científica da ESA, disse que essas imagens incluirão oito bilhões de galáxias, “das quais as melhores de um bilhão e meio a dois bilhões serão selecionadas para o experimento de lente fraca”.

“Estaremos coletando milhões, dezenas de milhões de desvios para o vermelho espectroscópicos, bem como literalmente bilhões de desvios para o vermelho fotométricos, a fim de entender as distâncias das galáxias que estamos observando”, acrescentou ela.

“Isso implica taxas de dados massivas, não apenas para levar os dados ao solo, mas também em termos de entrega de dados aos (pesquisadores). … Isso é o que é necessário para responder ao que é indiscutivelmente a questão mais fundamental da física e da cosmologia hoje, ou seja, do que o universo é realmente feito?”