Euclid wordt dit jaar gelanceerd met een door SpaceX gebouwde raket. Werk uitgevoerd door ATG onder contract voor ESA, CC BY-SA
De Euclid-satelliet van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) heeft op 1 mei 2023 het eerste deel van zijn lange reis naar de ruimte voltooid, toen hij op een boot vanuit Italië in Florida aankwam. Het is de bedoeling dat hij begin juli opstijgt met een Falcon 9-raket, gebouwd door SpaceX, vanaf Cape Canaveral.
Euclides is ontworpen om ons een beter inzicht te geven in de “mysterieuze” componenten van ons universum, bekend als donkere materie en donkere energie.
In tegenstelling tot de normale materie die we hier op aarde ervaren, reflecteert of zendt donkere materie geen licht uit. Het bindt sterrenstelsels samen en men denkt dat het ongeveer 80% uitmaakt van alle massa in het universum. We weten er al een eeuw van, maar de ware aard ervan blijft een raadsel.
Donkere energie is net zo raadselachtig. Astronomen hebben aangetoond dat de uitdijing van het heelal in de laatste vijf miljard jaar sneller is gegaan dan verwacht. Velen geloven dat deze versnelling wordt aangedreven door een onzichtbare kracht, die donkere energie wordt genoemd. Deze vormt ongeveer 70% van de energie in het heelal.
Euclides zal dit “donkere heelal” in kaart brengen, met behulp van een reeks wetenschappelijke instrumenten om verschillende aspecten van donkere energie en donkere materie te belichten.
Een licht in het donker
Na de lancering zal Euclides een maandenlange reis ondernemen naar een gebied in de ruimte dat het tweede Lagrangiaanse punt Aarde-Zon wordt genoemd, dat vijf keer verder van ons verwijderd is dan de maan. Het is waar de zwaartekracht van de zon en de aarde elkaar in evenwicht houden en biedt een stabiel uitkijkpunt voor Euclides om het heelal te observeren. Euclides voegt zich op dit punt bij de James Webb Space Telescope (JWST) en wordt de perfecte metgezel van dat geweldige ruimteobservatorium.
Mijn betrokkenheid bij Euclides begon in 2007 toen ik door ESA werd uitgenodigd om deel te nemen aan een onafhankelijk conceptueel adviesteam om twee concurrerende missievoorstellen, SPACE en DUNE, te beoordelen.
Beide gebruikten verschillende technieken, en dus verschillende instrumenten, om het donkere heelal te bestuderen, en ESA worstelde met de keuze tussen beide. Beide waren overtuigende concepten en ons team besloot dat ze allebei waardevol waren, vooral om een essentiële kruiscontrole tussen beide te bieden. Euclides werd dus geboren uit het beste van beide concepten.
Euclides is ontworpen om het hele universum te bestuderen en heeft dus instrumenten met een breed gezichtsveld nodig. Hoe breder het gezichtsveld van het beeldvormend instrument, hoe meer van het heelal het kan waarnemen. Hiervoor gebruikt Euclides een relatief kleine telescoop in vergelijking met JWST. Vergeleken met de JWST is Euclid ongeveer zo groot als een vrachtwagen. Maar Euclid heeft ook enkele van de grootste digitale camera’s die in de ruimte zijn opgesteld, met gezichtsvelden die honderden malen groter zijn dan die van JWST.
Vormen en kleuren
Het Euclid VIS (of zichtbare) instrument, dat grotendeels in het Verenigd Koninkrijk is gebouwd, is ontworpen om de posities en vormen van zoveel mogelijk sterrenstelsels te meten om te zoeken naar subtiele correlaties in deze gegevens die worden veroorzaakt door de gravitationele lensing van het licht, terwijl het naar ons toe reist door de tussenliggende donkere materie. Dit gravitationele lenseffect is zwak, slechts één deel op honderdduizend voor de meeste sterrenstelsels, zodat er veel sterrenstelsels nodig zijn om het effect in hoge definitie te zien. VIS zal dus over een derde van de nachtelijke hemel Hubble-telescoopachtige beelden produceren.
VIS kan echter niet de kleuren van objecten meten. Dat is nodig om hun afstand te meten via het roodverschuivingseffect, waarbij het licht van die objecten wordt verschoven naar langere, of rodere, golflengten op een manier die verband houdt met hun afstand tot ons. Sommige van deze gegevens zullen moeten komen van bestaande en geplande observatoria op de grond, maar Euclides heeft ook het NISP-instrument (Near-Infra Spectrometer and Photometer) aan boord, dat speciaal is ontworpen om de infraroodkleuren en -spectra, en dus de roodverschuiving, te meten van de meest afgelegen sterrenstelsels die Euclides zal zien.
Om donkere energie te meten zal NISP gebruik maken van een relatief nieuwe techniek, Baryon Acoustic Oscillations (BAO) genaamd, die een nauwkeurige meting van de uitdijingsgeschiedenis van het heelal gedurende de laatste 10 miljard jaar mogelijk maakt. Die geschiedenis is essentieel voor het testen van mogelijke modellen van donkere energie, inclusief voorgestelde wijzigingen van Einstien’s Algemene Relativiteitstheorie.
Euclides zal informatie verzamelen over de vormen en andere eigenschappen van sterrenstelsels aan de hemel.
NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), en het Hubble Heritage Team (STScI/AURA), CC BY
Schatkamer
Voor een dergelijk experiment is een leger van wetenschappers nodig en niet iedereen houdt zich uitsluitend bezig met donkere materie en donkere energie. Net als JWST zal Euclid een schat aan nieuwe ontdekkingen opleveren op vele gebieden van de astronomie. Het Euclid-consortium heeft honderden mensen nodig om de geavanceerde software te helpen ontwikkelen die nodig is om de ruimtegegevens samen te voegen met de gegevens op de grond, en met grote nauwkeurigheid de vormen en kleuren van miljarden sterrenstelsels te extraheren.
Deze software is ook gecontroleerd en geverifieerd aan de hand van enkele van de grootste simulaties van het heelal die ooit zijn gemaakt. Na aankomst op L2 zal Euclides enkele maanden testen, valideren en kalibreren om er zeker van te zijn dat de instrumenten en de telescoop werken zoals verwacht. We kennen allemaal het nerveuze wachten na de recente lancering van de JWST.
Zodra Euclides klaar is, zal het beginnen aan een vijfjarig onderzoek van 15.000 vierkante graden van de hemel, waarbij ongeveer 2.000 wetenschappers uit de hele wereld onderweg resultaten zullen verzamelen. De ware kracht van Euclides zal echter pas worden gerealiseerd als we al deze gegevens bij elkaar hebben en zorgvuldig hebben geanalyseerd. Dat kan nog vijf jaar duren, zodat we nog ver in het volgende decennium zitten voordat we de definitieve antwoorden hebben. De lancering van SpaceX voelt daarom slechts als het halve punt in het verhaal van Euclides.
Ik reis deze zomer naar Florida om de lancering van Euclides bij te wonen. Ik zal worden vergezeld door honderden van mijn collega’s die hun carrière hebben gewijd aan de bouw van deze verbazingwekkende telescoop en dit experiment. Als ik het project op deze manier zie samenkomen, ben ik er trots op dat ik mezelf een “Euclidiaan” mag noemen.
Bob Nichol ontving eerder financiering van UKSA als onderdeel van zijn leidinggevende functies in het Euclid Consortium. Sinds 2020 heeft hij geen financiering meer ontvangen van UKSA.