Fuente: NASA
Agencia Espacial Europea (ESA) La misión de Euclides se lanzará al espacio en el cohete Falcon9 de SpaceX el 1 de julio o poco después. Muchos de los que trabajamos en esto estaremos en Florida para ver este emotivo evento.
La misión es específica. destinado al estudio universo oscuro, probando ambos”Materia oscura“I”energía oscura“…se cree que las sustancias desconocidas representan el 95% de la densidad de energía en el universo.
Pero también podrá probar algunos extraños, modelos alternativos gravedad – desafiando potencialmente al gran Albert Einstein relatividad general.
Los científicos conocen la existencia de la materia oscura desde hace casi un siglo. Esto se propuso después de que los astrónomos notaron que las galaxias en cúmulos tienen velocidades misteriosamente altas. Tales velocidades deberían hacer que los cúmulos se vaporicen, a menos que se mantengan unidos por una masa adicional. Debido a que esta materia no brillaba de la misma manera que las galaxias visibles, se la llamó materia oscura.
La lente gravitacional es nueva herramienta ver este material oscuro. Este efecto se basa en nuestra comprensión de la relatividad general. A medida que la luz nos llega desde galaxias distantes, su trayectoria se curva por grandes cúmulos de materia (oscura o brillante) en primer plano, que cambia su apariencia (y ubicación).
Este cambio es fácil de ver cerca de los núcleos de los cúmulos masivos (ver imagen a continuación), con galaxias estiradas en arcos que parecen largos, delgados y curvos. Podemos usar esta distorsión para determinar la cantidad de materia en el grupo de primer plano. Y esto confirma de nuevo que la mayor parte de la masa de estos cúmulos es oscura.
Lentes gravitacionales en el cúmulo de galaxias Abell 1689. Crédito: NASA/CXC/MIT/E.-H Peng et al; Óptica: NASA/STScI
Pero que Se puede hacer? Muchos físicos creen que es una partícula elemental desconocida. Un candidato popular aún por descubrir son los axiones, que se introdujeron originalmente para explicar por qué algunas simetrías fundamentales de la naturaleza parecen estar rotas.
Sin embargo, hay otras posibilidades. En lugar de postular la existencia de materia oscura, se puede estudiar la gravedad. La fuerza de la gravedad puede volverse más débil de lo previsto en la escala de las galaxias y más allá. Existen varios modelos alternativos de gravedad a estas escalas. puede explicar las curvas de rotación de las galaxias sin asumir que existe la materia oscura. El desafío para cualquiera de estas alternativas es hacerlo consistentemente en todas las escalas.
Si bien hay varias búsquedas terrestres de partículas de materia oscura, hasta el momento no se ha encontrado evidencia significativa. Por lo tanto, las observaciones astronómicas de los cúmulos de galaxias siguen siendo nuestra mejor opción para probar varias teorías que pueden explicar la materia oscura. Aquí es donde Euclid destacará gracias a su excepcional resolución, proporcionando una nitidez similar a la del Telescopio Espacial Hubble (ver imagen) sobre un tercio del cielo. En comparación, Hubble solo observó el 5% de todo el cielo.
El número de imágenes de cúmulos que obtendremos se multiplicará por 100 gracias a Euclid, lo que nos permitirá estudiar con gran precisión la distribución de la materia oscura en dichos cúmulos. La forma en que se organiza la materia oscura podría ser la clave de su origen y masa, descartando una serie de posibles partículas y teorías de la gravedad en el camino.
Energía oscura y gravedad
La materia oscura es potencialmente fácil de entender en comparación energía oscura, que se ha propuesto para explicar el descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando, lo que contradice las predicciones de la teoría de la gravedad de Einstein. Esta extraña sustancia es irritante para los físicos y cosmólogos, y la idea más simple es que la energía oscura es simplemente energía del espacio vacío (“energía de vacío”).
Esencialmente, a medida que ganamos más espacio en el universo en expansión, ganamos más energía de vacío, que luego impulsa la aceleración observada.
Esta simple explicación es razonable, excepto por la incómoda verdad de que la densidad observada de energía oscura es muchos órdenes de magnitud menor que la predicha por la teoría cuántica, que gobierna el universo en la escala más pequeña. En resumen, esta simple explicación plantea más preguntas de las que responde.
Al igual que con la materia oscura, una explicación alternativa para la energía oscura es que no es realmente una sustancia o forma de energía, sino una señal de que la gravedad se comporta de manera diferente en las escalas más grandes.
Esto ha llevado a una avalancha de nuevas ideas que amplían nuestra teoría de la gravedad más allá de la relatividad general. Por ejemplo, ¿podría existir la gravedad en más de cuatro dimensiones (tres dimensiones espaciales más el tiempo) que experimenta el resto del universo? Están ahí nuevas áreas centrales que aún no conocemos, que interactúan con la gravedad?
O tal vez la teoría de Einstein sea adecuada para los débiles campos gravitatorios que experimentamos en la Tierra, pero se está volviendo radical. de lo contrario, en campos gravitatorios extremadamente fuertescomo los que se encuentran cerca de los horizontes de sucesos de los agujeros negros.
El desafío para todos estos modelos alternativos de gravedad es la cooperación, tanto para la materia oscura como para la energía oscura. Idealmente, funcionarían en todas las escalas y masas como una sola teoría. Los físicos creen firmemente en la navaja de Ockham: que las mejores teorías tienen la menor cantidad de suposiciones.
Euclid nos ayudará a probar estos exóticos modelos de gravedad mediante el mapeo de las posiciones de millones de galaxias en vastas franjas del universo. Esto nos permite rastrearred cósmica“una estructura similar a una esponja de fibras y vacíos en el espacio. Parecen estar primero dispuestos en materia oscura y luego salpicados de galaxias.
Esta red cósmica está formada por miles de millones de años de colapso gravitacional, lo que significa que su estructura y estadísticas son sensibles a las leyes de la gravedad que operan en escalas cosmológicas. Al medir sus propiedades, podemos determinar si una nueva teoría de la gravedad se ajustaría mejor a los datos que la de Einstein.
Cuando regresemos a la Tierra, la comunidad astrofísica está entusiasmada con lo que hará Euclid. Esta es la primera vez que tenemos satélite dedicado mapeo de materia oscura y energía oscura.
Los datos de Euclides durarán toda la vida, y generaciones de cosmólogos pasarán sus carreras estudiándolos. Mientras vemos a Euclid elevarse hacia los cielos de Florida, estaremos un paso más cerca de responder algunas de las preguntas más fundamentales de la ciencia.
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