A Missão Euclides lançará luz sobre o 'universo escuro'
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| Impressão artística da nave espacial Euclides da ESA. Crédito da imagem: ESA/ATG medialab (nave espacial); NASA, ESA, CXC, C. Ma, H. Ebeling e E. Barrett (Universidade do Havaí/IfA), et al. e STScI (fundo) |
A missão Euclides da Agência Espacial Europeia mapeará a geometria da matéria no universo, especificamente na forma da distribuição das galáxias para aprender mais sobre as partes do universo que não podemos ver, energia escura e matéria escura.
A missão Euclides terá como objetivo mapear 1,5 bilhão de galáxias ao longo dos últimos 10 bilhões de anos de história cósmica ao longo de sua expectativa de vida de seis anos.
Espera-se que Euclides seja lançada a bordo de um foguete SpaceX Falcon 9 em algum momento entre julho e setembro de 2023 do Centro Espacial Kennedy, na Flórida. A missão foi adiada várias vezes; o plano era lançar em um foguete russo Soyuz da Guiana Francesa, mas a invasão da Ucrânia pela Rússia fez com que esse plano fosse arquivado.
PARA ONDE IRÁ EUCLIDES?
Levará cerca de 30 dias para o Euclides chegar ao seu destino no ponto L2 Lagrange, o mesmo local compartilhado por várias outras espaçonaves, incluindo o Telescópio Espacial James Webb. L2 fica a cerca de 1,6 milhão de km (um milhão de milhas) da Terra, mas na direção oposta ao Sol. É um local especial porque é em L2 que a gravidade da Terra e do sol se equilibram com a força centrífuga externa que atua na espaçonave enquanto ela gira em torno da Terra em sua órbita. Isso torna a localização quase estável, a espaçonave não é arremessada mais fundo no espaço, mas requer propulsores de manobra para manter a estação.
O L2 também fornece uma visão mais clara do espaço profundo, com a Terra, a Lua e o Sol sempre atrás da espaçonave. Isso é essencial para que Euclides tenha sucesso em sua missão de mapear 1,5 bilhão de galáxias nos últimos 10 bilhões de anos de história cósmica, produzindo uma qualidade de imagem quatro vezes mais nítida do que pesquisas comparativas baseadas em solo.
Como missão de pesquisa, Euclides durará pelo menos seis anos e cobrirá 15.000 graus quadrados de céu. Sua pesquisa será realizada no modo "step and stare", o que significa que o telescópio apontará e fará medições em cerca de 0,5 grau quadrado do céu por vez.
DE QUEM É A MISSÃO EUCLIDES?
É apropriado para uma missão espacial que mapeará a geometria do universo receber o nome do pai da geometria. O matemático grego Euclides de Alexandria viveu durante a época de Alexandre, o Grande, e embora os detalhes conhecidos de sua vida sejam, na melhor das hipóteses, esboçados, seu legado foi a invenção da geometria como disciplina matemática. Euclides inventou o que hoje chamamos de geometria euclidiana, que é a base para campos matemáticos como a trigonometria.
O universo também tem uma geometria euclidiana. Medições da Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) da NASA mostrar que o universo é 'plano' e não tem uma curvatura como uma esfera ou uma sela. Linhas paralelas permanecem paralelas para sempre, e os ângulos internos dos triângulos sempre somam 180 graus.
O QUE A MISSÃO EUCLIDES FARÁ?
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| Campos destacados que serão cobertos pelos levantamentos amplos (azul) e profundos (amarelo) de Euclides, em um mapa de todo o céu baseado em dados da missão Gaia da NASA. Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC; Euclid Consortium. Reconhecimento: Euclid Consortium Survey Group |
A missão Euclides mostrará aos cientistas mais sobre o 'universo escuro'. Um de seus principais objetivos é mapear com precisão o desvio para o vermelho da galáxia, o alongamento da luz para comprimentos de onda mais vermelhos à medida que um objeto se afasta de nós, como é o caso quando o universo se expande em todas as direções. A Lei de Hubble nos diz que a distância até uma galáxia está relacionada com a rapidez com que a expansão do universo está levando essa galáxia para longe de nós, e quanto maior a velocidade de recessão, mais distante a galáxia e maior seu desvio para o vermelho. Portanto, medir o desvio para o vermelho informa aos astrônomos a taxa de expansão do universo e a força da energia escura conforme ela acelera essa expansão. A missão vai olhar para as galáxias que existiram há 10 bilhões de anos (um desvio para o vermelho de cerca de 2), ou mais que o dobro da idade do sistema solar. Ao longo de pelo menos 6 anos, a missão Euclides mapeará cerca de 36% do céu e realizará uma pesquisa extraprofunda em três campos menores do céu, totalizando 40 graus quadrados.
Os detectores de Euclides conduzirão duas sondas cosmológicas. Uma estudará lentes gravitacionais fracas, a curvatura na margem da luz por concentrações de matéria. Isso é útil para mapear a localização da matéria escura em torno de galáxias e aglomerados de galáxias, medindo o quanto as imagens da galáxia são distorcidas pelas lentes.
A outra sonda estudará oscilações acústicas bariônicas (BAO), relíquias de flutuações na radiação cósmica de fundo (CMB) que hoje se manifestam na distribuição espacial das galáxias. Em escalas muito grandes, as galáxias tendem a se agrupar em pares separados por uma distância padrão. Essa distância padrão está ligada às ondas sonoras no plasma (gás ionizado) no início do universo; as ondas sonoras se propagaram como ondas de densidade através do plasma e estão ligadas hoje às localizações de halos de matéria escura, ou concentrações de matéria escura associadas a galáxias. O tamanho dessa distância padrão aumenta com o tempo à medida que o universo se expande, portanto, os BAOs são uma régua padrão para medir a expansão do universo e, portanto, a força da energia escura em diferentes eras da história cósmica.
PERGUNTAS FREQUENTES SOBRE A MISSÃO EUCLIDES RESPONDIDAS POR UM ESPECIALISTA
Perguntamos a Giuseppe Racca, gerente do projeto Euclides da Agência Espacial Europeia, algumas perguntas frequentes sobre a missão Euclides.
Giuseppe Racca
Gerente de projetos da Euclides
Como a missão Euclides melhorará nossa compreensão da energia escura?
A energia escura é essencialmente um apelido para algo que faz o universo se expandir de forma acelerada. Essa aceleração parece ter começado há cerca de 5 bilhões de anos e foi descoberta pela observação de observatórios terrestres da velocidade de recessão de galáxias distantes.
O comportamento da aceleração é consistente com uma espécie de energia "repulsiva" do vácuo com densidade constante ou constante cosmológica das equações da Relatividade Geral, que descrevem a gravidade como uma relação matéria versus geometria espaço-tempo. Euclides melhorará nossa compreensão essencialmente medindo se a densidade da energia escura é realmente constante nos últimos 10 bilhões de anos.
O que as galáxias de mapeamento nos ensinam sobre a matéria escura?
A matéria escura é a forma predominante de matéria no universo. Sem ela, as estrelas provavelmente não teriam se formado no início do universo, e a presença de matéria escura em todo o universo é essencial para toda a formação da estrutura cósmica.
A matéria escura não é visível e não absorve radiação, mas desvia a luz por causa de sua atração gravitacional (mais exatamente por causa de sua curvatura do espaço-tempo) e deforma a forma das galáxias vistas pelo observador. Este efeito é chamado de lente fraca gravitacional. Ao observar galáxias distantes, cuja luz percorreu a matéria (escura e regular) desde a fonte até nós, podemos medir a distribuição da matéria escura em seu caminho. Ao fazer isso com bilhões de galáxias, Euclides construirá um mapa completo da distribuição da matéria escura em todo o universo.
Como Euclides difere de outros estudos de energia escura?
De fato, existem muitas pesquisas cosmológicas, principalmente em solo e uma planejada (o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA) a partir do espaço. A qualidade de Euclides está na nitidez da imagem, o que lhe permite minimizar os erros sistemáticos relativos à referida sonda de lente fraca. Além disso, o design característico do telescópio Euclides permite cobrir uma grande parte do céu (36%) em um tempo relativamente curto (6 anos) com exatidão e precisão sem precedentes. No que diz respeito à capacidade espectroscópica, Euclides também fará observações da luz das galáxias em comprimentos de onda do infravermelho próximo, que é absorvida pela atmosfera e, portanto, não é visível do solo. Esta capacidade é usada para medir com precisão a velocidade de recessão de centenas de milhões de galáxias até 10 bilhões de anos-luz.
A ESPAÇONAVE EUCLIDES
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| O modelo estrutural e térmico da espaçonave Euclides retratado após a conclusão de seus testes de qualificação térmica nas instalações da Thales Alenia Space em Cannes, França. Crédito da imagem: ESA–S. Corvaja |
Como uma espaçonave de 2.100 kg (4.630 libras), 4,5 metros de altura e 10,2 pés (3,1 m) de diâmetro (14,7 pés), Euclides é bastante modesto em comparação com o tamanho e a complexidade do Telescópio Espacial James Webb. A ciência de Euclides será realizada por dois instrumentos e seu telescópio a bordo de 1,2 metros irá capturar e dividir a luz entre eles para análise.
Um desses instrumentos é um gerador de imagens visíveis (VIS), que incluirá 36 dispositivos de carga acoplada (CCDs) especialmente formulados para a missão. O campo de visão do VIS é de 0,787 graus por 0,709 graus (um pouco maior que a área coberta por duas luas cheias no céu).
O segundo instrumento é o Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP), que fornecerá fotometria de galáxias no infravermelho próximo. O objetivo é combinar as observações do VIS e do NISP para medir com precisão o desvio para o vermelho das galáxias.
O NISP também investigará a química das galáxias e o movimento das estrelas e do gás dentro delas para descobrir como as galáxias giram e esclarecer como elas se formaram.
O QUE SÃO ENERGIA ESCURA E MATÉRIA ESCURA?
A energia escura e a matéria escura compõem a maior parte da massa e energia no universo. A matéria escura é uma substância invisível, cuja presença só podemos inferir a partir de sua gravidade. A matéria escura contribui com cerca de 26,8% de toda a matéria e energia do universo. A energia escura, por outro lado, é um misterioso campo de energia que está acelerando a expansão do cosmos e representa cerca de 68,3% de toda a massa e energia do universo. Os 4,9% restantes são tudo o mais que podemos ver no universo, pessoas, planetas, estrelas, nebulosas e galáxias, de acordo com a ESA.
Juntas, a matéria escura e a energia escura afetam a geometria do universo. Aglomerados de matéria escura criam poços gravitacionais que podem desviar os caminhos retos da luz de objetos mais distantes, enquanto está impulsionando a expansão acelerada do universo, a energia escura puxa aglomerados de matéria uns dos outros, diminuindo a densidade geral da matéria no cosmos. Medindo como elas afetam o universo, os astrônomos podem obter informações importantes sobre suas naturezas intrigantes.
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RECURSOS ADICIONAIS
Leia a história por trás da descoberta da energia escura no site oficial do Telescópio Espacial Hubble e aprenda sobre a vida de Vera Rubin, que descobriu as evidências da matéria escura, em seu obituário da National Science Foundation. Além disso, confira este resumo dos mistérios da matéria escura e da energia escura no Science Mission Directorate da NASA.
BIBLIOGRAFIA
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Referência:
COOPER, Keith; HOWELL, Elizabeth. Euclid mission: ESA's hunt for dark matter and dark energy. Space, Nova York, 13, fev. 2023. References. Disponível em: <https://www.space.com/36195-euclid-esa-facts.html>. Acesso em: 15, fev. 2023.
Marcello Franciolle F I P E
Founder - Gaia Ciência
Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.
