Lançado ‘telescópio de energia escura’ europeu para explorar os maiores mistérios da cosmologia

A SpaceX lançou no sábado o Euclid Space Telescope da Agência Espacial Européia, de US$ 1,5 bilhão, uma tentativa ambiciosa e única de entender a natureza da matéria escura – um material desconhecido que permeia o cosmos – e a energia escura, a misteriosa força repulsiva, para determinar a aceleração do expansão do universo.

“É muito difícil encontrar um gato preto em um quarto escuro, especialmente quando não há gato lá”, disse Henk Hoekstra, astrônomo da Universidade de Leiden e coordenador de ciências euclidianas. “Essa é um pouco da situação em que estamos, porque temos essas observações, mas não temos uma boa teoria.”

“Até agora ninguém apresentou uma boa explicação para a matéria escura, energia escura e outros desafios que também estão relacionados à física de partículas. … O lançamento de Euclides realmente leva a cosmologia para o futuro. É a primeira missão espacial projetada para fazer isso.” Estude a energia escura.

Em 1998, os astrônomos mapeando a expansão do universo esperavam que ele desacelerasse devido à atração gravitacional de todas as suas partes. Eles ficaram surpresos quando descobriram 5 a 6 bilhões de anos atrás que o espaço estava se expandindo e tudo nele estava acelerando. A força desconhecida que impulsiona essa aceleração foi chamada de energia escura.

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

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

Yannick Mellier, um astrônomo do Institut d’Astrophysique de Paris e membro da equipe científica de Euclides, colocou desta forma:

“O objetivo da missão Euclides é fornecer respostas às seguintes perguntas: Por que a expansão do universo está se acelerando? Qual é a natureza da energia escura? É uma constante cosmológica? É uma energia escura dinâmica com propriedades que… podem mudar 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 outra radiação eletromagnética, mas cujos efeitos gravitacionais são claramente visíveis. A matéria escura impede que as galáxias se separem e afeta como as galáxias evoluíram e se agruparam ao longo dos 13,7 bilhões de anos desde o Big Bang.

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

Isso é feito por imagens de mais de 10 bilhões de galáxias. O software no local 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.

Conhecida como lente gravitacional fraca, a técnica 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 softwares complexos, computadores poderosos e mais de 1.500 cientistas em nove centros de pesquisa para decifrá-lo.

Mas se tudo correr bem, Euclides irá “observar diretamente a distribuição da matéria escura, usando lentes gravitacionais, que alteram as formas das galáxias que são desviadas ao longo de uma linha de visão específica pela distribuição geral da matéria escura”, disse Mellier. “E isso permitirá a distribuição de matéria escura invisível em um campo euclidiano”.

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

A missão começou no sábado às 11h12 EDT, 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 lançar com um impulso de 1,7 milhão de libras e oferecer aos moradores e turistas da área um espetáculo espetacular do céu no fim de semana.

Quarenta e um minutos depois, após dois disparos do motor de segundo estágio do foguete, Euclid conseguiu voar sozinho. O primeiro estágio do Falcon 9 voou sozinho, como é habitual na SpaceX, para pousar em um drone offshore.

A Agência Espacial Européia (ESA) se preparou no ano passado para lançar o telescópio espacial Euclides em um foguete russo Soyuz em Kourou, na Guiana Francesa. No entanto, após a invasão russa da Ucrânia, esses planos fracassaram e Euclides não conseguiu voar para o espaço.

Em julho passado, a ESA contatou a SpaceX sobre um possível lançamento no foguete Falcon 9 da empresa. No final do ano, os contratos estavam em vigor e a equipe poderia começar no sábado.

“Temos uma enorme dívida de gratidão com a SpaceX”, disse Mike Healy, chefe de projetos científicos da ESA. “Sem eles, nosso satélite ficaria aterrado por dois anos.”

Euclides está a caminho de uma região no espaço a cerca de um milhão de milhas da Terra – Lagrange ponto 2 – onde a gravidade do Sol e da Terra se combinam para formar uma região quiescente onde a espaçonave pode estar posicionada com o mínimo de manobra e consumo de combustível e permanecer no lugar. O Telescópio Espacial James Webb também está trabalhando no ponto L2.

O Euclid de 4.760 libras possui 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 cerca de duas vezes o da lua cheia.

Após uma fase de teste e calibração de um mês, a Euclid começará a mapear 15.000 graus quadrados do céu, abrangendo todo o espaço fora da Via Láctea e retratando galáxias e aglomerados de galáxias com 10 bilhões de anos.

Isso captura a transição da desaceleração gravitacional inicial do Universo para a era da expansão acelerada sob o domínio emergente da Energia Escura.

“De uma só vez, Euclid pode fornecer um campo muito maior do que o Hubble pode alcançar”, disse René Laureijs, cientista do projeto Euclid da ESA. “Em toda a sua vida, o Hubble não viajou mais do que 100 graus quadrados, e Euclides pode fazer isso 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.

Levará Euclides seis anos para completar seu mapa do céu. Cerca de 100 gigabytes de dados compactados são gerados por dia, o que corresponde a cerca de 70.000 terabytes ao longo da missão, o que é difícil de imaginar.

“Seu iPhone tem talvez 10 megapixels”, disse Jason Rhodes, membro do consórcio de pesquisa Euclid. “Portanto, as duas câmeras Euclid juntas têm quase 700 megapixels. Tiraremos fotos com essas câmeras a cada poucos minutos durante seis anos.”

“Mas a quantidade de dados que estamos enviando em comparação com a quantidade de dados que está inteiramente no arquivo no final do processo é outro fator de mil.”

Gaitee Hussain, chefe de ciência da ESA, disse que essas imagens incluirão 8 bilhões de galáxias, “das quais as melhores 1,5 a 2 bilhões de galáxias serão selecionadas para o experimento de lente fraca”.

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

“Isso requer taxas de dados tremendas, não apenas para levar os dados para a Terra, mas também em termos de entrega de dados… o que o universo realmente existe?”