Det nya europeiska teleskopet ska undersöka universums mörka delar

95 procent av universum består av något vi inte vet så mycket om, nämligen mörk materia och mörk energi. Båda påverkar strukturen, tillväxten och fördelningen av objekt vi kan se i rymden men de varken avger eller absorberar ljus.

För att försöka hitta svar på några av kosmologins största frågor har rymdteleskopet Euclid konstruerats. Euclid har byggts av den Europeiska rymdorganisationen Esa med hjälp av Nasa. Arbetet har inkluderat 21 länder och kostat runt 1,4 miljarder euro.

Uppskjutningen sker på lördag 1 juli 17:11 svensk tid, om den ställs in har den europeiska rymdorganisationen en chans till att få teleskopet till rymden dagen därpå. 

– Det Euclid ska göra är en stor och djup tredimensionell karta över universums struktur. Teleskopet kommer att kartlägga och ta bilder på stjärnhimlen där man förväntas kunna identifiera runt en och en halv miljard galaxer. Det blir lite som en film av hur universum har utvecklats under tio miljarder år, säger Martin Sahlén, docent i astronomi med inriktning mot astrofysik vid Uppsala universitet.

Den mörka energin är kopplad till universums expansion 

Universum expanderar, och det allt snabbare. Drivande för den accelerande expansionen är den mörka energin, exakt vad den är vet man inte. Martin Sahlén förklarar att det finns två huvudsakliga sätt att undersöka den mörka energin. Dels genom att undersöka expansionen av universum, dels genom att se hur det går till när stora strukturer växer fram.

Många mätningar av expansionen har gjorts, men med hjälp av Euclids kartläggning ska forskarna få kompletterande information om den mörka energin genom den hittills största kartläggningen av hur galaxstrukturer växt fram från i dag till omkring tio miljarder år bakåt i tiden.

– Förhoppningen är då att kunna se om den mörka energins egenskaper förändras över tid på något sätt. Så här långt verkar dess egenskaper vara konstanta i tiden, men om man upptäcker något slags förändring över tid skulle det vara ett stort steg framåt i att förstå vilka vägar vi ska gå för att förstå den bakomliggande fysiken, säger Martin Sahlén.

Det finns flera teorier om vad den mörka energin kan vara för något. En främmande partikel eller en effekt av att gravitationen kanske beter sig annorlunda i glesa områden är två möjliga förslag. Om man tänker sig universum som en stor väv av galaxer, där vissa områden har fler galaxer och vissa är glesare, så är det just denna väv som ska undersökas. 

– Galaxhopar utgör knutpunkter i den kosmiska väven. Där trådar med galaxer korsar varandra har man en galaxhop. Vi pratar om storleksordningar tio megaparsec och uppåt, säger Martin Sahlén.

Parsec är en längdenhet som används inom astronomi och motsvarar ungefär 3,26 ljusår. Det är alltså gigantiska strukturer som ska undersökas.

Einsteins ”största misstag” kan avskrivas

Om forskarna vid sina mätningar ser att den mörka energins egenskaper skiljer sig i dag jämfört med för många år sedan kommer det att ändra delar av vår förståelse för fysik.

– Då kan vi avskriva den kosmologiska konstanten som är den standardmodell vi har i dag. Den fungerar, men vi har inte en tydlig förståelse för vad den är, säger Martin Sahlén.

Den kosmologiska konstanten är en storhet inom kosmologin som Albert Einstein införde som en del av den allmänna relativitetsteorin. Han kallade den själv för ”sitt största misstag”, men konstanten är i dag viktig i flera kosmologiska modeller.

– Den kosmologiska konstanten är ett mått på hur mycket mörk energi som finns, en energimängd. Men om det förändras över tid så är det inte en konstant, då finns en öppning för att det finns någon ny fysik vi behöver förstå. Den här konstanten har vi lite svårt att förstå teoretiskt, varför den har det värde den har och i någon mån varför den finns överhuvudtaget, säger Martin Sahlén.

Kartläggningen kan kombineras med andra observationer 

Martin Sahlén är inte bara intresserad av den stora kartläggningen som ska göras, utan även av att se resultaten av Euclids observationer av riktigt tidiga galaxer.

– Dels gör man den väldigt stora kartläggningen, dels också observationer av tre mindre områden på himlen där man når ungefär 13 till 13,5 miljarder år tillbaka i tiden. Vi förväntar oss att hitta åtminstone tusentals, med god tur upp emot hundratusentals galaxer, som fanns fram till att universum var ungefär 1 miljard år, säger han.

Letandet efter riktigt tidiga galaxer blir det största hittills. Rymdteleskopen James Webb och Hubble har gjort kartläggningar tidigare, men med Euclid får man betydligt bättre statistik. Särskilt för de allra största och ovanligaste galaxerna, enligt Martin Sahlén. Det är svårt att upptäcka dessa galaxer med James Webb, men när man väl hittat dem kan de studeras i detalj av teleskopet för att förstå fysiken hos dem.

– Vid galaxbildning klumpar den mörka materian ihop sig i halos, som stora moln, och inne i dessa samlas också vanlig materia vilket leder till stjärn- och galaxbildning. Exakt när de här processerna startar i det tidiga universum, och hur stora de första galaxerna är vet vi inte allt om ännu, säger Martin Sahlén. 

Mätningar från Euclid kommer också att kunna kombineras med framtida radioobservationer från teleskopet Square Kilometer Array, som bland annat Onsala rymdobservatorium är med och utvecklar och som även Uppsala och Stocholms universitet är involverade i, berättar Martin Sahlén.

– Radiomätningarna kartlägger den vätgas som omger de tidiga galaxerna, som också ger bränsle till att det bildas stjärnor. Men när de första stjärnorna tänds börjar vätgasen joniseras, så steg för steg går gasen från att vara neutral till att vara helt joniserad. Genom att kombinera radiomätningarna av vätgasen med galaxkartor från Euclid kan man förstå hur det hänger ihop. Det kommer också att kunna ge information om hur den mörka materian fungerade i det tidiga universum, samt om det eventuellt finns någon form av tidig mörk energi, säger Martin Sahlén.

Här nedan kan du följa livesändningen från uppskjutningen, sändningen börjar 16:30 lördag 1 juli.