Una fuerza misteriosa conocida como energía oscura impregna el Universo. Está provocando que la expansión de nuestro Universo se acelere, lo que provoca que las galaxias se alejen unas de otras a velocidades cada vez más rápidas. El único problema es que no tenemos idea de qué es exactamente. ¿Cómo puede haber una fuerza tan importante que no entendemos?
Descubrirlo ha sido una pregunta clave para los astrónomos durante décadas, pero un nuevo telescopio está listo para investigar este rompecabezas. Lanzado en la segunda mitad de 2022, el telescopio Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA) es una máquina como ninguna otra y se enviará al espacio con el objetivo de resolver finalmente algunos de los secretos de la energía oscura. También observará la materia oscura, la materia extraña e invisible que supera con creces la materia regular en el Universo, con una precisión inigualable, transformando nuestro conocimiento del cosmos.
“No existe una teoría convincente en este momento de lo que es la energía oscura”, dice Catherine Heymans, profesora de astrofísica en la Universidad de Edimburgo, Astrónomo Real de Escocia y miembro del consorcio Euclid, un grupo de miles de científicos que estudiará detenidamente los datos recopilados por el telescopio. “Yo diría que es la pregunta más importante que tenemos: ¿qué está causando este fenómeno de energía oscura?”
Euclid se basará en el trabajo de telescopios anteriores, como el telescopio Planck de la ESA, que estudió la radiación cósmica de fondo de microondas, el calor remanente del Big Bang, de 2009 a 2013. Pero al estudiar el Universo utilizando luz infrarroja y visible en su lugar, la medición de Euclides de Se espera que la aceleración causada por la energía oscura sea “de cinco a diez veces mejor” de lo que tenemos ahora, dice René Laureijs, científico del proyecto de Euclid en la ESA. Y con sus mediciones de la materia oscura, Euclides refinará nuestra comprensión de la estructura del Universo, permitiéndonos sondear incluso las teorías fundamentales. “Al observar cómo la gravedad está cambiando esas estructuras, podemos probar la teoría de la relatividad general de Einstein en todo el Universo”, dice Heymans.
El telescopio Euclid lleva una década en fabricación desde que la ESA seleccionó la misión en 2011. Desde entonces, los contratistas han estado ocupados diseñando y construyendo la máquina, culminando con su ensamblaje y prueba en 2020 en una sala limpia en una instalación de Airbus. en Toulouse, Francia. En su totalidad, Euclid mide 4,5 metros de alto y 3,1 metros de ancho, y pesa 2160 kg. Se compone de dos segmentos: un módulo de servicio, que suministra energía al telescopio, y un módulo de carga útil, que alberga los espejos y los instrumentos.
El componente principal del telescopio es su espejo principal, que se encuentra en el módulo de carga útil junto con sus dos instrumentos: uno para obtener imágenes del Universo en luz visible y otro en infrarrojo cercano. El espejo de 1,2 metros de ancho, uno de los tres que se conocen juntos como telescopio tipo Korsch, está hecho de carburo de silicio y recubierto de plata, con una superficie excepcionalmente lisa que le permite ver la luz entrante de las galaxias en todo el Universo. Para probar la precisión del espejo, se utilizó un espejo de enfoque plano (en la imagen) para calibrar su óptica. “Se utiliza para alinear los espejos del telescopio”, dice Paolo Musi, director de proyectos para la industria del telescopio de Thales Alenia Space.
En el curso de su misión primaria de seis años, “nuestro objetivo es observar dos mil millones de galaxias” a una velocidad de unas 30 galaxias por imagen, dice Laureijs. Los científicos estudiarán la forma y el movimiento de estas galaxias, la primera mostrando materia oscura oculta que oscurece nuestra visión de las galaxias, y la segunda mostrando qué tan rápido han sido aceleradas por la energía oscura, a una escala nunca antes posible en longitudes de onda ópticas e infrarrojas; ningún telescopio ha intentado obtener imágenes de tantas galaxias antes. Una matriz de dispositivos de carga acoplada (CCD) de seis por seis en el telescopio, que se ve aquí, capturará la luz de estas galaxias.
Los dos instrumentos del telescopio, ubicados en el módulo de carga útil, son el Canal de imágenes visuales (VIS) y el Espectrómetro y fotómetro de infrarrojo cercano (NISP). Si bien la calidad de imagen del telescopio será técnicamente peor que la del telescopio espacial Hubble de la NASA, lanzado en 1990, es el gran volumen de imágenes tomadas por Euclid, que revela una deslumbrante variedad de galaxias en el Universo temprano, lo que será tan innovador. “Podemos mapear la distribución tridimensional de la materia oscura hasta hace unos diez mil millones de años”, dice Laureijs. “Y con la distribución de las galaxias, podemos medir con mucha precisión la expansión de nuestro universo, que está gobernado por la energía oscura”.
Para asegurarse de que el telescopio sobreviva a su viaje al espacio en un cohete Soyuz ruso, se agita para ver cómo responden sus componentes. Aquí, se muestran cables que se conectan a acelerómetros que causan estas vibraciones. “Estos están conectados a [los instrumentos]”, dice Musi. “Están pegados a varias piezas del telescopio y se monitorea y analiza la aceleración en cada parte individual del telescopio”. Después de estas pruebas en Toulouse, el telescopio se envió al Centro Espacial de Lieja en Bélgica, donde se probó en un vacío térmico para garantizar que sobreviviría a la extensión congelada del espacio.
El telescopio se colocará a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en una región conocida como el punto 2 (L2) de Lagrange Sol-Tierra, donde la gravedad del Sol y la Tierra se combinan, permitiendo que el telescopio permanezca en una posición estable con un mínimo de combustible. uso. Un rectángulo plano de plástico reforzado con fibra de carbono conocido como protector solar protegerá el lado del telescopio que mira hacia el Sol, para que no se vea obstaculizado por la luz de nuestra estrella. La temperatura del telescopio debe mantenerse extremadamente fría para que funcione, hasta unos -190 grados Celsius, por lo que el lado del telescopio que está contra el protector solar está cubierto con una manta térmica de color dorado, hecha de Mylar y Kapton, para mantener el temperatura baja.
Los otros dos espejos del telescopio, también hechos de carburo de silicio, dirigen la luz recogida por el espejo primario hacia los dos instrumentos del telescopio. El objeto azul que se ve aquí, llamado filtro dicroico, divide la luz en sus longitudes de onda visible e infrarroja cercana, mientras que un espejo plegable amarillo dirige la luz. Todo esto permite que el telescopio tome imágenes precisas de las galaxias y sus formas. “Si desea obtener una imagen de algo que tenga una forma, debe estar realmente seguro de que la calidad de la imagen no se deforma en sí misma”, dice Giuseppe Racca, gerente de proyectos de la agencia de Euclid en la ESA. “Es por eso que Euclid tiene que tener esta perfección”.
Euclid producirá grandes cantidades de datos en sus estudios del Universo, del orden de 800 gigabytes por día, a partir de sus instrumentos, como el VIS, que se ve aquí envuelto en papel de aluminio, que se eliminará antes del vuelo. Los datos se enviarán a la Tierra a antenas en tierra, donde luego se distribuirán a varios grupos de científicos para ser analizados como parte del consorcio Euclid. “La forma en que hacemos esto se está probando ahora”, dice Laureijs, “porque estamos tratando de evitar cuellos de botella en todo este proceso”.
El desarrollo de los componentes del telescopio comenzó en 2013 después del trabajo de diseño, y el ensamblaje en sí no comenzó hasta hace aproximadamente dos años en febrero de 2019. Montar el telescopio en un sistema de carro durante un par de meses permitió que se girara mientras se colocaban diferentes partes del mismo. trabajado en. “Las personas también estaban [vestidas] de una manera especial con trajes blancos, para evitar la contaminación de la óptica”, dice Musi, “que podrían convertirse en elementos ruidosos en una imagen”. En 2022, el telescopio finalmente se montará en la bahía de carga útil de su cohete, listo para ser lanzado desde el puerto espacial europeo en Kourou, Guayana Francesa.
Se utilizan diferentes herramientas y componentes durante la fase de prueba del telescopio, algunos de los cuales luego se retiran y guardan, como algunos de los elementos que se muestran aquí. “Durante las pruebas mecánicas se necesitan muchas herramientas”, dice Laurent Brouard, director de programas de Euclid en Airbus. Algunos componentes, por ejemplo, mantienen diferentes partes del telescopio en su lugar mientras se realiza el trabajo, sin necesidad de que se lancen realmente con el objeto terminado.
Los cables a bordo del telescopio pueden calentarse lo suficiente como para causar complicaciones con sus imágenes, por lo que deben colocarse lejos de los espejos del telescopio. Los cables incluso pueden interferir entre sí, generando ruido en las imágenes. Aquí se muestra una prueba de compatibilidad electromagnética, asegurándose de que los cables no causen problemas entre sí. “Usted quiere la mínima electrónica posible dentro [del telescopio]”, dice Brouard. Esto ayuda a darle a Euclides el alto nivel de precisión que necesita para transformar nuestra comprensión del Universo.
Para mantener el telescopio frío, se utiliza un radiador para eliminar el calor mientras está en el espacio, extrayendo el calor de los instrumentos y luego bombeándolo al vacío, un método comúnmente utilizado en otras misiones espaciales, incluso en la Estación Espacial Internacional. para evitar que se sobrecalienten al estar bañados por la luz del sol. “No hay aire que elimine el calor”, dice Musi. “Solo puedes irradiarlo”. El radiador está conectado a los instrumentos, asegurándose de que ningún calor interfiera con los estudios sensibles de las galaxias.
El módulo de carga útil de Euclid, que contiene los espejos y los instrumentos, está montado en su módulo de servicio que contiene la electrónica con seis soportes de montaje o pies. Uno de estos se ve aquí, con la manta térmica arriba que protege el lado del módulo de carga útil que descansa contra el parasol. No es un logro pequeño crear una máquina que sea lo suficientemente sensible como para examinar dos mil millones de galaxias, muchas de las cuales son increíblemente débiles, pero todos estos componentes, desde el espejo de alta precisión de Euclides hasta sus pies, se unen para hacerlo posible. “Estoy tan emocionado”, dice Heymans. “Toda mi carrera se ha ido construyendo hasta este punto”.
Fuente:
O’Callaghan, J. (2021, 13 septiembre). How the Euclid telescope was built to hunt for dark energy. Recuperado 13 de septiembre de 2021, de https://www.wired.co.uk/article/euclid-telescope-dark-energy