Ciència
Escodrinyant l’univers més esquívol i fosc
L’Agència Espacial Europea envola avui una missió per escatir l’enigma de l’energia i la matèria fosca
Suposen el 95% de l’univers i un dels grans reptes de la cosmologia moderna
L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya ha participat en el disseny de la nau
Durant segles els astrònoms han intentat aprendre sobre el cosmos a partir de les seves fonts lluminoses, com les estrelles, les galàxies, el gas i els planetes. Però aquests objectes i tot allò que contenen només representen una petita fracció de l’univers, el 5% segons les estimacions dels científics. La resta de l’univers sembla està compost per un 25% de matèria fosca i un 70% d’energia fosca. Aquests dos elements afecten el moviment i la distribució d’allò visible, però no absorbeixen ni emeten llum, així que encara no se sap ben bé què són en realitat. Entendre la seva naturalesa continua sent avui dia un dels reptes més urgents de la cosmologia i de la física fonamental, i justament això és el que vol intentar resoldre la nau Euclid que l’Agència Espacial Europea (ESA) preveu enlairar avui des de Cap Canaveral (Florida, EUA) en un coet Falcon 9 de la companyia SpaceX.
Quina és l’estructura i la història de la xarxa còsmica? Com ha canviat amb el temps l’expansió de l’univers? Quina és la naturalesa de la matèria fosca? I de l’energia fosca? Està completa la nostra comprensió de la gravetat? Aquestes són algunes de les grans preguntes que intentarà escatir la nova nau, dissenyada per operar durant sis anys, però amb la possibilitat d’estendre la missió quatre més. Durant aquest temps, Euclid farà un mapa tridimensional de l’univers (amb el temps com a tercera dimensió), que “detallarà la forma, la posició i la distància de les galàxies situades a una distància de fins a 10.000 milions d’anys llum”, segons Guadalupe Cañas, investigadora a l’ESA
La nau espacial, participada per catorze països europeus més el Canadà, els EUA i el Japó, té una altura de 4,7 metres i està equipada amb un telescopi d’1,2 metres de diàmetre. Observarà el cel amb dos instruments científics: una càmera de longitud d’ona visible i un espectròmetre i fotòmetre d’infraroig proper.
Tot plegat servirà per escodrinyar l’univers fosc, un gran desconegut per a la comunitat científica. L’examen dels milers de milions de galàxies es farà amb una nitidesa i sensibilitat sense precedents, cosa que proporcionarà una vasta base de dades oberta que s’actualitzarà anualment.
La matèria fosca, descoberta fa més de mig segle, no emet llum però exerceix atracció gravitatòria, i això resulta fonamental per entendre la manera com l’univers s’agrupa, des de les grans estructures de buits i supercúmuls de galàxies fins a la mateixa forma de les galàxies com la nostra, la Via Làctia.
L’energia fosca és diferent. Segons els cosmòlegs, aquesta energia seria la responsable de l’expansió accelerada de l’univers i contrarestaria la força de la gravetat. Al principi es creia que aquesta expansió era producte del big bang amb què es va originar tot l’univers i s’acceptava que, en algun moment, aquesta expansió acabaria frenada per l’efecte contrari exercit per la força de la gravetat, que lliga la matèria entre ella mateixa. Però no és així. La comunitat científica defensa que hi ha alguna cosa que, d’alguna manera, crea cada cop més espai entre les galàxies, i això és l’energia fosca. Tot i deduir que és la responsable de l’expansió accelerada de l’univers, no se’n coneix ni la font, ni la física, ni com funciona.
Euclid, ha costat 1.400 milions d’euros i no observarà mentre viatgi per l’espai, sinó que ho farà mentre orbita la Terra des del segon punt de Lagrange (L2), una zona d’equilibri del sistema Sol-Terra situada a 1,5 milions de quilòmetres del nostre planeta en direcció oposada al Sol. Això permetrà que el para-sol de la nau bloquegi en tot moment la llum del Sol i la Terra mentre el telescopi apuntarà cap a l’espai profund, garantint un elevat grau d’estabilitat tèrmica per als instruments d’observació, imprescindible per aconseguir mesures altament sensibles.
L’aparell funcionarà a temperatures inferiors als 100 graus negatius i, atès el gran volum de dades que acumularà durant les observacions, tindrà una memòria de quatre terabytes i capacitat per transmetre les dades mitjançant dues antenes receptores, una situada a l’Estat espanyol i l’altra, a l’Argentina.
Pel que fa al viatge d’Euclid, serà breu. Dos dies després del llançament, previst per avui, la nau es posarà camí del punt de la destinació final, on arribarà quan passin quatre setmanes de l’enlairament. A partir de llavors el telescopi quedarà alineat i tots els instruments s’encendran per iniciar un període de tres mesos de proves de rendiment científic i preparació abans de començar a fer recerca.
Participació catalana
L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) ha estat “profundament involucrat en la missió Euclid”, segons fons de l’entitat, a través de l’Institut de Ciències de l’Espai del CSIC. Els investigadors catalans, a més de formar part de l’Equip Científic i del Consell Rector d’Euclid, han estat responsables del lliurament d’alguns dels components de l’espectrògraf i fotòmetre d’infraroig proper. A més, també han dirigit la unitat d’organització de la simulació i han participat en la coordinació de la unitat que, a partir de l’anomenat desplaçament al vermell fotomètric calcula les distàncies a què es troben les galàxies.
En tot cas, els investigadors de l’IEEC no són els únics que miren de dilucidar els misteris de l’univers fosc des de Catalunya.
L’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) també mira de comprendre l’energia fosca gràcies a les dades recollides per l’instrument espectroscòpic d’energia fosca (DESI, per les sigles en anglès), que està situat en un observatori dels Estats Units i que fa unes setmanes ha proporcionat la primera remesa de dades de les observacions inicials.
DESI utilitza 5000 posicionadors robòtics per moure fibres òptiques que capturen la llum d’objectes a milers de milions d’anys llum de distància. És l’espectrògraf de cartografiat multiobjecte més potent del món, capaç de mesurar la llum de més de 100.000 galàxies en una nit. A partir de l’anàlisi d’aquesta llum es pot inferir la distància de galàxies i quàsars, cosa que permet construir un mapa còsmic en tres dimensions. DESI ja ha cartografiat més galàxies que tots els estudis tridimensionals anteriors combinats, i tot just està començant.“Està dissenyat per observar regions ja explorades amb altres mètodes, perquè això ajudarà a complementar les anàlisis prèvies i, amb la publicació de les dades, aconseguim ampliar l’impacte perquè grups externs al projecte hi poden accedir també”, explica César Ramírez, investigador predoctoral de l’IFAE, involucrat en el projecte juntament amb l’Institut de Ciències de l’Espai.
Amb les primeres dades recollides per DESI, dues de les troballes més interessants que han sorgit són l’evidència d’una migració massiva d’estrelles cap a la galàxia d’Andròmeda i el descobriment de nous quàsars, forats negres supermassius i extremadament brillants que es troben al centre de les galàxies, a distàncies increïblement llunyanes.
