Pimeää energiaa jäljittävä avaruusteleskooppi laukaistaan pian

Avaruusteleskoopin tavoitteen mukainen laukaisupäivä on 1.7.2023, aikaisintaan klo 18:11 Suomen aikaa. Varalaukaisupäivä on 2.7.2023.

Kuudessa vuodessa Euclid suorittaa tehtävän, johon aiemmilla teleskoopeilla Hubblella tai Webbillä menisi yli sata vuotta. Tärkein tavoite on ratkaista ns. pimeän energian ongelma: miksi maailmankaikkeuden laajeneminen on alkanut kiihtyä?

Kartta paljastaa pimeän aineen ja pimeän energian saloja

Euclidin tarkoituksena on auttaa ymmärtämään kahta maailmankaikkeuden arvoituksellista mutta keskeistä osaa: pimeää ainetta ja pimeää energiaa.

– Pimeä aine ja pimeä energia vaikuttavat painovoimallaan galaksien liikkeeseen ja maailmankaikkeuden laajenemiseen. Vaikka emme pysty kumpaakaan suoraan näkemään, ne muodostanevat 95 % maailmankaikkeudesta, professori Hannu Kurki-Suonio Helsingin yliopistosta kertoo.

Euclid tuottaa maailmankaikkeudesta kolmiulotteisen kartan, joka sisältää miljardeja galakseja. Kartta kattaa yli kolmasosan taivaasta 10 miljardin valovuoden päähän. Mitä kaukaisempi havainnoitu galaksi on, sitä kauemmas historiaan näemme – aina 10 miljardin vuoden takaiseen menneisyyteen saakka.

Kartoitettava taivaan osa on valittu siten, että siellä juuri kaukaiset galaksit erottuvat parhaiten, eli välttäen Linnunradan ja oman aurinkokuntamme tasoa. Euclid mittaa myös gravitaatiolinssi-ilmiötä: miten pimeän aineen painovoima taivuttaa valon kulkua vääristäen sitä, minkä muotoisina näemme kaukaiset galaksit. Tällä tavalla pystytään kartoittamaan pimeän aineen jakaumaa.

Euclidin tuottaman kolmiulotteisen kartan avulla selviää, miten maailmankaikkeus on laajentunut ja miten suuren skaalan rakenteet, kuten galaksijoukot, ovat muodostuneet kosmisen historian aikana. Tämä puolestaan riippuu pimeän aineen ja pimeän energian ominaisuuksista.

Mittavaan tehtävään osallistuu runsaasti suomalaisia

Euclid laukaistaan SpaceX Falcon 9 -raketilla Cape Canaveralista Floridasta puolentoista miljoonan kilometrin päähän Maasta, missä se pystyy tekemään havaintoja häiriöttä. Euclidissa on kaukoputki, jonka halkaisija on 1,2 metriä, sekä kaksi instrumenttia, joista toinen on tarkoitettu tarkkojen kuvien ottamiseen näkyvän valon alueella, toinen spektrien ja kuvien ottamiseen infrapuna-alueella. 

Kummassakin Euclidin instrumenteista on suuri kamera. Näkyvän valon kuvissa on yli 600 miljoonaa pikseliä ja infrapunakuvissa yli 60 miljoonaa pikseliä.

Euclid kuvaa yhtä aluetta kerrallaan runsaan tunnin, minkä jälkeen se käännetään kohti seuraavaa aluetta. Euclid eroaa aikaisemmista avaruusteleskoopeista erityisesti siinä, että se näkee kerralla paljon isomman osan taivasta – kuvan kattama osa taivasta on suurempi kuin minkä täysikuu peittää.

Euclidiin osallistuu yli 300 tutkimuslaitosta ja yli 2000 tutkijaa 21 maasta. Projektin kokonaiskustannus on yli miljardi euroa. Euclidin havaintoaineisto analysoidaan yhdeksässä Euclid-tiededatakeskuksessa, joista yksi on Suomessa.

Suomalaiset tutkijat ovat osallistuneet Euclidin datankäsittelymenetelmien kehittämiseen, simuloidun datan tuottamiseen ja datan laaduntarkkailumenetelmien kehittämiseen. Suomalaisilla on vahva asema myös Maasta käsin tehtyjen havaintojen yhdistämisessä Euclid-dataan. Galaksien etäisyyksien määrittämiseen tarvitaan nimittäin avaruusteleskoopin keräämän datan lisäksi myös valtava määrä Maasta käsin kerättyä dataa.

– Tämän aineiston koostaminen vaatii pitkäjänteistä yhteistyötä eri puolilla maailmaa sijaitsevien observatorioiden ja datakeskusten välillä, mutta valmistuessaan se myös tarjoaa tutkijoille parhaan mahdollisen aineiston maailmankaikkeuden rakenteen tutkimiseksi, toteaa yliopistonlehtori Aku Venhola Oulun yliopistosta.

– Dataintensiivinen laskenta on nopeasti kasvava menetelmä tieteessä. Suomalainen Euclid-tiededatakeskus on keihäänkärkiesimerkki tästä, sanoo ohjelmajohtaja Janne Ignatius CSC - Tieteen tietotekniikan keskuksesta.

– Tehokkaiden data-analyysimenetelmien kehittäminen tarjoaa poikkitieteellisiä haasteita kosmologian ja tietotekniikan välillä, lisää tietotekniikan professori Maarit Korpi-Lagg Aalto-yliopistosta.

Suomalaiset tutkijat ovat kehittäneet erityisesti menetelmiä maailmankaikkeuden rakennetta kuvaavien tilastollisten suureiden kuten korrelaatiofunktioiden laskemiseen. Laukaisun jälkeen Suomen datankäsittelykeskuksen vastuulla on käsitellä 5 % Euclidin datasta.

Turun yliopiston tutkijat tulevat hyödyntämään Euclidin keräämiä havaintoja myös kaukaisen maailmankaikkeuden supernovien tutkimuksessa.

– Euclid tulee kuvaamaan tietyt alueet taivaasta useaan kertaan ja pystyy infrapuna-alueessa havaitsemaan kaukaisia supernovia, joiden valo on punasiirtynyt näille aallonpituuksille, kertoo tähtitieteen professori Seppo Mattila Turun yliopistosta.

Kaukaisia supernovia voidaan hyödyntää maailmankaikkeuden tähtiensyntyhistorian määrityksessä sekä mittatikkuina maailmankaikkeuden mittasuhteiden määrityksessä.

Suomesta Euclidiin osallistuvat Helsingin yliopisto, Turun yliopisto, Oulun yliopisto, Jyväskylän yliopisto, Aalto-yliopisto sekä CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy.

Euclid aloittaa varsinaisen mittausdatan keräämisen kolmen kuukauden kuluttua laukaisusta. Ensimmäinen mittausjakso kestää vuoden, minkä jälkeen datan analysointiin on varattu 14 kuukauden jakso. Ensimmäisiä tuloksia Euclidista odotetaan vuoden 2025 lopussa.