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SpaceX Falcon 9 로켓이 Cape Canaveral Space Force Station에서 우레와 같은 소리를 내며 유럽 우주국의 Euclid 우주 망원경이 암흑 에너지와 암흑 물질의 특성을 조사할 깊은 우주로 가는 궤적을 강화합니다. 이미지: Adam Bernstein/Spaceflight Now.
유럽우주국(ESA)은 토요일 15억 달러 규모의 유클리드 우주망원경을 발사했습니다. 이 망원경은 우주에 만연해 있는 미지의 물질인 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질을 밝히려는 야심찬 최초의 시도입니다. 우주의 팽창을 가속화합니다.
"어두운 방에서 검은 고양이를 찾는 것은 매우 어렵습니다. 특히 고양이가 없는 경우에는 더욱 그렇습니다."라고 Leiden 대학의 천문학자이자 Euclid 연구원 컨소시엄의 일원인 Henk Hoekstra가 말했습니다. “이러한 관찰은 있지만 좋은 이론이 부족하기 때문에 우리가 처한 상황이 약간 있습니다.
“지금까지 아무도 암흑 물질, 암흑 에너지 및 입자 물리학과 관련된 다른 문제에 대한 좋은 설명을 제시하지 못했습니다. … 유클리드의 발사는 실제로 우주론을 미래로 [운반]합니다. 암흑 에너지를 연구하기 위해 설계된 최초의 우주 임무입니다.”
1998년에 천문학자들은 우주의 팽창이 모든 구성 요소의 중력으로 인해 느려지는 것을 볼 것으로 예상했습니다. 그들은 우주의 팽창과 그 안에 있는 모든 것이 50억년에서 60억년 전에 가속되기 시작했다는 사실에 놀랐습니다. 가속에 동력을 공급하는 미지의 힘을 암흑 에너지라고 불렀습니다.
이후 연구원들은 암흑 에너지가 전체 우주의 질량 에너지 예산의 거의 4분의 3을 차지한다고 결론지었습니다. 암흑 물질은 우주의 약 24%를 구성하는 반면 지구, 인간, 별, 은하와 같은 정상적인 물질을 구성하는 원자와 분자는 단지 5%를 차지합니다.
우주 팽창을 가속화하는 암흑 에너지의 특성을 조사하는 동시에 은하가 진화하고 함께 뭉치는 방식에 영향을 미치는 보이지 않는 암흑 물질의 농도를 매핑하는 심우주를 배경으로 한 예술가의 유클리드 개념. 이미지: ESA.
지난 100억년 동안 은하에서 나오는 빛의 미묘한 변화를 연구함으로써 Euclid의 카메라는 과학자들이 암흑 에너지가 한때 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 예측한 불변의 "우주 상수"와 일치하는지 또는 현재 중력에 대한 이해가 개정이 필요합니다.
Institut d’Astrophysique de Paris의 천문학자이자 Euclid 과학 팀의 일원인 Yannick Mellier는 이렇게 말했습니다.
“유클리드 임무의 목표는 다음 질문에 대한 답을 제공하는 것입니다. 우주 팽창이 가속되는 이유는 무엇이며 암흑 에너지의 본질은 무엇입니까? 우주상수인가요? 시간에 따라 변할 수 있는 특성을 가진 역동적인 암흑 에너지입니까? 아니면 우주론적 규모에서 일반 상대성 이론의 일탈입니까?”
동시에 Euclid는 빛이나 다른 전자기 복사를 방출하거나 반사하지 않지만 중력 효과가 명확하게 보이는 입자의 바다인 암흑 물질의 특성을 연구할 것입니다. 암흑 물질은 은하가 흩어지는 것을 방지하고 빅뱅 이후 137억 년 동안 은하가 진화하고 모여 있는 방식에 영향을 미칩니다.
"Euclid는 암흑 물질의 분포와 은하의 분포를 우주에서 전례 없는 정밀도로 조사할 것입니다."라고 Mellier는 말했습니다. "또한 지난 100억년 동안 우주의 우주 역사를 재구성할 것입니다."
그것은 100억 개 이상의 은하를 이미징함으로써 그렇게 할 것입니다. 지상의 소프트웨어는 15억 개 이상의 최고의 후보자를 식별하고 유클리드와 목표물 사이의 공간을 채우는 보이지 않는 암흑 물질 구름에 의해 그들의 모양이 어떻게 왜곡되었는지 분석하는 데 도움이 될 것입니다.
약한 중력 렌즈 효과로 알려진 이 기술은 개념상 물이 하천 바닥에 흩어져 있는 암석의 모양을 약간 왜곡시키는 방식과 유사합니다. 이는 우주론적 관점에서 볼 때 매우 미묘한 효과로, 이를 밝히려면 복잡한 소프트웨어, 강력한 컴퓨터, 9개 연구 센터의 1,500명 이상의 과학자가 필요합니다.
그러나 모든 것이 순조롭게 진행된다면 Euclid는 "주어진 시선을 따라 모든 암흑 물질 분포에 의해 편향된 은하의 모양을 수정하는 중력 렌즈 효과를 사용하여 암흑 물질의 분포를 직접 관찰할 것"이라고 Mellier는 말했습니다. "그리고 그것은 유클리드 필드에서 보이지 않는 암흑 물질의 분포를 제공할 것입니다."
수천만 개의 은하에 대한 분광 관측을 통해 연구자들은 거리와 속도를 3차원으로 지도화하여 암흑 에너지가 실제로 우주 팽창을 가속시키는 힘인지 또는 다른 설명이 필요한지 여부를 밝힐 수 있습니다.
유클리드를 태운 팔콘 9호가 2023년 7월 1일 플로리다의 스페이스 코스트에서 출발합니다. 이미지: Michael Cain/Spaceflight Now.
임무는 토요일 오전 11시 12분 EDT에 SpaceX Falcon 9 로켓이 Cape Canaveral Space Force Station에서 활기를 띠면서 시작되었습니다. 번개처럼 빠른 컴퓨터 점검 후, 로켓은 170만 파운드의 추력을 견디기 위해 방출되어 지역 주민과 관광객을 위한 멋진 주말 스카이 쇼를 선보였습니다.
41분 후, 로켓의 2단계 엔진이 두 번 발사된 후 유클리드는 스스로 비행하도록 풀려났습니다. Falcon 9의 첫 번째 단계는 SpaceX에서 평소와 같이 자체적으로 날아가서 연안 무인 항공기에 착륙했습니다.
유럽 우주국(ESA)은 작년에 프랑스령 기아나 쿠루에서 이륙한 러시아 소유즈 로켓에 유클리드 우주 망원경을 발사할 준비를 하고 있었습니다. 그러나 러시아의 우크라이나 침공 이후 이러한 계획은 무산되었고 유클리드는 우주로 갈 수 없게 되었습니다.
지난 7월 ESA는 회사의 Falcon 9 로켓 발사 가능성에 대해 SpaceX에 접근했습니다. 연말까지 계약이 체결되었고 팀은 토요일 출시를 진행할 수 있었습니다.
ESA의 과학 프로젝트 책임자인 Mike Healy는 "우리는 SpaceX 덕분에 큰 빚을 지고 있습니다."라고 말했습니다. "그들이 없었다면 우리 위성은 2년 동안 지상에 앉아 있었을 것입니다."
Euclid는 지구에서 약 100만 마일 떨어진 우주 지역인 Lagrange Point 2로 향합니다. Lagrange Point 2는 태양과 지구의 중력이 결합하여 우주선이 최소한의 기동과 연료 사용으로 제자리에 머물 수 있는 정지 지역을 형성합니다. James Webb 우주 망원경도 L2 지점에서 작동합니다.
4,760파운드 무게의 Euclid에는 거의 완벽에 가까운 3피트 11인치 너비의 기본 거울과 600메가픽셀 가시광선 카메라와 64메가픽셀 적외선 이미징 분광기의 두 가지 장비가 장착되어 있습니다. 망원경의 시야는 보름달 크기의 약 두 배입니다.
한 달 간의 체크아웃 및 보정 기간 후 Euclid는 은하수 외부의 모든 공간을 포함하는 15,000평방도의 하늘 매핑을 시작하고 100억 년 전으로 거슬러 올라가는 은하와 은하단을 이미징합니다.
그것은 우주의 초기 중력 구동 감속에서 암흑 에너지의 지배 아래 가속 팽창 시대로의 전환을 포착할 것입니다.
ESA의 Euclid 프로젝트 과학자인 René Laureijs는 "Euclid는 허블이 접근할 수 있는 것보다 훨씬 더 큰 분야를 한 번에 제공할 수 있습니다."라고 말했습니다. “전체 수명 동안 허블은 100평방도 이상을 커버하지 않았으며 이는 유클리드가 10일 안에 수행할 수 있습니다. 따라서 하늘 측량의 크기인 15,000제곱도를 얻으려면 하늘에서 이 큰 이미지가 필요합니다.”
Euclid는 가시광선과 근적외선에서 수행된 가장 큰 우주 조사를 형성하기 위해 개별 측정을 결합하여 밤하늘을 스캔합니다. 이 애니메이션은 커버할 영역을 보여줍니다. 다양한 회색 음영은 Euclid의 6년 조사 기간 동안 1년 동안 덮힌 하늘 영역을 나타냅니다. 이미지: ESA.
유클리드가 하늘 지도를 완성하는 데 6년이 걸리며, 임무 기간 동안 하루에 약 100GB의 압축 데이터 또는 상상하기 어려운 70,000테라바이트를 생성합니다.
Euclid Consortium 연구원인 Jason Rhodes는 "당신의 iPhone은 아마도 10메가픽셀일 것입니다."라고 말했습니다. “따라서 (두 개의 Euclid) 카메라를 합치면 거의 700메가픽셀에 달합니다. 우리는 6년 동안 몇 분마다 그 카메라로 이미지를 찍을 것입니다.
"하지만 프로세스가 끝날 때 아카이브에 완전히 보관되는 데이터의 양과 비교하여 우리가 보내는 데이터의 양은 천의 또 다른 요소입니다."
ESA의 과학 부서 책임자인 Gaitee Hussain은 이러한 이미지에는 80억 개의 은하가 포함될 것이며 "약한 렌즈 효과 실험을 위해 가장 좋은 1.5~20억 개의 은하가 선택될 것"이라고 말했습니다.
"우리는 우리가 보고 있는 은하의 거리를 이해하기 위해 수백만, 수천만 개의 분광 적색편이와 말 그대로 수십억 개의 광도적 적색편이를 수집할 것입니다."라고 그녀는 덧붙였습니다.
“이는 데이터를 지상으로 가져오는 것뿐만 아니라 데이터를 (연구자)에게 전달하는 측면에서도 엄청난 데이터 속도를 의미합니다. … 이것은 틀림없이 오늘날 물리학과 우주론에서 가장 근본적인 질문인 우주는 실제로 무엇으로 이루어져 있는가에 답하기 위해 필요한 것입니다.”
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