¿Qué es la materia oscura? Una nave develará uno de los mayores misterios de la ciencia

El satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA) completó la primera parte de su largo viaje al espacio el 1 de mayo de 2023, cuando llegó a Florida en un barco procedente de Italia. Está programado que despegue en un cohete Falcon 9, construido por SpaceX, desde Cabo Cañaveral a principios de julio.

Euclid está diseñado para brindarnos una mejor comprensión de los componentes “misteriosos” de nuestro universo, conocidos como materia oscura y energía oscura.

A diferencia de la materia normal que experimentamos aquí en la Tierra, la materia oscura no refleja ni emite luz. Une las galaxias y se cree que constituye aproximadamente el 80% de toda la masa del Universo. Lo sabemos desde hace un siglo, pero su verdadera naturaleza sigue siendo un enigma.

La energía oscura es igualmente desconcertante. Los astrónomos han demostrado que la expansión del Universo durante los últimos cinco mil millones de años se ha acelerado más rápido de lo esperado. Muchos creen que esta aceleración es impulsada por una fuerza invisible, que se ha denominado energía oscura. Esto constituye aproximadamente el 70% de la energía en el Universo.

Euclid mapeará este “universo oscuro”, utilizando un conjunto de instrumentos científicos para arrojar luz sobre diferentes aspectos de la energía oscura y la materia oscura.

Después del lanzamiento, Euclid emprenderá un viaje de un mes a una región en el espacio llamada el segundo punto Lagrangiano Tierra-Sol, que está cinco veces más lejos de nosotros que la Luna. Es donde la atracción gravitacional del Sol y la Tierra se equilibra y proporciona un punto de vista estable para que Euclid observe el universo. Euclid se unirá al Telescopio Espacial James Webb (JWST) en este punto y será el compañero perfecto para ese asombroso observatorio espacial.

Mi participación en Euclid comenzó en 2007 cuando la ESA me invitó a participar en un equipo asesor de concepto independiente para evaluar dos propuestas de misión en competencia llamadas SPACE y DUNE.

Ambos utilizaron técnicas diferentes y, por lo tanto, instrumentos diferentes para estudiar el Universo Oscuro, y la ESA estaba luchando para decidir entre ellos. Ambos eran conceptos convincentes y nuestro equipo decidió que ambos tenían mérito, especialmente para proporcionar una verificación cruzada vital entre ellos. Euclid nació así de lo mejor de ambos conceptos.

Euclid está diseñado para estudiar todo el universo, por lo que necesita instrumentos con amplios campos de visión. Cuanto más amplio sea el campo de visión del instrumento de imagen, más del universo podrá observar. Para hacer esto, Euclid usa un telescopio relativamente pequeño en comparación con JWST. En tamaño, Euclid es aproximadamente del tamaño de un camión en comparación con el JWST del tamaño de un avión. Pero Euclid también lleva algunas de las cámaras digitales más grandes desplegadas en el espacio con campos de visión cientos de veces mayores que los de JWST.

El instrumento Euclid VIS (o visible), construido principalmente en el Reino Unido, está diseñado para medir las posiciones y formas de tantas galaxias como sea posible para buscar correlaciones sutiles en estos datos causadas por la lente gravitacional de la luz, a medida que viaja a nosotros a través de la materia oscura intermedia. Este efecto de lente gravitacional es débil, solo una parte en cien mil para la mayoría de las galaxias, por lo que se requieren muchas galaxias para ver el efecto en alta definición. Por lo tanto, VIS producirá una calidad de imagen similar a la del telescopio Hubble en un tercio del cielo nocturno.

VIS, sin embargo, no puede medir los colores de los objetos. Esto es necesario para medir su distancia a través del efecto de desplazamiento al rojo, donde la luz de esos objetos se desplaza a longitudes de onda más largas o más rojas de una manera que se relaciona con su distancia de nosotros. Algunos de estos datos deberán provenir de observatorios terrestres existentes y planificados, pero Euclid también lleva el instrumento NISP (Near-Infra Spectrometer and Photometer) que está diseñado específicamente para medir los colores y espectros infrarrojos y, por lo tanto, los corrimientos al rojo, para el galaxias más lejanas que verá Euclid.

Para medir la energía oscura, NISP explotará una técnica relativamente nueva llamada Oscilaciones acústicas de bariones (BAO) que proporciona una medición precisa de la historia de expansión del Universo durante sus últimos 10 mil millones de años. Esa historia es vital para probar posibles modelos de energía oscura, incluidas las modificaciones sugeridas a la Teoría de la Relatividad General de Einstien.

Tal experimento requiere un ejército de científicos y no todos trabajan únicamente en la materia oscura y la energía oscura. Al igual que JWST, Euclid será un tesoro de nuevos descubrimientos en muchas áreas de la astronomía. El consorcio Euclid necesita cientos de personas para ayudar a desarrollar el sofisticado software necesario para fusionar los datos espaciales con los datos terrestres y extraer, con gran precisión, las formas y colores de miles de millones de galaxias.

Este software también ha sido comprobado y verificado usando algunas de las simulaciones más grandes del universo que jamás se hayan construido. Después de llegar a L2, Euclid se someterá a varios meses de pruebas, validación y calibración para garantizar que los instrumentos y el telescopio funcionen como se espera. Todos estamos familiarizados con esa espera nerviosa después del reciente lanzamiento de JWST.

Una vez que esté listo, Euclid se embarcará en un estudio de cinco años de 15.000 grados cuadrados del cielo con unos 2.000 científicos de todo el mundo recopilando resultados en el camino. Sin embargo, el verdadero poder de Euclid solo se realizará una vez que tengamos todos estos datos juntos y los analicemos cuidadosamente. Eso podría tomar otros cinco años, llevándonos hasta la próxima década antes de que tengamos nuestras oscuras respuestas finales. Por lo tanto, el lanzamiento de SpaceX solo se siente como el punto medio en la historia de Euclid.

Viajaré a Florida este verano para ver el lanzamiento de Euclid. Me unirán cientos de mis colegas que han dedicado sus carreras a construir este asombroso telescopio y experimentar. Ver el proyecto unirse de esta manera me enorgullece de llamarme “euclidiano”.

*Robert Nichol, pro vicecanciller y decano ejecutivo, Universidad de Surrey