1 Luglio 2023
7:30

Il telescopio spaziale Euclid alla scoperta della natura “oscura” dell’Universo

Il 1 luglio 2023 verrà lanciato da Cape Canaveral il telescopio Euclid dell'ESA. Ecco quale sarà la sua missione e perché è così importante per la cosmologia.

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Il telescopio spaziale Euclid alla scoperta della natura “oscura” dell’Universo
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Sabato 1 luglio 2023 ha rappresentato una data storica per l'astronomia mondiale ma anche per la ricerca cosmologica e l'esplorazione dell'universo. Il tanto atteso telescopio spaziale Euclid dell'Agenzia spaziale europea (ESA) è stato lanciato da Cape Canaveral intorno alle 17:11 ora italiana dalla rampa LC-40 con un Falcon 9. Il telescopio spaziale Euclid vanta una fortissimo contributo italiano, sia da un punto di vista di costruzione, col telescopio assemblato in Italia presso la Thales Alenia Space, sia dal punto di vista scientifico, con centinaia di ricercatori italiani in trepidante attesa di poter analizzare i dati in arrivo dal telescopio.

L'obiettivo dichiarato è quello di lavorare in sinergia con altri telescopi mondiali per rispondere a quelle che sono le domande più grandi dell'astronomia e della fisica contemporanea, ovvero scoprire la natura della materia oscura e dell'energia oscura che permeano il cosmo. Esploriamo insieme la missione scientifica che il telescopio Euclid si accinge ad iniziare e quali sono le sue caratteristiche uniche che lo rendono lo strumento ideale per questo tipo di missione.

Come è fatto il telescopio spaziale Euclid?

Il telescopio spaziale Euclid ha una vita nominale prevista di 6 anni ed è costituito da 3 componenti principali: il telescopio vero e proprio, il modulo di servizio contenente i sottosistemi per l'orientamento, per le comunicazioni con la Terra e per il generale funzionamento del satellite, e lo scudo solare rivesto in kapton, un materiale in grado di schermare l'intensa radiazione solare e permettere il corretto funzionamento degli strumenti infrarossi.

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Foto del telescopio Euclid nella fase di assemblaggio presso la Thales Alenia Space. Credits: ESA–S. Corvaja.

Il telescopio ha un diametro di 1,2 metri e la luce raccolta dal cosmo viene indirizzata verso due strumenti principali: il Visual Imaging Channel (VIS) e il Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP). Il VIS opera nelle lunghezze d'onda della luce visibile, precisamente tra 500 e 900 nanometri. È costituito da ben 36 sensori, ognuno di 4000×4000 pixel, rendendolo equivalente ad una camera di ben 600 megapixel. Per poter scrutare quanta più area del cosmo possibile, è fondamentale dotarsi di uno strumento in grado di catturare in un sol colpo una grande area di cielo, difatti il VIS è dotato di un campo di vista che è circa due volte e mezzo la luna piena.

Il NISP invece opera nelle lunghezze d'onda della luce infrarossa, invisibile all'occhio umano, precisamente tra 900 e 2000 nanometri. È anch'esso costituito da più sensori, 16 in particolare, ognuno di 2000×2000 pixel. A differenza del VIS, il NISP non è solo in grado di catturare immagini, ma anche di effettuare misure di spettroscopia, cioè di scomporre la luce infrarossa nelle sue lunghezze d'onda costituenti così da poter misurare la distanza degli oggetti nel cosmo attraverso lo spostamento verso il rosso della luce provocato dall'espansione dell'Universo.

L'importanza di Euclid

Il telescopio spaziale Euclid, così chiamato in onore del matematico greco Euclide, fa parte della nuova generazione di telescopi destinata a cambiare per sempre la cosmologia, ovvero la nostra visione dell'origine e dell'evoluzione dell'Universo nel suo insieme, e a rispondere a due tra le domande più grandi della fisica moderna, ovvero cosa sono la materia oscura e l'energia oscura.

Tutto ciò che vediamo dell'Universo attraverso la radiazione elettromagnetica, siano essi pianeti, stelle, noi stessi o tutto ciò che c'è sulla Terra, è costituito da quello che i fisici chiamano materia barionica, ovvero costituita da protoni, neutroni ed elettroni. Essendo l'unica forma di materia che sperimentiamo nella vita di tutti i giorni, risulta sorprendente constatare che in realtà la materia barionica costituisce solamente il 5% del contenuto di materia-energia del nostro Universo. Vi è un infatti un 25% costituito dalla materia oscura e un 70% dall' energia oscura. Il 95% dell'Universo è fatto di qualcosa la cui natura ci è completamente ignota e che per questo viene definita oscura.

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Diagramma a torta che mostra le diverse componenti di energia–materia che permeano il nostro Universo. Credits: ESA.

La materia oscura deve il suo nome al fatto che essa non emette radiazione elettromagnetica (luce), ma interagisce solo attraverso la forza gravitazionale. Gli astronomi, prima dei moderni esperimenti, avevano già il sentore che vi fosse qualcosa nell'Universo di aggiuntivo rispetto alla materia ordinaria, dal momento che i moti delle galassie e le loro curve di rotazione non sembravano seguire le leggi note della fisica se non invocando la presenza di una componente oscura.

L'energia oscura è invece un concetto relativamente più moderno, di cui se ne è avuta conferma sperimentale solamente alla fine degli anni '90 con la scoperta che l'espansione dell'Universo sta accelerando, con l'energia oscura additata come responsabile di questa accelerazione. Essa potrebbe essere una forma di energia repulsiva generata dallo spazio vuoto, oppure una nuova interazione fondamentale della fisica, in aggiunta ad esempio alla forza gravitazionale o elettromagnetica, ma che varia con la storia dell'Universo.

Domande così complesse non possono che richiedere esperimenti e tecniche di analisi dati complesse per poter essere risposte. Il telescopio spaziale Euclid cercherà di scoprire la natura di materia ed energia oscura misurando due caratteristiche principali delle galassie: la loro forma e la loro distanza. La forma delle galassie che noi osserviamo da Terra non è quella che esse possiedono in realtà. Il cosmo è permeato di materia e quest'ultima, secondo la teoria della Relatività Generale di Einstein, deforma lo spazio-tempo causando anche la deviazione dei raggi di luce che provengono dalle galassie lontane (in gergo lensing gravitazionale).

Siccome ogni raggio di luce sperimenta questo effetto, ma in maniera diversa, diversi punti di una galassia verranno distorti in maniera diversa, generando una immagine che non è quella reale dell'oggetto. Tuttavia, misurando la forma di miliardi di galassie e conoscendo le leggi della fisica, è possibile costruire dei modelli matematici che riproducono l'effetto di distorsione al variare della massa che c'è tra noi e le galassie distanti. Confrontando le forme misurate al telescopio con quelle predette dai modelli, possiamo stabilire l'ammontare di materia che c'è tra noi e le galassie nel cosmo. Ma dal momento che la maggior parte della materia è costituita da materia oscura, e quella barionica la possiamo vedere, questa tecnica ci permette in realtà di misurare l'ammontare di materia oscura.

Utilizzando invece gli strumenti spettroscopici di Euclid, che scompongono la luce delle galassie nelle sue lunghezze d'onda costituenti, gli astronomi potranno misurare la distanza da questi oggetti osservando lo spostamento verso il rosso della luce prodotto dall'espansione dell'Universo. Euclid misurerà, in un'area che copre un terzo dell'intero cielo, le distanze di galassie che coprono la storia dell'Universo che va da oggi a 10 miliardi di anni fa, un'epoca di fortissima formazione stellare in cui l'energia oscura ha iniziato a dominare e a causare l'espansione accelerata del cosmo. Dall'analisi di questi dati, gli scienziati sperano di comprendere la natura dell'energia oscura e come il suo contributo in energia sia cambiato nel corso della storia dell'Universo.

Quando è stato lanciato e dove orbiterà?

Il telescopio Euclid è stato lanciato sabato 1 luglio alle 17:11 ora italiana dalla base di lancio di Cape Canaveral in Florida. Originariamente, il telescopio sarebbe dovuto essere lanciato nello spazio a bordo di un razzio Soyuz ST-B. A causa dello scoppio del conflitto tra Russia e Ucraina e le conseguenti sanzioni, ciò non è stato più possibile e l'ESA ha dovuto virare sull'utilizzo di un vettore Falcon 9 della compagnia privata Space X. La partenza da Cape Canaveral ha anche comportato un diverso modo di spedire il telescopio verso la base di lancio. Dopo essere stato assemblato in Italia, presso la Thales Alenia Space, Euclid è partito alla volta della Florida a bordo di una nave speciale dal porto di Savona, con il telescopio chiuso in un contenitore riempito di azoto, al fine di mantenere un ambiente il più possibile incontaminato.

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Schema rappresentante la posizione dei punti lagrangiani del sistema Terra–Sole e la posizione del punto L2 che sarà occupato da Euclid. Credits: NASA/WMAP Science Team.

Diversamente da Hubble, Euclid non orbiterà attorno alla Terra, ma andrà a fare compagnia ai telescopi James Webb della NASA e GAIA dell'ESA nel punto lagrangiano L2, a 1.5 milioni di chilometri dalla Terra, raggiungendolo dopo un mese di viaggio. Il punto lagrangiano L2 si trova oltre l'orbita della Terra, lungo la linea immaginaria che congiunge la Terra al Sole. I punti lagrangiani (5 in totale) sono punti di equilibrio per oggetti di piccola massa (in questo caso Euclid) che orbitano sotto l'influenza gravitazionale di due corpi massicci (Terra e Sole). Il punto L2 è quello in cui la forza gravitazionale combinata di Terra e Sole è equilibrata dalla forza centrifuga sperimentata da Euclid. Essendo L2 un punto di equilibrio, esso è una scelta ideale dove far stazionare i satelliti scientifici dal momento che è richiesto meno carburante per effettuare le correzioni orbitali e si è anche relativamente vicini alla Terra per avere comunicazioni chiare e veloci. In aggiunta, l'avere Terra, Sole e Luna dietro il telescopio fa si che, con opportuna schermatura, si possa avere una vista incontaminata dello spazio profondo.

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