Hoe kun je iets zien dat onzichtbaar is? We zullen, met Euclides! Deze toekomstige ESA-telescoop zal de structuur van het heelal in kaart brengen en ons meer leren over onzichtbare donkere materie en donkere energie. Wetenschappelijk coördinator van Euclides en Leids sterrenkundige Henk Hoekstra legt uit hoe dat werkt.

Waarom nemen we aan dat donkere materie bestaat, als we het nog nooit hebben gezien of zelfs maar gemeten? "We draaien met 220 kilometer per seconde om het centrum van onze melkweg, " zegt Hoeksta. Een bizarre snelheid, waar we gelukkig niets van merken. Nog altijd, er is iets vreemds aan de hand. "Op basis van het aantal sterren in onze Melkweg, de sterren aan de rand van de Melkweg zouden een veel lagere snelheid moeten hebben, maar ze bewegen zo snel als de zon. Toch worden deze sterren niet het heelal in geslingerd. Iets houdt hen bij elkaar."

In principe, er kan maar één verklaring zijn:er is materie die je niet kunt zien, maar dat oefent extra zwaartekracht uit. Met andere woorden, donkere materie. Hoekstra:"Of de zwaartekrachttheorie klopt niet. Maar alles wijst erop dat donkere materie bestaat, alleen weten we nog steeds niet wat het is. Wat we wel weten, is dat het geen licht absorbeert of ermee in wisselwerking staat. Dus dat maakt het letterlijk onzichtbaar." Als dit niet vreemd genoeg is:sinds 1998 weten we dat de uitdijing van het heelal versnelt. Om dit te verklaren is een nog mysterieuzer ingrediënt nodig:'donkere energie, " een term die simpelweg alle ideeën omvat die astronomen en natuurkundigen momenteel bestuderen.

Waarom we Euclides nodig hebben

"We hebben een aantal kennishiaten en die kunnen niet worden opgevuld met bestaande waarnemingen. Dus de enige manier om vooruit te komen, is door betere metingen te doen." En daar komt Euclides om de hoek kijken, de satelliet die de European Space Agency in 2022 zal lanceren. Op een afstand van 1,5 miljoen kilometer van de aarde, Euclid zal een derde van de lucht in kaart brengen. Zo kunnen we vragen beantwoorden als:Hoe wordt de structuur in het heelal gevormd onder invloed van de zwaartekracht? Hoe is alle materie in het heelal verdeeld? En hoe verandert dat in de loop van de tijd? Hoekstra:"Met een antwoord op de laatste vraag kunnen we direct modellen voor donkere energie testen."

Hoekstra is een van de vier kosmologiecoördinatoren en leider van het project 'zwakke lensing'. " hij zegt.

Het universum is als een tank met water gevuld met munten

Maar hoe werkt dit? Hoekstra vervolgt:"Massa vervormt ruimte en tijd eromheen. Dat effect kun je meten, zelfs als je de donkere materie niet kunt zien.' Hij gebruikt een verhelderende analogie om dit uit te leggen. 'Vergelijk het met een tank met water met daarin een munt. Als je op die container tikt, het water rimpelt en vervormt de munt. Maak meerdere foto's van de munt en je zult zien dat de munt er elke keer anders uitziet."

"Stel dat je veel munten hebt en je weet dat ze oorspronkelijk rond zijn, dan kun je uitzoeken hoeveel water er in die tank zit." Met donkere materie is het precies hetzelfde, zegt de kosmoloog. "Donkere materie zorgt ervoor dat sterrenstelsels op de achtergrond licht vervormen. Die vervorming kunnen we meten met Euclides door de vormen van zoveel mogelijk sterrenstelsels te middelen."

Hoe meer hoe beter

Hoe meer donkere materie er ergens is, hoe meer de onderliggende sterrenstelsels worden vervormd. Op deze manier, kun je de verdeling van donkere materie in het heelal bepalen. Maar eerst, er zijn veel scherpe foto's nodig. "Hoe meer sterrenstelsels we meten, hoe betrouwbaarder de resultaten. We hebben het dus over big data, niet alleen vanwege de hoeveelheid data, maar ook vanwege de complexiteit ervan. Het aantal foto's dat de Hubble-telescoop de afgelopen 25 jaar heeft verzameld, is wat we over een paar dagen zullen verzamelen."

De grootste astronomische samenwerking ooit

Niet alleen is de hoeveelheid data groot, hetzelfde geldt voor het aantal astronomen dat aan Euclides deelneemt. "Het is het grootste astronomieteam ter wereld, met ongeveer 1500 wetenschappers, ingenieurs, en technici. Echter, het aantal astronomen dat profiteert van Euclides zal veel groter zijn:de gegevens zullen uiteindelijk openbaar worden gepubliceerd en voor verschillende doeleinden kunnen worden gebruikt, zoals het ontdekken van de meest verre quasars en het identificeren van massieve sterren in nabije sterrenstelsels. "In het begin, de gegevens zijn alleen beschikbaar voor Euclid-deelnemers, daarna zullen we zogenaamde data releases hebben. Om mensen een idee te geven van de eerste resultaten, we zullen ook enkele snelle releases hebben. En die zullen fenomenaal zijn, ', zegt Hoekstra.