Hur kan du se något som är osynligt? Väl, med Euklid! Detta framtida ESA-teleskop kommer att kartlägga universums struktur och lära oss mer om osynlig mörk materia och mörk energi. Vetenskaplig koordinator för Euclid och Leiden-astronomen Henk Hoekstra förklarar hur detta fungerar.

Varför antar vi att mörk materia existerar, om vi aldrig har sett det eller ens mätt det? "Vi kretsar runt mitten av vår galax i 220 kilometer per sekund, säger Hoeksta. En bisarr hastighet, vilket vi lyckligtvis inte märker. Fortfarande, något konstigt pågår. "Baserat på antalet stjärnor i vår Vintergatan, stjärnorna vid kanten av Vintergatan borde ha en mycket lägre hastighet, men de rör sig lika snabbt som solen. Ändå slängs dessa stjärnor inte in i universum. Något håller dem samman."

I grund och botten, det kan bara finnas en förklaring:det finns materia som du inte kan se, men det utövar extra gravitation. Med andra ord, mörk materia. Hoekstra:"Eller så är gravitationsteorin fel. Men allt tyder på att mörk materia existerar, bara vi vet fortfarande inte vad det är. Vad vi vet är att det inte absorberar ljus eller interagerar med det. Så det gör den bokstavligen osynlig." Om detta inte är konstigt nog:sedan 1998 vet vi att universums expansion accelererar. För att förklara detta behövs en ännu mer mystisk ingrediens:"mörk energi, " en term som helt enkelt omfattar alla idéer som astronomer och fysiker för närvarande studerar.

Varför vi behöver Euklid

"Vi har en del kunskapsluckor och dessa kan inte fyllas med befintliga observationer. Så den enda vägen framåt är att göra bättre mätningar." Och det är där Euklid kommer in, satelliten som Europeiska rymdorganisationen kommer att skjuta upp 2022. På ett avstånd av 1,5 miljoner kilometer från jorden, Euklid kommer att kartlägga en tredjedel av himlen. Så vi kan svara på frågor som:Hur bildas strukturen i universum under påverkan av gravitationen? Hur är all materia fördelad i universum? Och hur förändras det över tid? Hoekstra:"Ett svar på den sista frågan gör det möjligt för oss att testa modeller för mörk energi direkt."

Hoekstra är en av de fyra kosmologikoordinatorerna och ledare för projektet "svag linsning." "Vi ska undersöka hur mörk materia förvränger rymden, " han säger.

Universum är som en vattentank fylld med mynt

Men hur fungerar detta? Hoekstra fortsätter:"Mass förvränger rum och tid runt den. Du kan mäta den effekten, även om du inte kan se den mörka materien." Han använder en upplysande analogi för att förklara detta. "Jämför det med en vattentank som innehåller ett mynt. Om du trycker på den behållaren, vattnet krusar och deformerar myntet. Ta flera bilder på myntet så ser du att myntet ser annorlunda ut varje gång."

"Anta att du har många mynt och du vet att de ursprungligen är runda, då kan du räkna ut hur mycket vatten det finns i den tanken." Med mörk materia är det exakt samma sak, säger kosmologen. "Mörk materia gör att galaxer i bakgrunden deformeras något. Vi kan mäta den förvrängningen med Euklid genom att ta ett genomsnitt av formerna för så många galaxer som möjligt."

Desto mer desto bättre

Ju mer mörk materia det finns någonstans, desto mer förvrängs de underliggande galaxerna. På det här sättet, du kan bestämma fördelningen av mörk materia i universum. Men först, det behövs många skarpa bilder. "Ju fler galaxer vi mäter, desto mer tillförlitliga resultat. Så vi pratar om big data, inte bara på grund av mängden data utan också på grund av dess komplexitet. Antalet bilder som Hubble-teleskopet samlat in under de senaste 25 åren är vad vi kommer att samla in om några dagar."

Det största astronomisamarbetet någonsin

Inte bara mängden data är stor, så är antalet astronomer som deltar i Euklid. "Det är det största astronomiteamet i världen, med cirka 1500 vetenskapsmän, ingenjörer, och tekniker. Dock, antalet astronomer som drar nytta av Euklid kommer att bli mycket större:uppgifterna kommer så småningom att publiceras offentligt och kan användas för olika ändamål, som att upptäcka de mest avlägsna kvasarerna och identifiera massiva stjärnor i närliggande galaxer. "I början, uppgifterna kommer endast att vara tillgängliga för Euclid-deltagare, efter det kommer vi att ha så kallade datasläpp. För att ge människor en uppfattning om de första resultaten, vi kommer också att ha några snabbsläpp. Och de kommer att vara fenomenala, " säger Hoekstra.