“[…] la distinzione tra passato, presente e futuro è soltanto un’illusione, anche se ostinata”. Einstein
Immagine artistica di Euclid
Euclid è un telescopio spaziale dell'Agenzia Spaziale Europea progettato per studiare l'espansione dell'universo, la materia oscura e l'energia oscura. È dotato di un telescopio Korsch (anastigmatico a tre specchi) nel visibile e infrarosso con uno specchio del diametro di 1,2 metri ed è stato posto in orbita halo nel punto lagrangiano L2 del sistema Sole-Terra. Euclid è stata selezionata nel 2011 come missione di "classe media" nell'ambito del programma Cosmic Vision dell'ESA e, insieme a Herschel e Planck Surveyor, è una delle fondamenta delle osservazioni dallo spazio europee.
A ottobre 2019 sono stati ultimati dei test sul satellite nelle condizioni dello spazio e nel 2021 sono stati integrati il telescopio e il modulo di servizio. Prima dell'invasione russa dell'Ucraina del 2022 era previsto che il lancio sarebbe stato effettuato tramite una Soyuz ST-B, tuttavia a seguito dell'invasione l'ESA ha interrotto ogni collaborazione con l'agenzia spaziale russa e in attesa dello sviluppo dell'Ariane 6 ha deciso di lanciare il telescopio tramite un Falcon 9 Block 5 di SpaceX. Il lancio è avvenuto con successo il 1° luglio 2023 alle 15:12 UTC (17:12 CEST), da Cape Canaveral ed è entrato in orbita attorno al Punto L2 del sistema Sole-Terra il 30 luglio 2023.
Euclid è il risultato di due concetti di missione proposti nel 2007 per il programma decennale di Cosmic Vision 2015-2025: DUNE, il cui obiettivo era l'esplorazione dell'universo oscuro, e SPACE, un'esploratore cosmico spettroscopico di tutto il cielo. Entrambe le missioni proponevano tecniche complementari per misurare la geometria dell'Universo e, dopo una fase di studio ne scaturì una missione combinata. Il nuovo concetto di missione fu chiamato Euclide, in onore del matematico greco Euclide (~300 aC), considerato il padre della geometria. Nell'ottobre 2011, Euclid venne selezionato dal comitato del programma scientifico dell'ESA nel 2011, assieme a Solar Orbiter.
Nel giugno 2012 l'Agenzia Spaziale Europea ha affidato al Consorzio Euclid la responsabilità della missione, la restituzione dei dati prodotti e lo sviluppo dei due strumenti scientifici. Il consorzio riunisce quasi 1.000 scienziati e un centinaio di laboratori di ricerca. A metà 2013 l'ESA ha selezionato lo stabilimento italiano di Torino di Thales Alenia Space per la costruzione del satellite, mentre la fabbricazione del modulo in cui è integrato il payload di Euclid (telescopio e strumenti) è stata affidata allo stabilimento di Tolosa di Airbus Defence and Space. Anche la NASA contribuisce al progetto, fornendo i 20 rivelatori del fotometro nel vicino infrarosso NISP.
Obiettivi della missione
L'obbiettivo principale di Euclid è indagare l'espansione dell'universo negli ultimi 10 miliardi di anni, studiandone l'evoluzione come mai fatto in precedenza. Al fin di ciò esaminerà le galassie a diverse distanze dalla Terra, coprendo un'area pari ad un terzo del cielo. Tramite i fenomeni delle lenti gravitazionali e delle oscillazioni acustiche barioniche, ottenuti dalle misurazioni delle galassie, Euclid potrà creare un'immagine 3D della distribuzione di materia ordinaria e oscura in una buona parte dell'universo. Dallo studio della storia dell'espansione si riuscirà a stimarne con un'accuratezza del 10% l'accelerazione causata da energia oscura ed eventuali variazioni.
Euclid si occuperà anche di produrre un'enorme quantità di immagini profonde e di spettri, dato il suo telescopio da 1,2 m con una risoluzione di 0,2 secondi d'arco, paragonabile al telescopio spaziale Hubble, fornendo nuove indagini ad altri telescopi sulla Terra e nello spazio. Ad ogni osservazione sarà associato uno studio dello spostamento verso il rosso, permettendo di risparmiare lunghi intervalli di monitoraggio.
Il telescopio compirà ricerche in due porzioni di cielo:
- Euclid Wide Survey, una porzione ampia 15.000 gradi quadrati ed esterna all'area di inquinamento luminoso del sistema solare e della Via Lattea;
- Euclid Deep Fields, di ampiezza ridotta a 40 gradi quadrato e con magnitudine di 2 gradi maggiore della Wide Survey.
Caratteristiche
Modulo di servizio
Il modulo di servizio (SVM, dall'inglese Satellite and Service Module) comprende sensori, giroscopi, propulsori, sistemi di controllo, serbatoi di idrazina e gas, sistema di comunicazione, sistema di regolazione termica e il pannello solare. Questo modulo fornisce comunicazioni in banda X e K, con una velocità in banda K di circa 75 Mbit/s durante le comunicazioni giornaliere di 4 ore con la stazione di terra di Cebreros e disporrà di una memoria di almeno 2,6 Tbit. Per soddisfare le attività di osservazione ad alta precisione dispone di un sistema di puntamento altamente stabile, con dispersione inferiore a 75 mas per esposizione, con un'alta stabilità termica. È stato realizzato a Torino dalla Thales Alenia Space
Il modulo di Servizio (SVM) garantisce le funzioni termiche e strutturali, alloggia gli equipaggiamenti che forniscono le seguenti funzioni:
- Telecomunicazioni (TT&C - Telemetry and Telecommand)
- Controllo di Assetto (AOCS - Attitude Orbit Control System)
- Gestione Dati (CDMS - Central Data Management System)
- Gestione Potenza (EPS . Electrical Power System)
- Propulsione (RCS - Reaction Control System, MPS - Micro-Propulsion System)
All'interno del modulo di servizio sono alloggiate anche l'elettronica del sensore di navigazione fine (FGS - Fine Guidance Sensor) e degli strumenti scientifici del carico utile.
Collegato al modulo di servizio vi è Sun Shield (SSH), dove è installato il grande pannello Solare che fornisce energia al satellite e che, allo stesso tempo, protegge il telescopio dalla luce solare.
Carico utile
Il carico utile (PLM, dall'inglese Payload Module) è stato realizzato a Tolosa dalla Airbus Defence and Space e comprende il telescopio, il sistema di controllo termico, gli strumenti e i rivelatori. Il telescopio è in configurazione Korsch con 3 specchi, di cui quello primario del diametro di 1,2 m, e dispone di una lunghezza focale di 24,5 m e campo visivo di 1,25×0,73 gradi quadrati. Il telescopio è raffreddato passivamente e il suo specchio primario andrà mantenuto a temperature inferiori a 130 K (-143 °C), con stabilità termica di circa 50 mK. Gli specchi e le strutture saranno realizzati completamente in carburo di silicio, un materiale con termoelasticità e rigidità eccellenti e immune alle radiazioni.
Strumentazione scientifica
Il telescopio dispone di due strumenti scientifici forniti dall'Euclid Consortium.
- Il Near Infrared Spectrometer and Photometer (NISP) è atto a fornire fotometria nel vicino infrarosso (da 900 a 2000 nm delle galassie e a determinare lo spostamento verso il rosso in combinazione con i dati dell'altro strumento (VIS). Gli spettri nel vicino infrarosso serviranno a misurare accuratamente distanze, distribuzione e spostamenti delle galassie, permettendo di descriverne la storia negli ultimi 10 miliardi di anni. Il piano focale di NISP è composto da una matrice di 4×4 sensori a infrarosso da 2040×2040 pixel, con un campo visivo di 0,53 gradi quadrati ed una risoluzione di 0,3 secondi d'arco per pixel.
- Il Visible instrument (VIS) si occuperà di osservare con altissima qualità le galassie oggetto della ricerca el telescopio. Misurerà le forme delle galassie, gli effetti della lente gravitazionale su oggetti molto lontani e la distribuzione della materia oscura negli ultimi 10 miliardi di anni. Il piano focale di VIS è composto da una matrice di 6×6 DAC da 4096×4132 pixel per un totale di circa 600 Mpixels. Il campo visivo si estende per 0,57 gradi quadrati (quasi il triplo della Luna piena e 180 volte il campo del telescopio spaziale Hubble), con una risoluzione di 0,1 secondi d'arco per pixel, mentre la gamma di lunghezze d'onda va da 550 nm a 900 nm.
Panoramica della missione
Euclid è stato lanciato il 1 luglio 2023 da Cape Canaveral, a bordo di un Falcon 9. La navicella è stata posta su una traiettoria verso il punto lagrangiano L2 situato a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra. Durante il viaggio il telescopio si raffredda gradualmente e due settimane dopo il decollo dalla Florida raggiunge la temperatura operativa. Euclid raggiunge la sua destinazione due settimane dopo, circa un mese dopo il lancio. Il telescopio percorre un'orbita halo di grande ampiezza (circa un milione di chilometri) attorno al punto di Lagrange L2 del sistema Sole-Terra. Arrivato a destinazione nei due mesi successivi verrà verificato il funzionamento degli strumenti e dei vari sottosistemi. Tre mesi dopo il lancio il telescopio spaziale inizia la sua missione scientifica.
Durante la sua missione, che dovrebbe durare almeno sei anni, Euclid osserverà circa un terzo della volta celeste, e circa 10 miliardi di fonti astronomiche. Per più di un miliardo di esse, la deformazione gravitazionale sarà misurata con una precisione 50 volte migliore di quella che è possibile ottenere con i telescopi terrestri. Euclid dovrebbe determinare lo spostamento verso il rosso di 50 milioni di oggetti e aiuterà a comprendere meglio il ruolo della materia e dell'energia oscura e come questa abbia plasmato l'universo nel corso del tempo, dal Big Bang a oggi.
Sono arrivate le prime immagini del telescopio spaziale Euclid; ancora in fase di calibrazione. Talmente incredibili per la loro nitidezza che alcuni scienziati le hanno definite “immagini ipnotizzanti”. A riprenderle sono stati i due strumenti, con forte contributo italiano, appena accesi: Vis (Visible Instrument) e Nisp (Near Infrared Spectrometer Photometer) che sono ancora in fase di calibrazione. Alla loro realizzazione hanno giocato un ruolo importante a livello continentale, l’Agenzia spaziale italiana (Asi), l’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn).
Cluster NGC 6397
L'immagine mostra l'ammasso globulare di stelle NGC 6397 nel disco della Via Lattea: centinaia di migliaia di stelle di dimensioni e colori diversi, dove le stelle blu sono le più giovani e quelle rosse le più vecchie. A dare origine all'ammasso, che si trova a 7.800 anni luce dalla Terra ed è il secondo più vicino a noi, è il legame gravitazionale tra le stelle. Gli ammassi globulari sono tra gli oggetti celesti più antichi dell’Universo e nascondono molti indizi sulla storia e sull’evoluzione delle galassie che li ospitano. A oggi, nessun altro telescopio oltre a Euclid può osservare in poco tempo l’intero ammasso globulare, permettendo allo stesso tempo di distinguere le singole stelle esterne dalle altre fonti cosmiche.
La nebulosa Testa di Cavallo, nella costellazione di Orione, aleggia sullo sfondo nero dello spazio profondo, a circa 1.375 anni luce di distanza. Esistono tante immagini di questa nursery di stelle, ma quella scattata da Euclid è estremamente nitida, di una definizione superiore, considerando anche il fatto che è stata acquisita in una sola ora di lavoro. Gli scienziati sperano che grazie a Euclid sarà possibile individuare pianeti e stelle, e studiare la loro formazione in condizioni così speciali quali quelle della nebulosa Testa di Cavallo, sottoposta alla potente radiazione della stella Sigma Orionis.
In questo scatto sono racchiuse migliaia di galassie. Le più vicine (circa mille) fanno parte dell'ammasso di Perseo e appaiono grandi, con aloni giallo-bianchi. Sullo sfondo sono disseminate altre 100mila galassie più distanti, diverse per forme e colori, che variano dal bianco al giallo, a l rosso. Alcune sono talmente distanti da apparire come dei puntini luminosi e più sono distanti più sono rosse.
Galassia a spirale IC342
Bianca e rosa, vortica al centro di quest'immagine la galassia a spirale IC 342, soprannominata “galassia nascosta” perché difficile da osservare, dato che si trova dietro il disco della Via Lattea, a 11 milioni di anni luce dalla Terra. Al centro, dove c'è la maggior concentrazione di stelle, IC 342 appare più bianca, mentre i suo bracci sembrano quasi dissolversi. Tutt'attorno, stelle dal blu (le più giovani) al bianco, fino al giallo e al rosso (le più vecchie). IC 342 è considerata una sosia della Via Lattea: il suo studio potrebbe farci scoprire molto della nostra galassia.
Galassia NGC 6822.
L'immagine mostra una galassia irregolare, bianca al centro, dove le stelle sono più concentrate, e più gialla all'esterno. Si possono apprezzare diverse “bolle” rosa all'interno della galassia. NGC 6822 è una galassia “nana” primordiale che dista solo 1,6 milioni di anni luce dalla Terra e fa parte dello stesso ammasso della Via Lattea. Benché sia stata osservata e fotografata molte volte, Euclid è il primo a catturarla nella sua interezza in un’immagine ad alta risoluzione. Studiarla, e studiare gli ammassi globulari di stelle al suo interno, sarà importante per capire come si sono evolute le galassie nell’Universo primordiale. Tra Webb ed Euclid si sta facendo chiarezza anche sull'origine dell'Universo.
Questa immagine mostra Messier 78, una vivace nursery stellare avvolta nella polvere interstellare. Euclid ha scrutato in profondità quest’angolo di cielo usando la sua camera a infrarossi mostrando per la prima volta regioni nascoste di formazione stellare, mappando i suoi complessi filamenti di gas e polvere con dettagli inediti e scoprendo stelle e pianeti di nuova formazione. Gli strumenti di Euclid riescono a rilevare oggetti di massa pari a solo circa quattro volte la massa di Giove, e il suo occhio sull’infrarosso rivela oltre 300.000 nuovi oggetti solo in questo campo. Gli scienziati stanno usando questo set di dati per studiare la quantità e il rapporto tra le stelle e gli oggetti di dimensioni sub-stellari che si trovano in questa regione, informazioni fondamentali per comprendere la dinamica di formazione ed evoluzione delle popolazioni stellari nel tempo.
Uno zoom sulla porzione centrale dell’immagine mostra come le stelle in formazione creino una cavità nella nube molecolare circostante tramite il vento di particelle cariche che viene generato. Il colore blu individua idrogeno atomico ionizzato mentre i fenomeni di assorbimento e dispersione della luce da parte delle polveri genera una radiazione qui rappresentata in rosso.
Più in basso nell’immagine si trova una nebulosa oscura che sta generando stelle di piccola massa che si stanno dispongono lungo i filamenti che si distendono nello spazio.
Messier 78 è l’oggetto più vicino osservato nell’ambito di questa campagna e si trova a soli 1300 anni luce nella costellazione di Orion.
GRUPPO DI GALASSIE DORADO
Il gruppo di galassie Dorado è uno dei gruppi di galassie più ricchi dell'emisfero australe. Qui, Euclid cattura le galassie che si evolvono e si fondono "in azione", con code di marea e conchiglie visibili come risultato delle interazioni in corso.
ABELL 2764
L’immagine mostra una nuova veduta del conglomerato di galassie Abell 2764 (in alto a destra), una regione di spazio molto densa contenente centinaia di galassie in orbita all'interno di un alone di materia oscura. Il telescopio cattura una serie di oggetti tra cui molte galassie sullo sfondo, alcune più distanti, e galassie che hanno emesso flussi e gusci di stelle e una spirale di taglio che ci permette di vedere la "sottigliezza" del suo disco.
Abell 2390 è un ammasso di galassie localizzato a 2,7 miliardi di anni luce di distanza, nella costellazione Pegaso. È formato da galassie come la Via Lattea e ha una massa che è svariate migliaia di miliardi di volte quella del Sole: non si tratta però solo di materia ordinaria, ma di materia oscura, ovvero quel tipo di materia che è possibile rilevare solo tramite l’interazione gravitazionale. Ad oggi non è noto cosa sia effettivamente la materia oscura, ma assieme all’energia oscura è considerata costituire il 95% del contenuto dell’universo. Le proporzioni sono infatti circa 70% di energia oscura, 25% di materia oscura e 5% di materia ordinaria (protoni, neutroni, elettroni, e via dicendo).
Con i dati di Euclid è anche possibile studiare come il numero di galassie si sia evoluto nel tempo: questo permette di studiare anche come sia evoluta l’energia oscura, che è ritenuta essere responsabile dell’evoluzione dell’universo.
Euclid è anche stato in grado di osservare la debole luce intracluster, emessa dalle stelle che sono state espulse dai loro sistemi e proiettate nello spazio intergalattico. Gli scienziati ritengono che queste stelle orfane possano aiutare a individuare la presenza di materia oscura.
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ABEL 2390
Nell’immagine ottenuta con Euclid si vedono più di 50mila galassie. Una delle tecniche del telescopio per esplorare l’Universo oscuro è misurare indirettamente la quantità e la distribuzione della materia oscura in un ammasso di galassie attraverso il fenomeno di lente gravitazionale, quando la luce in arrivo da galassie più lontane è piegata e distorta da questa materia misteriosa presente nell’ammasso. In Abell 2390 è visibile questo fenomeno, in molteplici archi curvi.
Oltre a comprendere meglio la materia oscura, gli scienziati stanno usando i dati di Euclid per misurare come le masse e il numero di ammassi di galassie nel cielo cambiano nel corso del tempo cosmico, per rivelare maggiori informazioni sull’evoluzione dell’Universo e sull’energia oscura, che si pensa influisca su questa evoluzione.
Visibile in questa vista di Abell 2390 è anche la debole luce intracluster, emessa dalle stelle che sono state strappate via dalle loro galassie madri nello spazio intergalattico. Osservare questa luce è una specialità di Euclid: questi orfani stellari potrebbero permetterci di “vedere” dove si trova la materia oscura.
1 settembre 2024
Eugenio Caruso - 24 agosto 2023
