se învață în mod obișnuit că într-un vid lumina călătorește întotdeauna în linii drepte. Deși acesta este cazul multor situații de pe pământ, atunci când privim în univers, situația este mai complexă. Relativitatea generală a lui Einstein descrie gravitația ca curbură sau urzeală în țesătura spațiu-timpului. Prin urmare, obiectele masive își creează câmpurile gravitaționale prin deformarea continuumului spațiu-timp. Razele de lumină călătoresc prin Univers pe căi numite geodezice, care sunt în esență cea mai scurtă distanță între două puncte dintr-un spațiu curbat.

într-un plan plat, cum ar fi câmpul gravitațional aproape constant în apropierea suprafeței Pământului, geodezicele sunt în esență drepte. În universul mai larg, însă, nu este cazul. Pe suprafețe curbate, cum ar fi spațiul-timp deformat al universului la scară largă, geodezicele sunt curbate.din această cauză, este foarte probabil ca fiecare rază de lumină pe care o detectăm să fi fost deviată într-o mică măsură în timp ce călătorește prin spațiu. Acest lucru este cauzat de gravitatea diferitelor galaxii și grupuri de galaxii pe care o rază de lumină le trece în călătoria sa.cunoscută sub numele de lentilă gravitațională, această proprietate extraordinară a naturii a fost prezisă de teoria generală a relativității a lui Albert Einstein la începutul secolului 20. Matematica a arătat că orice obiect ceresc masiv poate îndoi razele de lumină care trec în același mod în care o lentilă de sticlă îndoaie lumina într-un telescop sau microscop. Cu toate acestea, cantitatea de deformare a fost mică și ar avea nevoie de condiții speciale pentru a fi îndeplinite pentru ca telescoapele să o detecteze.

(stânga) ilustrații ale efectului unei mase de lentile asupra unei imagini simetrice circulare. (Dreapta) în galaxia cluster Abell 2218, arcurile puternic lentile pot fi văzute în jurul clusterului. Fiecare galaxie de fundal este slab lent. Credit pentru Abell 2218: NASA, ESA și Johan Richard (Caltech, SUA).

în 1919, aceste condiții au fost îndeplinite de apariția unei eclipse totale de soare într-un câmp bogat de stele. Expediții conduse de astrofizicianul britanic Arthur Eddington au fost expediate. În momentul eclipsei, astronomii au observat devieri în lumina stelelor care au fost cauzate de câmpul gravitațional al Soarelui. Când au comparat rezultatele lor cu predicțiile lui Einstein, au descoperit că se potrivesc. Acest rezultat a jucat un rol cheie în dovada experimentală a teoriei lui Einstein.Caietele lui Einstein indică faptul că, cu aproximativ șapte ani mai devreme, el și-a dat seama că, dacă un observator ar fi localizat la distanța corectă, razele de lumină deviate din jurul obiectului ceresc ar converge pentru a face o imagine mărită. Acesta este un fenomen cunoscut sub numele de lentilă gravitațională puternică. De exemplu, pentru a folosi Soarele ca lentilă gravitațională pentru a forma o imagine a unui obiect ceresc mai îndepărtat, un observator ar trebui să fie de cel puțin 550 de ori mai departe de Soare decât Pământul.

într-o lentilă gravitațională slabă, razele de lumină nu sunt suficient de deviate pentru a mări imaginea, în schimb introduc distorsiuni subtile. Deși devierea de la fiecare grup de galaxii este practic nedetectabilă pe cont propriu, efectul cumulativ conferă o distorsiune subtilă imaginilor galaxiilor îndepărtate care pot fi deduse doar din măsurători. Astronomii se referă la acest efect ca forfecare cosmică.

de la prima sa detectare în 2000, cosmic shear a evoluat într-o sondă cosmologică fiabilă și robustă, oferind măsurători ale istoriei expansiunii universului și a creșterii structurii sale. A furnizat constrângeri asupra densității materiei din Univers, a cantității de galaxii care se grupează în univers și a comportamentului energiei întunecate. Toate cele trei au fost aproape de așteptările teoretice de la măsurătorile radiației cosmice de fond cu microunde, iar acest lucru a crescut încrederea în tehnică.

ilustrare a lentilelor gravitaționale slabe. Credit: NASA, ESA și R. Massey.

în cazul lentilelor slabe, lentila în sine este o distribuție extinsă a materiei întunecate în fața unui fundal dens de galaxii. Datorită câmpului gravitațional al materiei întunecate, fiecare galaxie de fundal este foarte ușor distorsionată. Distorsiunile galaxiilor de fundal nu sunt aleatorii, ci se vor alinia cu distribuția densității materiei întunecate. Astfel, examinarea galaxiilor de fundal împreună va dezvălui o imagine de forfecare a structurii din prim-plan.

prin măsurarea deplasării spre roșu către fiecare galaxie de fundal, devine posibilă dezlegarea structurilor materiei întunecate care sunt situate la diferite deplasări spre roșu. Cu o cantitate suficientă de galaxii de fundal la diferite deplasări roșii putem efectua tomografie a structurilor materiei întunecate. Euclid va face acest lucru prin măsurarea distorsiunilor a 1,5 miliarde de galaxii de fond, care se întind pe 10 miliarde de ani lumină ai Universului, pentru a crea o viziune tridimensională a distribuției materiei întunecate a universului nostru.

cu aceste informații, cosmologii vor putea deduce modul în care distribuția pe scară largă a structurilor galactice s-a construit de-a lungul istoriei cosmice. Acest lucru îi va ajuta să determine viteza cu care cresc astfel de structuri. Drept urmare, va oferi constrângeri puternice asupra naturii și cantității de materie întunecată și energie întunecată din Univers, care afectează atât rata de creștere.

1: știința Misiunii

2: Ce este materia întunecată?

3: Ce este energia întunecată?

4: Ce este lentila gravitațională?

5: Ce sunt oscilațiile acustice baryonice?

6: știința moștenirii (dincolo de cosmologie)