Первая в истории публикация данных телескопа Евклид дает потрясающий взгляд на Вселенную, раскрывая более 26 миллионов галактик и демонстрируя беспрецедентную точность телескопа в видимых и инфракрасных длинах волн. Миссия, основанная на передовых оптических методах и огромной инфраструктуре обработки данных, революционизирует наше понимание эволюции галактик, темной энергии и космической паутины. Германия играет жизненно важную роль в оптике, калибровке данных и научной интерпретации.Машинное обучение и гражданские ученые помогают нам разобраться в огромных объемах информации.
Это изображение иллюстрирует явление гравитационного линзирования, запечатленное Евклидом во время его первых наблюдений глубокого космоса. Изображение предоставлено: ЕКА/Евклид/Консорциум Евклида/НАСА, обработка изображений: М. Уолмсли, М. Уэртас-Компани и Ж.-К. Кюйландр
Первый выпуск данных Евклида охватывает обширную область неба и состоит из трех больших мозаик. Он содержит подробные наблюдения за скоплениями галактик, активными галактическими ядрами и переходными событиями, предоставляя ученым богатый набор данных для изучения некоторых основных вопросов современной космологии. Благодаря этому предварительному исследованию Евклид начал раскрывать историю нашей Вселенной и скрытые силы, которые ее формируют, такие как темная материя и темная энергия.
Одной из самых мощных особенностей евклидова телескопа является его чрезвычайно большое поле зрения. Его область изображения за одну экспозицию в 240 раз больше, чем у космического телескопа Хаббла, при этом сохраняется изображение высокого разрешения в видимом и инфракрасном диапазонах.
На этом изображении показан образец галактик различной формы, заснятый Евклидом во время его первых наблюдений в области глубокого поля. В рамках публикации данных был опубликован подробный каталог более чем 380 000 галактик, классифицированный по таким признакам, как спиральные рукава, центральные перемычки и приливные хвосты, которые указывают на слияние галактик. Изображение предоставлено: ЕКА/Евклид/Консорциум Евклида/НАСА, обработка изображений: М. Уолмсли, М. Уэртас-Компани и Ж.-К. Кюйландр
Возможности инфракрасного изображения телескопа Евклид особенно развиты, во многом благодаря ключевым оптическим компонентам, разработанным двумя немецкими институтами: Институтом внеземной физики Макса Планка (MPE) в Гархинге и Институтом астрономии Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге. Свет, попадающий в телескоп, проходит через четыре линзы, фильтр и светоделитель, что обеспечивает чрезвычайно высокую контрастность изображения.
«Требования по подавлению ореолов превышены в сто раз. Оптическая конструкция и точность исполнения MPE и MPIA устанавливают новые стандарты четкости и контрастности изображения», — сказал Фрэнк Групп, возглавляющий разработку оптики ближнего инфракрасного диапазона MPE.
MPE также способствует изучению эволюции галактик. «Мы составили каталог из более чем 70 000 спектральных красных смещений из различных обзоров неба и объединили их с евклидовыми данными», — объясняет Кристоф Солдер, отвечающий за эту часть проекта. «Этот каталог позволяет точно измерять расстояния и четко идентифицировать многочисленные галактики и квазары на евклидовых изображениях высокого разрешения. Он обеспечивает основу для более глубокого понимания этих объектов, их распределения и их внутренних свойств».
Впечатление художника о космической миссии «Евклид». «Евклид» предназначен для исследования необъятности Вселенной и ответа на некоторые из наиболее фундаментальных вопросов о Вселенной: что такое темная материя и темная энергия? Какую роль они сыграли в формировании космической паутины? Миссия будет использовать свои чувствительные телескопы для сканирования неба и каталогизации миллиардов далеких галактик. Источник изображения: ЕКА
«Новые данные также используются для проверки методов измерения космического сдвига и калибровки красного смещения, которые вскоре будут применены к более крупным наборам евклидовых данных для достижения главной научной цели — точного измерения темной энергии», — сказал Хендрик Хильдебрандт из Рурского университета в Бохуме. Он возглавляет ключевой проект по измерению космического сдвига и рабочую группу по калибровке красного смещения.
Кроме того, ученые из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU) протестировали методы выявления и характеристики перенаселенности галактик, что является ключевым шагом в отслеживании крупномасштабной структуры Вселенной. «Методы, используемые в этой миссии для точного определения скоплений галактик, будут иметь решающее значение для полного использования обширного набора данных Евклида, улучшения идентификации скоплений галактик и углубления нашего понимания формирования космической структуры. В то же время они помогут исследовать ранее неизвестные области в ближнем инфракрасном диапазоне с использованием статистически значимых образцов объектов», — сказала ученый LMU Барбара Сарторис.
Точно так же ученые MPIA играют ведущую роль в многочисленных исследованиях Евклида. Они используют эти данные для идентификации растущих сверхмассивных черных дыр, ответа на фундаментальные вопросы об эволюции галактик и выполнения точных фотометрических измерений молодых и старых переходных объектов.
Это Южное глубокое поле Евклида. Всего за одно наблюдение космический телескоп обнаружил в этом регионе более 11 миллионов галактик. В ближайшие годы Евклид проведет дополнительные наблюдения за регионом, пока он не достигнет максимальной глубины. На этом изображении мы можем увидеть макроскопическую структуру Вселенной. Именно так галактики организованы в так называемую «космическую паутину». Эта паутина состоит из огромных скоплений галактик, связанных друг с другом газом и невидимой темной материей. Изображение предоставлено: ЕКА/Евклид/Консорциум Евклида/НАСА, обработка изображений: Ж.-К. Куйландр, Э. Бертен и Г. Ансельми
Телескоп Евклид определил три области неба, которые в конечном итоге обеспечат самые глубокие наблюдения миссии. На данный момент Евклид обнаружил 26 миллионов галактик всего за одну неделю наблюдений, сканируя каждую область один раз. Самая далекая галактика находится на расстоянии 10,5 миллиардов световых лет от Земли. Суммарная площадь этих галактик более чем в 300 раз превышает площадь полной Луны.
Чтобы разгадать тайны своих исследований, Евклид использует свой Visible Imager (VIS) высокого разрешения для точного измерения различных форм и распределений миллиардов галактик. Напротив, его прибор Near Infrared Instrument SP (NISP) имеет решающее значение для определения расстояния и массы галактик.
MPE отвечает за проектирование и создание оптической системы ближнего инфракрасного диапазона NISP. MPIA отвечает за ключевую задачу калибровки NISP. «Инженеры и ученые MPIA разрабатывают и поддерживают всю программу калибровки миссии, калибровку и научный мониторинг камеры ближнего инфракрасного диапазона NISP, выполнение моделирования и технического анализа, такого как мониторинг приборов», — сказал Миша Ширмер из MPIA. Он является ученым, ответственным за калибровку миссий Евклид и калибровку NISP.
Эти новые изображения подтверждают эти усилия, демонстрируя способность Евклида составить карту сотен тысяч галактик и намекая на крупномасштабную организацию этих галактик в космической паутине.
На этом изображении показана часть южной части Евклидового глубокого поля. Эта область увеличена в 16 раз по сравнению с большой мозаикой. На изображении видно множество галактик различной формы и цвета в зависимости от возраста и расстояния. Изображение предоставлено: ЕКА/Евклид/Консорциум Евклида/НАСА, обработка изображений: Ж.-К. Куйландр, Э. Бертен, Ж. Ансельми
Ожидается, что Евклид за шесть лет сфотографирует более 1,5 миллиардов галактик, отправляя обратно около 100 ГБ данных каждый день. Такие большие наборы данных создают невероятные возможности для исследований, но также и большие проблемы.
Альянс Евклид создал сеть из девяти центров обработки данных по всей Европе, включая Центр научных данных Германии (SDC-DE) в Центре космических наук Мапуту (MPE). Центр оснащен 7000 процессорами и обрабатывает 10% данных, записанных Euclid. Команда из не менее десяти экспертов обеспечивает бесперебойную и последовательную обработку данных астрономических изображений. Макс Фабрициус из Центра космических наук Мапуту, возглавляющий SDC-DE, сказал: «Около 100 ГБ необработанных данных обрабатываются практически в реальном времени каждый день. Требования к фотометрической точности очень высоки и требуют совершенно новых методов калибровки данных».
Достижения в области алгоритмов машинного обучения в сочетании с совместными усилиями тысяч добровольцев и экспертов в области гражданской науки играют жизненно важную роль в поиске, анализе и каталогизации галактик. Это базовый и необходимый инструмент для полного использования обширного набора данных Евклида. Важной вехой в этой работе является первая подробная каталогизация более чем 380 000 галактик с такими особенностями, как спиральные рукава, центральные перемычки и приливные хвосты, которые могут сделать вывод о вероятности слияния галактик.
Первый каталог представляет лишь 0,4% от общего числа галактик, которые, как ожидается, будут получены с таким же разрешением телескопом Евклид за время его существования. Окончательный каталог раскроет подробную морфологию как минимум на порядок большего количества галактик, чем измерялось ранее, помогая ученым ответить на такие вопросы, как формирование спиральных рукавов и рост сверхмассивных черных дыр.
На этом изображении показана часть южной части Евклидового глубокого поля. Эта область увеличена в 70 раз по сравнению с большой мозаикой. На изображении можно увидеть различные гигантские скопления галактик, а также световые и гравитационные линзы внутри скоплений. Скопление галактик рядом с центром называется J041110.98-481939.3 и находится на расстоянии около 6 миллиардов световых лет от нас. Изображение предоставлено: ЕКА/Евклид/Консорциум Евклида/НАСА, обработка изображений: Ж.-К. Куйландр, Э. Бертен, Ж. Ансельми
Свет, идущий к нам из далеких галактик, искривляется и искажается нормальной и темной материей на переднем плане. Этот эффект называется гравитационным линзированием, и это был один из инструментов, который Евклид использовал, чтобы выявить, как темная материя распределяется во Вселенной. Когда искажение очень выражено, оно называется «сильным линзированием» и может создавать такие элементы, как кольца Эйнштейна, дуги и множественные линзы изображения.
Сегодня был выпущен первый каталог из 500 сильных кандидатов в межгалактические линзы, почти все из которых ранее были неизвестны. Ученые MPIA участвуют в классификации гравитационных линз, маркируя изображения на основе вероятности их попадания в линзы в качестве входных данных для машинного обучения. «Эти системы искусственного интеллекта в конечном итоге будут иметь решающее значение в конце миссии для анализа области неба, которая в 200 раз больше. Число галактик, искаженных эффектом линзирования, в конечном итоге увеличится до ошеломляющих 100 000, что примерно в 100 раз превышает известное в настоящее время число. Для этого беспрецедентного набора данных невозможно классифицировать отдельные объекты вручную», — подчеркивает Кнуд Янке из MPIA. Он специалист по приборостроению в NISP.
Евклидовы телескопы также могут измерить это явление, когда искажение источника фона намного меньше, чем «слабое» линзирование. Это тонкое искажение можно обнаружить только посредством статистического анализа большого количества галактик. В ближайшие годы телескоп Евклид будет измерять искривленные формы миллиардов галактик на протяжении 10-миллиардной истории Вселенной, обеспечивая трехмерное представление о распределении темной материи во Вселенной.
Чтобы узнать больше о темной Вселенной, телескоп Евклид ЕКА будет измерять явление, называемое «слабое линзирование». В основе этого явления лежит принцип гравитационного линзирования. Источник изображения: ЕКА
По состоянию на 19 марта 2025 года площадь наблюдения Евклида составляет примерно 2000 квадратных градусов, что составляет примерно 14% от общей обследованной площади. Общая площадь трех глубоких областей составляет 63,1 квадратных градуса.
«Быстрые» выпуски Euclid (например, выпуск от 19 марта) ориентированы на отдельные регионы. Они призваны продемонстрировать продукты данных, ожидаемые в последующих крупных выпусках данных, и помочь ученым усовершенствовать свои инструменты анализа данных в процессе подготовки. Первые космологические данные миссии будут опубликованы в октябре 2026 года. Данные, накопленные в результате нескольких дополнительных полетов в глубоких местах, будут включены в выпуск 2026 года.
Данные, опубликованные 19 марта 2025 года, описаны в нескольких научных статьях, которые еще не прошли рецензирование, но будут представлены в журнал Astronomy and Astrophysicals.
В Боннском университете находится Отдел публикаций Евклида, который координирует и рецензирует научные публикации Союза Евклида.
Составлено из /ScitechDaily