Euclid fant flere kosmiske linser på ett år enn alle tidligere søk til sammen

Europas romteleskop Euclid har funnet flere sterke gravitasjonslinser i løpet av omtrent ett års himmelkartlegging enn alle tidligere søk til sammen. Den første store datapubliseringen, utgitt av Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA), inneholder omtrent femten tusen linskandidater med høy konfidens. I hver av dem bøyer gravitasjonen fra en forgrunnsgalakse lyset fra en fjernere galakse til buer, ringer eller dobbeltbilder.

Det er viktig fordi en linse fungerer som en vekt. Mengden bøyning viser hvor mye masse som befinner seg i forgrunnsgalaksen, inkludert den mørke materien som ingen teleskop kan se direkte. Inntil nå studerte astronomer disse systemene én sjelden gang om gangen. Med en katalog av denne størrelsen kan de studere dem som en populasjon, og samme publisering legger til mer enn ni hundre millioner galakser i det bredere arbeidet med å kartlegge det mørke universet.

Publiseringen, kalt DR1-Foundation, dekker omtrent 1 900 kvadratgrader av himmelen, et område omtrent 9 500 ganger så stort som fullmånen. Den inneholder mer enn én milliard katalogiserte objekter, over 60 millioner kvasarkandidater, spektre for mer enn 160 millioner kilder og omtrent 1,7 millioner gigabyte med data. Den dekker også bare 14 % av området Euclid er planlagt å kartlegge.

«Sterk linsing gir unik innsikt i det mørke universet, og lar oss ‘veie’ individuelle galakser, inkludert deres usynlige mørke materie, og utforske hvordan universet utvider seg,» sa Natalie Lines ved University of Portsmouth, medlem av Euclid Consortium og førsteforfatter av linskatalog-artikkelen.

Slik plukket Euclid ut 15 000 linser blant 900 millioner galakser

Linser er sjeldne. Bare omtrent én av flere tusen galakser står på linje med en bakgrunnskilde tett nok til å fungere som én, og mange linsede bilder er for små til å kunne oppløses gjennom sløringen fra jordens atmosfære. Euclid observerer fra verdensrommet med et 1,2 meter speil og to instrumenter: VIS, et kamera for synlig lys som produserer de skarpe bildene, og NISP, som tar nær-infrarøde bilder og splitter lys i spektre.

Søket startet med de omtrent 900 millionene kildene i publiseringen og beholdt de 68 millionene som passerte et første katalogkutt. Fem maskinlæringsmodeller skåret disse objektene. De mest lovende gikk til omtrent 7 000 borgerforskere på Space Warps-prosjektet, som er vert på Zooniverse-plattformen, og som gjorde mer enn 4,5 millioner klassifiseringer av 300 000 objekter. Til slutt inspiserte 67 linseeksperter mer enn 30 000 systemer og graderte dem.

Gradene har betydning. Av de 15 072 kandidatene med høy konfidens er 6 073 grad A, som teamet merker «sikker linse», og 8 999 er grad B, merket «sannsynlig linse». Ytterligere 9 010 grad C «mulige» systemer er publisert separat. Programvare forsøkte deretter å gjenskape hvert grad A- og B-system med en linsemodell, og for mer enn 9 500 linser estimerte teamet avstander og de fysiske egenskapene til forgrunnsgalaksen.

De fleste av disse forgrunnsgalaksene er massive og danner ikke lenger nye stjerner. De befinner seg ved en typisk rødforskyvning på 0,68, et mål på hvor mye universets utvidelse har strukket lyset deres, noe som er lenger unna enn tidligere linseprøver fra bakkebaserte teleskoper nådde.

Fra sjeldne funn til en folketelling av tusener

Den første sterke linsen, en kvasar som dukket opp to ganger på himmelen, ble identifisert for nesten 50 år siden. Siden den gang hadde de største bakkebaserte undersøkelsene, som til sammen dekker det meste av himmelen synlig fra jorden, funnet omtrent 3 000 linser av denne galakse-bak-galakse-typen, ifølge Euclid Consortium. Euclids 15 072 kandidater med høy konfidens overgår alle tidligere kataloger til sammen.

Hver eneste av dem ble funnet med samme teleskop og samme metode. Når linser kommer fra mange ulike undersøkelser og utvalgsmetoder, er de vanskelige å sammenligne. En enkelt uniform prøve lar forskere stille statistiske spørsmål, som hvordan den mørke materien rundt massive galakser endrer seg fra én galakse til den neste, som noen få hundre uensartede systemer ikke kan besvare.

Omfanget av himmeldekningen er også nytt. Området i denne publiseringen er omtrent ti ganger mer himmel enn Hubble Space Telescope har observert på 35 år, ifølge konsortiet. Euclids tidligere publiseringer inneholdt noen få dagers observasjoner over omtrent 60 kvadratgrader. Valeria Pettorino, ESAs Euclid-prosjektforsker, beskrev hoppet som «en endring i skala».

Katalogen inneholder også sjeldne typer som tidligere var enkeltfunn. Den lister opp 84 kandidater til dobbeltkildeplan-linser, der én forgrunnsgalakse linser to bakgrunnsgalakser i ulike avstander, mer enn 1 000 kandidatlinser dannet av skivegalakser, og flere hundre linsede kvasarer og aktive galaksekjerner. Før Euclid hadde de to første klassene få kjente eksempler.

Publiseringen inneholder mer enn linser

Andre artikler publisert med dataene viser rekkevidden. Ett team oppløste 15 svake stjernesystemer til individuelle stjerner for første gang, fem av dem nye oppdagelser. En av de nye, Ursa Minor II, ligger omtrent 65 000 lysår unna i Melkeveiens halo og inneholder bare omtrent 40 ganger solens masse i stjerner, noe som gjør den til et av de minst lyssterke stjernesystemene som er kjent.

En annen studie målte formene til mer enn 40 millioner stjernedannende galakser, en prøve 440 til 52 800 ganger større enn sammenlignbare studier med James Webb Space Telescope. Blant galakser med lavere masse bekreftet den at avlange, sigarformede galakser blir sjeldnere etter hvert som universet eldes, mens flate skiver dominerer.

Hva DR1-Foundation ikke avgjør

Euclids hovedmål er å måle mørk energi, den uforklarte årsaken til universets akselererende utvidelse, og å kartlegge mørk materie gjennom kosmisk historie. Denne publiseringen gjør ikke det ennå. Målingene som trengs for kosmologi, inkludert svak-linse-kart og galakseklustering, er fortsatt under produksjon og vil komme med den fulle første datapubliseringen.

Linsene i seg selv er fortsatt kandidater. Bare grad A-systemene er vurdert som sikre, og oppdagelsesteamet skriver at ekspertgradering forblir subjektiv, så de korrigerte for skjevhetene til individuelle inspektører. Søket gikk også glipp av noen ekte linser. Teamet estimerer at det fant omtrent 73 % av de definitive systemene i området, med resten sannsynligvis svakere eller mer tvetydige. Bekreftelse av individuelle systemer vil kreve oppfølgingsobservasjoner, inkludert spektre.

De vitenskapelige artiklene er forhåndspublikasjoner. De åtte vitenskapsartiklene og 18 tekniske artiklene som ble utgitt med dataene, er ment for et spesialnummer av tidsskriftet Astronomy & Astrophysics og har ennå ikke gjennomgått fagfellevurdering.

Himmeldekningen er også delvis. Ved 14 % av den planlagte undersøkelsen kan prøven ikke representere hele himmelen, og konsortiumforskere fant noen regioner hvis datakvalitet skiller seg fra resten mens de sjekket prosesseringen.

«Dette er bare 14 % av det Euclid til syvende og sist har til hensikt å levere, men vi kan allerede se at løftene gitt for mer enn ti år siden om omfanget av vitenskapelige bestrebelser Euclid ville støtte, begynner å gå i oppfyllelse,» sa Marc Sauvage, astrofysiker ved det franske alternativenergi- og atomenergikommisjonæren (CEA) og leder av Euclid Consortium.

Spørsmål om Euclids første datapublisering

Hva er i Euclids DR1-Foundation-publisering?

Omtrent 13 måneder med observasjoner som dekker 1 900 kvadratgrader av himmelen: omtrent 10 000 vitenskapsbilder, kataloger over mer enn én milliard objekter inkludert over 900 millioner galakser, spektre for mer enn 160 millioner kilder, omtrent 15 000 sterke linskandidater og over 60 millioner kvasarkandidater. Totalt utgjør det omtrent 1,7 millioner gigabyte.

Hva er en sterk gravitasjonslinse?

Den dannes når en massiv forgrunnsgalakse bøyer lyset fra en galakse langt bak den, slik at bakgrunnsgalaksen vises som buer, en ring eller flere kopier. Mengden bøyning avslører den totale massen til forgrunnsgalaksen, inkludert dens mørke materie, og forstørrelsen lar astronomer studere bakgrunnsgalakser som ellers ville vært for svake.

Hvor mange galakser har Euclid kartlagt så langt?

Mer enn 900 millioner galakser er katalogisert i denne publiseringen, som dekker omtrent 14 % av det planlagte undersøkelsesområdet. ESA forventer at hele oppdraget vil katalogisere omtrent 1,5 milliarder galakser.

Kan noen bruke Euclids data?

Ja. ESA har gjort publiseringen offentlig og er vert for den på sin Euclid Data Space-plattform, hvor brukere kan utforske, visualisere og analysere bildene, katalogene og spektrene uten å laste dem ned.

Når vil Euclid måle mørk energi?

Ikke med denne publiseringen. ESA og Euclid Consortium planlegger de første kosmologiresultatene, basert på svak linsing og galakseklustering, for den fulle første datapubliseringen i midten av 2027.

Kosmologiresultater kommer i midten av 2027

Euclid ble skutt opp i juli 2023 og begynte rutinemessig undersøkelsesarbeid 14. februar 2024. Observasjonene i denne publiseringen ble samlet inn mellom våren 2024 og våren 2025, og ESA publiserte dem 12. november 2026. Den fulle DR1, med de første kosmologiresultatene, forventes i midten av 2027, og DR2, med omtrent tre ganger så mye himmel, er planlagt til 2029.

Den første sterke linsen, Twin Quasar, ble identifisert i 1979. Ved slutten av sin seks år lange undersøkelse forventes Euclid å finne mer enn 100 000 linskandidater med høy konfidens, hver eneste en naturlig vekt for å veie en galakses mørke materie.

Referanse: Euclid Collaboration: Lines et al., «Euclid Data Release 1 (DR1). Euclid Lens Identification Pipeline and Scientific Exploration (ECLIPSE) A: Strong lens catalogue overview,» submitted to Astronomy & Astrophysics, 2026. arXiv:2611.15883. DOI: 10.48550/arXiv.2611.15883

Tagger: astronomi, esa, euclid, mørk energi, galakser, gravitasjonslinse