“歐幾里得”首秀令人驚嘆（1）：7天2600萬個星系

北京時間3月19日晚，歐幾里得聯(lián)盟（Euclid Consortium）向全球發(fā)布了第一批快速數(shù)據(jù)（Quick Data Release 1），向我們呈現(xiàn)了“歐幾里得”空間望遠鏡超群的能力。

最令人期待的空間望遠鏡之一

“歐幾里得”空間望遠鏡由歐洲航天局（ESA）主導(dǎo)，聯(lián)合美國航天局 （NASA）共同研發(fā)，旨在針對河外星系開展為期6年的巡天觀測，繪制全天星圖，為暗能量和暗物質(zhì)等困擾天文學(xué)家的疑難問題提供新的見解。，2024 年 2 月 14 日成功開始宇宙學(xué)巡天觀測。

“歐幾里得”望遠鏡 | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA. Background galaxies: NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

歐幾里得聯(lián)盟由來自世界各地的天文臺、實驗室、大學(xué)等 2600 多名成員組成，涵蓋天體物理學(xué)、宇宙學(xué)、理論物理學(xué)和粒子物理學(xué)的各個領(lǐng)域。2024 年 5 月發(fā)布了首批早期觀測結(jié)果 （ERO），僅5張圖片。如果說那次只是開胃小菜的話，那么這次發(fā)布的數(shù)據(jù)屬于主食了，數(shù)據(jù)相對更為完整龐大，名稱為“歐幾里得快速數(shù)據(jù)”，Euclid Quick Data Release 1，簡寫為“Q1”。

與數(shù)據(jù)一同公布的還有 發(fā)表在不同期刊中的 27 篇科學(xué)論文，涉及 星系團、 強引力透鏡系統(tǒng)、活動星系核（AGN）和類星體、矮星系等等，以及 7 篇技術(shù)論文，描述了團隊是如何處理和分析望遠鏡數(shù)據(jù)的。

7天發(fā)現(xiàn)2600萬個星系

這批公開的數(shù)據(jù)是“歐幾里得”在短短一周內(nèi)所取得的，總共有三個區(qū)域，總面積只有 63 平方度。這僅僅是“歐幾里得”望遠鏡整個任務(wù)的 0.45%。即便如此，其觀測結(jié)果令科學(xué)家十分興奮。

我們看到，到目前為止它只對每個區(qū)域進行了一次掃描，但照片中已經(jīng)有 2600 萬個星系，其中最遠的星系距離我們 105 億光年。這些區(qū)域中還包含一小部分明亮的類星體，它們通常都處在極其遙遠的位置。

放大70倍的“歐幾里得”南部深場 | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

“歐幾里得”主要有兩臺成像精度極高的相機，分別是可見光波段相機VIS和近紅外波段相機NISP。VIS工作在 530–920 納米，由 6×6 個CCD組成，包含 6 億個像素。NISP主要工作在 920–2020 納米，由 4×4 個紅外探測器拼接而成，包含 6500 萬個像素。這兩臺大幅面相機能為我們呈現(xiàn)星系的形態(tài)，加上多色濾光片和光譜儀，預(yù)計可以對超過 15 億個星系進行低分辨率光度測量，對數(shù)百萬個星系進行高精度光譜觀測。這套組合拳可以幫助解開星系的距離、質(zhì)量等至關(guān)重要的信息。

“歐幾里得”的主要載荷 | Credit: ESA/Euclid

現(xiàn)代宇宙學(xué)認為，宇宙中的普通物質(zhì)只占5%，多達95%是由未知的物質(zhì)組成，被稱為暗物質(zhì)和暗能量。要想理解暗物質(zhì)和暗能量，了解整個宇宙星系的分布情況，就是必不可少的環(huán)節(jié)。“歐幾里得”望遠鏡將在6年任務(wù)期內(nèi)，掃描約14000平方度的天區(qū)，約占整個天空的1/3。可見，目前完成的只是冰山一角。只有當(dāng)“歐幾里得”完成大范圍巡天后，我們才能描繪出整個宇宙之網(wǎng)。

選3個天區(qū)重復(fù)掃描四五十次

如果用一句話形容“阿基米德”的任務(wù)，那就是“普遍撒網(wǎng)，重點培養(yǎng)”。這次Q1數(shù)據(jù)中公布的 63 平方度的照片，就是從 14000 平方度的廣撒網(wǎng)中挑選出的“重點培養(yǎng)”對象。

歐幾里得深場（黃色）在天空中的位置，也是本次發(fā)布Q1數(shù)據(jù)的觀測區(qū)域。底圖是2018年“蓋亞”衛(wèi)星第二批數(shù)據(jù)（Gaia DR2）和2014年“普朗克”衛(wèi)星數(shù)據(jù)疊加繪制的全天星圖。 | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA; ESA/Gaia/DPAC; ESA/Planck Collaboration

在天文學(xué)中，深場（deep field）是指對天空某一部分進行長時間曝光所獲得的圖像，目的是探測和研究那些微弱的天體。簡單地說，能看到多暗的目標就意味著場有多“深”。通常，越遠的天體亮度越弱，所以，能看得多暗也相當(dāng)于能看得多遠。當(dāng)然，由于宇宙膨脹的關(guān)系，越遠的天體紅移越大，它們的光線可能偏出了可見光區(qū)間，這就需要用近紅外甚至中紅外波段拍攝深場照片。累積曝光的時間越久，能獲得的照片越深。

歐幾里得南天深場（EDF-S） | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

歐幾里得北天深場（EDF-N） | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

歐幾里得天爐座深場（EDF-F） | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

毫無疑問，深場照片對研究宇宙演化，尤其是早期宇宙十分重要。例如“哈勃望遠鏡”在1995年就拍攝了名為“哈勃深場”（Hubble Deep Field，HDF）的照片，其覆蓋的范圍只有 2.6′×2.6′。“哈勃”先后對這片天區(qū)觀測過300多次。后續(xù)“哈勃”還拍攝了“哈勃極深場”（Hubble Ultra-Deep Field，HUDF）、“哈勃特深場”（Hubble eXtreme Deep Field，HXDF）等十多個深場照片。

哈勃深場（HDF，1995） | Credit: NASA/ESA/STScI/Robert Williams哈勃極深場（HUDF，2014）在僅僅6‰月球視圓面的范圍里發(fā)現(xiàn)了10000多個星系 | Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)

“歐幾里得”選擇了三個天區(qū)拍攝深場照片，分別命名為“歐幾里得南部深場”（Euclid Deep Field South，EDF-S）、“歐幾里得北部深場”（Euclid Deep Field North，EDF-N）和“歐幾里得天爐座深場”（Euclid Deep Field Fornax，EDF-F），所占天區(qū)面積分別為 28.1 平方度、22.9 平方度和 12.1 平方度。這三個深場位置的選擇也是很有講究的，它們遠離銀道面，盡可能避開銀河系的星際塵埃和恒星，是星星比較少，相對最“干凈”的天區(qū)。排除這些干擾后，我們才能拍到更遠更暗的星系，才能看見宇宙真實的模樣。

ESASky中的“歐幾里得”望遠鏡的數(shù)據(jù) | Credit: ESA

現(xiàn)在我們看到的照片只能說是小試牛刀。在未來6年里，“歐幾里得”將對這幾個天區(qū)拍攝 30~52 次，預(yù)期獲得的亮度要比其他普通的巡天照片“深”至少 2 個星等，即至少 6 倍。

Q1 數(shù)據(jù)已經(jīng)可以在可視化平臺 ESASky 中查看了。有興趣的朋友可以上去數(shù)數(shù)有多少個星系。

EDF-S：

https://sky.esa.int/esasky/?hide_welcome=true&hide_banner_info=true&hips=DES-DR2+ColorIRG&sci=false&layout=esasky&euclid_image=EDFS

EDF-N：

https://sky.esa.int/esasky/?hide_welcome=true&hide_banner_info=true&hips=PanSTARRS+DR1+color+(i%2C+r%2C+g)&sci=false&layout=esasky&euclid_image=EDFN

EDF-F：

https://sky.esa.int/esasky/?hide_welcome=true&hide_banner_info=true&hips=PanSTARRS+DR1+color+(i%2C+r%2C+g)&sci=false&layout=esasky&euclid_image=EDFF

參考資料

[1] Euclid opens data treasure trove, offers glimpse of deep fields ( https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Euclid_opens_data_treasure_trove_offers_glimpse_of_deep_fields)

[2] Press Release: Euclid Quick Data Release 1 ( https://www.euclid-ec.org/public/press-releases/euclid-quick-data-release-1/)