De allereerste publicatie van gegevens van de Euclid-telescoop biedt een verbluffende blik in het universum, onthult meer dan 26 miljoen sterrenstelsels en demonstreert de ongekende precisie van de telescoop in zichtbare en infrarode golflengten. Aangedreven door geavanceerde optische technieken en een enorme infrastructuur voor gegevensverwerking, zorgt de missie voor een revolutie in ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels, donkere energie en het kosmische web. Duitsland speelt een cruciale rol op het gebied van optica, datakalibratie en wetenschappelijke interpretatie.Machine learning en burgerwetenschappers helpen ons grote hoeveelheden informatie te begrijpen.

Deze afbeelding illustreert het fenomeen van zwaartekrachtlenzen, vastgelegd door Euclides tijdens zijn eerste observaties van de diepe ruimte. Beeldcredits: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, beeldverwerking: M. Walmsley, M. Huertas-Company en J.-C. Cuillandre

Euclides' eerste publicatie van gegevens bestrijkt een groot deel van de hemel en bestaat uit drie grote mozaïeken. Het bevat gedetailleerde observaties van clusters van sterrenstelsels, actieve galactische kernen en voorbijgaande gebeurtenissen, waardoor wetenschappers een rijke dataset krijgen om enkele van de belangrijkste vragen in de moderne kosmologie te bestuderen. Door dit voorbereidende onderzoek begon Euclides de geschiedenis van ons universum en de verborgen krachten die het vormgeven, zoals donkere materie en donkere energie, te onthullen.

Een van de krachtigste kenmerken van de Euclidische telescoop is het extreem grote gezichtsveld. Het beeldgebied bij een enkele opname is 240 keer groter dan dat van de Hubble-ruimtetelescoop, terwijl de beeldvorming met hoge resolutie in de zichtbare en infrarode banden behouden blijft.

Deze afbeelding toont een aantal sterrenstelsels met verschillende vormen, allemaal vastgelegd door Euclides tijdens zijn eerste waarnemingen van het diepe veldgebied. Als onderdeel van de gegevenspublicatie is een gedetailleerde catalogus van meer dan 380.000 sterrenstelsels vrijgegeven, geclassificeerd op basis van kenmerken zoals spiraalarmen, centrale staven en getijdenstaarten die duiden op samensmelting van sterrenstelsels. Beeldcredits: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, beeldverwerking: M. Walmsley, M. Huertas-Company en J.-C. Cuillandre

De infraroodbeeldvormingsmogelijkheden van de Euclid-telescoop zijn bijzonder geavanceerd, grotendeels dankzij belangrijke optische componenten die zijn ontwikkeld door twee Duitse instellingen: het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica (MPE) in Garching en het Max Planck Instituut voor Astronomie (MPIA) in Heidelberg. Het licht dat de telescoop binnenkomt, gaat door vier lenzen, een filter en een bundelsplitser, wat resulteert in een extreem hoog beeldcontrast.

"De eis om nevenbeelden te onderdrukken wordt met een factor honderd overschreden. Het optische ontwerp en de nauwkeurige uitvoering van de MPE en MPIA zetten nieuwe normen voor beeldhelderheid en contrast", zegt Frank Grupp, die leiding geeft aan de ontwikkeling van MPE's nabij-infraroodoptiek.

MPE draagt ​​ook bij aan de studie van de evolutie van sterrenstelsels. ‘We hebben een catalogus samengesteld van meer dan 70.000 spectrale roodverschuivingen uit verschillende luchtonderzoeken en deze gecombineerd met Euclidische gegevens’, legt Christoph Saulder uit, die verantwoordelijk is voor dit deel van het project. "Deze catalogus maakt nauwkeurige meting van afstanden en duidelijke identificatie van talrijke sterrenstelsels en quasars mogelijk in Euclidische beelden met hoge resolutie. Het biedt de basis voor een dieper begrip van deze objecten, hun verspreiding en hun interne eigenschappen."

Artistieke impressie van de Euclides-ruimtemissie. Euclides is ontworpen om de uitgestrektheid van het universum te onderzoeken en enkele van de meest fundamentele vragen over het universum te beantwoorden: wat zijn donkere materie en donkere energie? Welke rol speelden ze bij de vorming van het kosmische web? De missie zal haar gevoelige telescopen gebruiken om de hemel te scannen en miljarden verre sterrenstelsels te catalogiseren. Bron afbeelding: ESA

"De nieuwe gegevens worden ook gebruikt om technieken te testen voor het meten van kosmische schuifkracht en het kalibreren van roodverschuiving, die binnenkort zullen worden toegepast op grotere Euclidische datasets om het belangrijkste wetenschappelijke doel van nauwkeurige meting van donkere energie te bereiken", zegt Hendrik Hildebrandt van Ruhr-Universität Bochum. Hij leidt het sleutelproject voor het meten van kosmische schuifkracht en de werkgroep voor roodverschuivingskalibratie.

Bovendien hebben wetenschappers van de Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) methoden getest om de overbevolking van sterrenstelsels te identificeren en te karakteriseren, een belangrijke stap in het volgen van de grootschalige structuur van het universum. "De methoden die bij deze missie worden gebruikt om clusters van sterrenstelsels te lokaliseren zullen van cruciaal belang zijn om ten volle te profiteren van de enorme dataset van Euclides, de identificatie van sterrenstelselclusters te verbeteren en ons begrip van de vorming van kosmische structuren te verdiepen. Tegelijkertijd zullen ze helpen bij het verkennen van voorheen onbekende gebieden in het nabij-infrarood met behulp van statistisch significante monsters van objecten", zegt LMU-wetenschapper Barbara Sartoris.

Op dezelfde manier spelen MPIA-wetenschappers een leidende rol in tal van Euclidische onderzoeken. Ze gebruiken de gegevens om groeiende superzware zwarte gaten te identificeren, fundamentele vragen over de evolutie van sterrenstelsels te beantwoorden en nauwkeurige fotometrische metingen uit te voeren aan jonge en oude voorbijgaande objecten.

Dit is het Euclid South Deep Field. Na slechts één waarneming heeft de ruimtetelescoop ruim 11 miljoen sterrenstelsels in de regio ontdekt. De komende jaren zal Euclides meer observaties van de regio uitvoeren totdat deze de maximale diepte bereikt. Op deze afbeelding kunnen we de macroscopische structuur van het universum zien. Dit is hoe sterrenstelsels georganiseerd zijn langs wat het ‘kosmische web’ wordt genoemd. Dit web bestaat uit enorme clusters van sterrenstelsels die met elkaar verbonden zijn door gas en onzichtbare donkere materie. Beeldcredits: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, beeldverwerking: J.-C. Cuillandre, E. Bertin en G. Anselmi

De Euclid-telescoop heeft drie delen van de hemel geïdentificeerd die uiteindelijk de diepste waarnemingen van de missie zullen opleveren. Tot nu toe heeft Euclides in slechts één week van observatie 26 miljoen sterrenstelsels ontdekt, waarbij elk gebied één keer is gescand. Het verste sterrenstelsel bevindt zich op 10,5 miljard lichtjaar afstand van de aarde. De gezamenlijke oppervlakte van deze sterrenstelsels komt overeen met ruim 300 keer de volle maan.

Om de mysteries van zijn verkenning te ontrafelen, gebruikt Euclides zijn Visible Imager (VIS) met hoge resolutie om nauwkeurig de verschillende vormen en verdelingen van miljarden sterrenstelsels te meten. Het Near Infrared Instrument SP (NISP) is daarentegen van cruciaal belang voor het bepalen van de afstand en de massa van sterrenstelsels.

MPE is verantwoordelijk voor het ontwerp en de constructie van het NISP nabij-infrarood optische systeem. MPIA is verantwoordelijk voor de kerntaak van NISP-kalibratie. "MPIA-ingenieurs en wetenschappers ontwikkelen en onderhouden het volledige kalibratieprogramma van de missie, kalibreren en wetenschappelijk monitoren de nabij-infraroodcamera NISP, voeren simulaties uit en voeren technische analyses uit zoals instrumentmonitoring", aldus Mischa Schirmer van MPIA. Hij is de wetenschapper voor de Euclid-missiekalibratie en NISP-kalibratie.

Deze nieuwe beelden bevestigen deze inspanningen en demonstreren het vermogen van Euclides om honderdduizenden sterrenstelsels in kaart te brengen en beginnen te duiden op de grootschalige organisatie van deze sterrenstelsels in het kosmische web.

Deze afbeelding toont een deel van het zuidelijke deel van Euclid Deep Field. Dit gebied wordt 16 keer vergroot vergeleken met het grote mozaïek. Op de afbeelding zijn veel sterrenstelsels zichtbaar, met verschillende vormen en kleuren vanwege hun leeftijd en afstand. Beeldcredits: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, beeldverwerking: J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

Verwacht wordt dat Euclides in zes jaar tijd meer dan 1,5 miljard sterrenstelsels in beeld zal brengen, waarbij hij elke dag ongeveer 100 GB aan gegevens terugstuurt. Dergelijke grote datasets creëren ongelooflijke mogelijkheden voor verkenning, maar ook grote uitdagingen.

De Euclid Alliance heeft een netwerk van negen datacentra in heel Europa opgezet, waaronder het Scientific Data Center Germany (SDC-DE) in het Maputo Space Science Center (MPE). Het centrum is uitgerust met 7.000 processors en verwerkt 10% van de door Euclid geregistreerde gegevens. Een team van minimaal tien experts zorgt voor een soepele en consistente verwerking van astronomische beeldgegevens. Max Fabricius van het Maputo Space Science Center, leider van SDC-DE, zei: "Elke dag wordt ongeveer 100 GB aan ruwe gegevens in bijna realtime verwerkt. De eisen voor fotometrische nauwkeurigheid zijn zeer hoog en vereisen volledig nieuwe methoden voor gegevenskalibratie."

Vooruitgang in machine learning-algoritmen, gecombineerd met de gezamenlijke inspanningen van duizenden vrijwilligers en experts op het gebied van de menselijke burgerwetenschap, spelen een cruciale rol bij het zoeken, analyseren en catalogiseren van sterrenstelsels. Het is een fundamenteel en noodzakelijk hulpmiddel om ten volle gebruik te kunnen maken van de enorme dataset van Euclides. Een belangrijke mijlpaal in dit werk is de eerste gedetailleerde catalogisering van meer dan 380.000 sterrenstelsels met kenmerken zoals spiraalarmen, centrale staven en getijdenstaarten die de waarschijnlijkheid van het samensmelten van sterrenstelsels kunnen afleiden.

De eerste catalogus vertegenwoordigt slechts 0,4% van het totale aantal sterrenstelsels dat naar verwachting tijdens zijn levensduur door de Euclid-telescoop met een vergelijkbare resolutie in beeld zal worden gebracht. De uiteindelijke catalogus zal de gedetailleerde morfologie onthullen van minstens een orde van grootte meer sterrenstelsels dan eerder gemeten, waardoor wetenschappers vragen kunnen beantwoorden zoals hoe spiraalarmen ontstaan ​​en hoe superzware zwarte gaten groeien.

Deze afbeelding toont een deel van het zuidelijke deel van Euclid Deep Field. Dit gebied wordt 70 keer vergroot vergeleken met het grote mozaïek. Op de afbeelding zijn verschillende gigantische clusters van sterrenstelsels te zien, evenals licht- en zwaartekrachtlenzen binnen de clusters. De cluster van sterrenstelsels nabij het centrum heet J041110.98-481939.3 en bevindt zich op een afstand van ongeveer 6 miljard lichtjaar. Beeldcredits: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, beeldverwerking: J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

Licht dat vanuit verre sterrenstelsels op ons afkomt, wordt afgebogen en vervormd door de normale en donkere materie op de voorgrond. Dit effect wordt zwaartekrachtlensvorming genoemd en was een van de instrumenten die Euclides gebruikte om te onthullen hoe donkere materie in het universum is verdeeld. Wanneer de vervorming zeer uitgesproken is, wordt dit 'sterke lenswerking' genoemd en kunnen kenmerken ontstaan ​​zoals Einstein-ringen, bogen en meerdere beeldlenzen.

Vandaag werd de eerste catalogus van 500 sterke intergalactische lenskandidaten vrijgegeven, die voorheen vrijwel allemaal onbekend waren. MPIA-wetenschappers zijn betrokken bij het classificeren van zwaartekrachtlenzen, waarbij ze afbeeldingen labelen op basis van hun waarschijnlijkheid dat ze worden gelensd als input voor machinaal leren. “Deze kunstmatige intelligentiesystemen zullen uiteindelijk van cruciaal belang zijn aan het einde van de missie om een ​​gebied aan de hemel te analyseren dat 200 keer groter is. Het aantal sterrenstelsels dat door het lenseffect wordt vervormd zal uiteindelijk toenemen tot maar liefst 100.000, ongeveer 100 keer het aantal dat momenteel bekend is. Voor deze ongekende dataset is het onmogelijk om individuele objecten handmatig te classificeren”, benadrukt Knud Jahnke van de MPIA. Hij is instrumentwetenschapper bij het NISP.

Euclidische telescopen kunnen dit fenomeen ook meten wanneer de vervorming van de achtergrondbron veel kleiner is dan bij "zwakke" lenzen. Deze subtiele vervorming kan alleen worden gedetecteerd door middel van statistische analyse van grote aantallen sterrenstelsels. De komende jaren zal de Euclid-telescoop de verwrongen vormen van miljarden sterrenstelsels gedurende de tien miljard jaar durende geschiedenis van het universum meten, waardoor een driedimensionaal beeld ontstaat van de verdeling van donkere materie in het universum.

Om meer te weten te komen over het donkere universum zal ESA's Euclid-telescoop een fenomeen meten dat 'zwakke lenswerking' wordt genoemd. Dit fenomeen is gebaseerd op het principe van zwaartekrachtlenzen. Bron afbeelding: ESA

Vanaf 19 maart 2025 bedraagt ​​het observatiegebied van Euclides ongeveer 2.000 vierkante graden, goed voor ongeveer 14% van het totale onderzochte gebied. De totale oppervlakte van de drie diepe gebieden bedraagt ​​63,1 vierkante graden.

De "snelle" releases van Euclid (zoals de release van 19 maart) zijn gericht op geselecteerde regio's. Ze zijn bedoeld om de dataproducten te demonstreren die worden verwacht in volgende grote datapublicaties en om wetenschappers te helpen hun tools voor data-analyse ter voorbereiding te verfijnen. De eerste kosmologische gegevens van de missie zullen in oktober 2026 aan het publiek worden vrijgegeven. De gegevens die zijn verzameld tijdens meerdere extra vluchten op locaties in het diepe veld zullen worden opgenomen in de release van 2026.

De gegevens die op 19 maart 2025 zijn vrijgegeven, worden beschreven in meerdere wetenschappelijke artikelen, die het peer-review-proces nog niet hebben doorlopen, maar zullen worden ingediend bij het tijdschrift Astronomy and Astrophysics.

De Universiteit van Bonn herbergt het Euclid Publications Office, dat de wetenschappelijke publicaties van de Euclid Union coördineert en beoordeelt.

Samengesteld uit /ScitechDaily