Euclid fandt flere kosmiske linser på et år end alle tidligere søgninger tilsammen

Europas rumteleskop Euclid har på cirka ét års himmelkortlægning fundet flere stærke gravitationslinser end alle tidligere søgninger tilsammen. Den første store datarelease, offentliggjort af Den Europæiske Rumorganisation, indeholder omkring femten tusinde højkonfidens-kandidater til gravitationslinser. I hver enkelt bøjer tyngdekraften fra en forgrundsgalakse lyset fra en fjernere galakse til buer, ringe eller dobbeltbilleder.

Det er vigtigt, fordi en linse fungerer som en vægt. Mængden af bøjning viser, hvor meget masse der sidder i forgrundsgalaksen, inklusive den mørke materie, som intet teleskop kan se direkte. Indtil nu studerede astronomer disse systemer ét sjældent fund ad gangen. Med et katalog af denne størrelse kan de studere dem som en population, og den samme release tilføjer mere end ni hundrede millioner galakser til det bredere arbejde med at kortlægge det mørke univers.

Releasen, kaldet DR1-Foundation, dækker omkring 1.900 kvadratgrader af himlen, et område cirka 9.500 gange større end fuldmånens areal. Den indeholder mere end en milliard katalogiserede objekter, over 60 millioner kvasarkandidater, spektre for mere end 160 millioner kilder og omkring 1,7 millioner gigabyte data. Den dækker kun 14 % af det område, Euclid er planlagt til at kortlægge.

”Stærk linseeffekt giver unik indsigt i det mørke univers, idet den tillader os at ’veje’ individuelle galakser, inklusive deres usynlige mørke materie, og udforske, hvordan universet udvider sig,” sagde Natalie Lines fra University of Portsmouth, medlem af Euclid-konsortiet og førsteforfatter til linsekatalog-artiklen.

Sådan plukkede Euclid 15.000 linser ud af 900 millioner galakser

Linser er sjældne. Kun omkring én ud af flere tusinde galakser står præcist nok på linje med en baggrundskilde til at fungere som en linse, og mange linsebilleder er for små til at kunne opløses gennem sløringen fra Jordens atmosfære. Euclid observerer fra rummet med et 1,2 meter spejl og to instrumenter: VIS, et synligt-lys-kamera, der producerer de skarpe billeder, og NISP, som tager nær-infrarøde billeder og splitter lys i spektre.

Søgningen startede med de cirka 900 millioner kilder i releasen og beholdt de 68 millioner, der bestod et første katalogudsnit. Fem maskinlæringsmodeller scorede disse objekter. De mest lovende gik til omkring 7.000 borgerforskere på projektet Space Warps, hostet på Zooniverse-platformen, som lavede mere end 4,5 millioner klassifikationer af 300.000 objekter. Til sidst inspicerede 67 linseeksperter mere end 30.000 systemer og bedømte dem.

Bedømmelserne betyder noget. Af de 15.072 højkonfidens-kandidater er 6.073 grad A, som holdet betegner ”sikker linse”, og 8.999 er grad B, betegnet ”sandsynlig linse”. Yderligere 9.010 grad C-”mulige” systemer offentliggøres separat. Software forsøgte derefter at gengive hvert grad A- og B-system med en linsemodel, og for mere end 9.500 linser estimerede holdet afstande og de fysiske egenskaber for forgrundsgalaksen.

De fleste af disse forgrundsgalakser er massive og danner ikke længere nye stjerner. De sidder ved en typisk rødforskydning på 0,68, et mål for, hvor meget universets udvidelse har strakt deres lys, hvilket er længere væk end tidligere linseprøver fra jordbaserede teleskoper nåede.

Fra sjældne fund til et folketælling af tusinder

Den første stærke linse, en kvasar der optrådte to gange på himlen, blev identificeret for næsten 50 år siden. Siden da havde de største jordbaserede undersøgelser, som tilsammen dækker det meste af den himmel, der er synlig fra Jorden, fundet omkring 3.000 linser af denne galakse-bag-galakse-type ifølge Euclid-konsortiet. Euclids 15.072 højkonfidens-kandidater overgår alle tidligere kataloger tilsammen.

Hver eneste af dem blev fundet med det samme teleskop og den samme metode. Når linser kommer fra mange forskellige undersøgelser og udvælgelsesmetoder, er de svære at sammenligne. En enkelt ensartet prøve giver forskere mulighed for at stille statistiske spørgsmål, såsom hvordan den mørke materie omkring massive galakser ændrer sig fra den ene galakse til den næste, som et par hundrede uensartede systemer ikke kan besvare.

Skalaen af himmelområdet er også ny. Området i denne release er omkring ti gange mere himmel, end Hubble-rumteleskopet har observeret på 35 år ifølge konsortiet. Euclids tidligere releases indeholdt et par dages observationer over omkring 60 kvadratgrader. Valeria Pettorino, ESAs Euclid-projektforsker, beskrev springet som ”en ændring i skala.”

Kataloget indeholder også sjældne typer, der tidligere var enkeltstående opdagelser. Det lister 84 kandidater til dobbelt-kilde-plan-linser, hvor én forgrundsgalakse linser to baggrundsgalakser i forskellige afstande, mere end 1.000 kandidatlinser dannet af skivegalakser og flere hundrede linsede kvasarer og aktive galaktiske kerner. Før Euclid havde de to første klasser få kendte eksempler.

Releasen indeholder mere end linser

Andre artikler offentliggjort med dataene viser dens rækkevidde. Et hold opløste 15 svage stjernesystemer i individuelle stjerner for første gang, fem af dem nye opdagelser. Et af de nye, Ursa Minor II, ligger omkring 65.000 lysår væk i Mælkevejens halo og indeholder kun omkring 40 gange Solens masse i stjerner, hvilket gør det til et af de mindst lysstærke stjernesystemer, der kendes.

En anden undersøgelse målte formerne på mere end 40 millioner stjernedannende galakser, en prøve 440 til 52.800 gange større end sammenlignelige studier med James Webb-rumteleskopet. Blandt galakser med lavere masse bekræftede den, at aflange, cigarformede galakser bliver sjældnere, efterhånden som universet ældes, mens flade skiver dominerer.

Hvad DR1-Foundation ikke afgør

Euclids hovedmål er at måle mørk energi, den uforklarede årsag til universets accelererende udvidelse, og at kortlægge mørk materie gennem kosmisk historie. Denne release gør ikke det endnu. De målinger, der er nødvendige for kosmologi, inklusive svag-linse-kort og galakseklustering, er stadig under produktion og vil komme med den fulde første datarelease.

Linserne selv er stadig kandidater. Kun grad A-systemerne vurderes som sikre, og opdagelsesholdet skriver, at ekspertbedømmelse forbliver subjektiv, så de korrigerede for individuelle inspektørers bias. Søgningen missede også nogle rigtige linser. Holdet estimerer, at det fandt omkring 73 % af de sikre systemer i området, mens resten sandsynligvis er svagere eller mere tvetydige. Bekræftelse af individuelle systemer vil kræve opfølgende observationer, inklusive spektre.

De videnskabelige artikler er preprints. De otte videnskabelige artikler og 18 tekniske artikler, der blev udgivet med dataene, er beregnet til et særnummer af tidsskriftet Astronomy & Astrophysics og har endnu ikke gennemgået fagfællebedømmelse.

Himmelområdet er også delvist. Med 14 % af den planlagte undersøgelse repræsenterer prøven muligvis ikke hele himlen, og konsortiets forskere fandt et par regioner, hvis datakvalitet adskiller sig fra resten, mens de kontrollerede behandlingen.

”Dette er kun 14 % af, hvad Euclid i sidste ende har til hensigt at levere, men vi kan allerede se, at løfterne fra for mere end ti år siden om spændvidden af videnskabelige bestræbelser, Euclid ville understøtte, begynder at gå i opfyldelse,” sagde Marc Sauvage, astrofysiker ved det franske alternativenergi- og atomenergikommissariat (CEA) og leder af Euclid-konsortiet.

Spørgsmål om Euclids første datarelease

Hvad er der i Euclids DR1-Foundation-release?

Omkring 13 måneders observationer, der dækker 1.900 kvadratgrader af himlen: cirka 10.000 videnskabelige billeder, kataloger med mere end en milliard objekter, inklusive over 900 millioner galakser, spektre for mere end 160 millioner kilder, omkring 15.000 stærke linsekandidater og over 60 millioner kvasarkandidater. I alt udgør det omkring 1,7 millioner gigabyte.

Hvad er en stærk gravitationslinse?

Den dannes, når en massiv forgrundsgalakse bøjer lyset fra en galakse langt bagved, så baggrundsgalaksen fremstår som buer, en ring eller flere kopier. Mængden af bøjning afslører den totale masse af forgrundsgalaksen, inklusive dens mørke materie, og forstørrelsen lader astronomer studere baggrundsgalakser, der ellers ville være for svage.

Hvor mange galakser har Euclid kortlagt indtil videre?

Mere end 900 millioner galakser er katalogiseret i denne release, som dækker omkring 14 % af det planlagte undersøgelsesområde. ESA forventer, at hele missionen vil katalogisere omkring 1,5 milliarder galakser.

Kan alle bruge Euclids data?

Ja. ESA har gjort releasen offentlig og hoster den på sin Euclid Data Space-platform, hvor brugere kan udforske, visualisere og analysere billederne, katalogerne og spektrene uden at downloade dem.

Hvornår vil Euclid måle mørk energi?

Ikke med denne release. ESA og Euclid-konsortiet planlægger de første kosmologiresultater, baseret på svag linseeffekt og galakseklustering, til den fulde første datarelease i midten af 2027.

Kosmologiresultater forventes i midten af 2027

Euclid blev opsendt i juli 2023 og begyndte rutinemæssigt undersøgelsesarbejde den 14. februar 2024. Observationerne i denne release blev indsamlet mellem foråret 2024 og foråret 2025, og ESA offentliggjorde dem den 12. november 2026. Den fulde DR1, med de første kosmologiresultater, forventes i midten af 2027, og DR2, med omkring tre gange så meget himmel, er planlagt til 2029.

Den første stærke linse, Tvillingkvasaren, blev identificeret i 1979. Ved slutningen af sin seksårige undersøgelse forventes Euclid at finde mere end 100.000 højkonfidens-linsekandidater, hver eneste en naturlig vægt til at veje en galakses mørke materie.

Kilde: 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

Tags: astronomi, esa, euclid, mørk energi, mørkt stof, galakser