Il telescopio Euclid svela i campi profondi da 26 milioni di galassie

Il 19 marzo l’Agenzia Spaziale Europea ha rilasciato il primo dataset delle osservazioni dei campi profondi del telescopio Euclid.

Euclid è stato lanciato nel luglio del 2023 con l’obiettivo di mappare la distribuzione delle galassie nell’Universo e misurare la distorsione che la loro luce subisce durante il viaggio verso i nostri rivelatori. Queste analisi ci aiuteranno a svelare uno dei più grandi misteri cosmologici del nostro tempo, ovvero la presenza di materia ed energia oscura. Queste entità misteriose che riusciamo a svelare solo attraverso i loro effetti sullo spazio-tempo costituiscono il 95% di tutta la materia nell’Universo ma non abbiamo la più pallida idea di cosa siano.

I campi profondi di Euclid

Nell’ambito della sua missione che sino al 2030 passerà in rassegna circa un terzo dell’intero cielo (14.000 gradi quadrati), Euclid osserverà con esposizioni particolarmente lunghe tre piccole regioni. In esse il telescopio spaziale esplorerà davvero in profondità il Cosmo, rivelando gli oggetti più deboli e lontani della sua intera missione. In campo astronomico, con riferimento alla distanza degli oggetti che si va a rilevare, si parla di deep field o campo profondo.

In queste tre regioni, grandi complessivamente 63 gradi quadrati (l’equivalente di poco più di 300 lune piene), Euclid ha attualmente passato appena una settimana totale di osservazioni. I risultati lasciano però a bocca aperta per il dettaglio: 26 milioni di galassie lontane sino a 10.5 miliardi di anni luce vengo svelate dai sensibili rivelatori, oltre a intere popolazioni di brillantissimi quasar ancora più distanti. E poi ammassi di galassie, nuclei galattici attivi e fenomeni transitori. Ma non è che l’inizio.

Nei prossimi anni Euclid passerà ancora molto tempo nei suoi tre Deep Field. Nel corso dei sei anni di missione ripeterà le osservazioni da 30 a 52 volte, con ogni acquisizione che aggiungerà dettaglio e straordinaria sensibilità a queste immagini. “Provate a pensare alle scoperte che ci attendono” afferma Valeria Pettorina, Project scientist di Euclid.

Pur nel loro carattere preliminare, che ha lo scopo di mostrare le potenzialità del telescopio, questi campi profondi sono già un tesoro di dati: al loro interno 380.000 galassie sono già state catalogate. Ed è con questo medesimo dettaglio, per il momento disponibile solo nei Deep field, che Euclid osserverà il resto del cielo incluso nella sua indagine!

Come si analizzano ogni giorno 100 GB di dati?

Si stima che grazie a Euclid scopriremo un miliardo e mezzo di galassie, delle quali quasi 10 milioni saranno catalogate con estrema precisione in un database a disposizione dei cosmologi. Questa quantità enorme di informazioni prodotta dal telescopio, circa 100 GB al giorno, richiede sistemi di analisi all’avanguardia.

Anche in questo campo sono sbarcati i sistemi basati sull’Intelligenza Artificiale. L’uso di specifici algoritmi permette di analizzare le immagini prodotte da Euclid per distinguere e catalogare le galassie sulla base delle loro caratteristiche morfologiche: bracci a spirale, barre centrali, code di marea tra galassie interagenti…

Il catalogo finale, che come minimo decuplicherà il numero di galassie sinora misurate, permetterà agli scienziati di capire come la struttura interna di questi oggetti governi la loro evoluzione e come l’ambiente esterno ne influenzi le trasformazioni.

Ma non dimentichiamo che l’AI è buona non più dei dati con cui viene addestrata. In questo lavoro è servito il contributo di 9976 volontari e volontarie che hanno collaborato sulla piattaforma Zoobot per riconoscere le caratteristiche delle galassie e affinare così il training set su cui poi l’algoritmo ha “imparato” come svolgere il proprio lavoro.

Una macchina per la scoperta delle lenti gravitazionali

La luce che viaggia verso di noi da galassie lontane viene piegata e distorta dalla materia, convenzionale e oscura, che si trova lungo il percorso. L’effetto è chiamato lente gravitazionale, ed è uno degli strumenti a disposizione di Euclid per rivelare la distribuzione di materia oscura nell’Universo.

Quando l’effetto di distorsione è particolarmente evidente si parla di lente forte, e questo è il caso in cui si possono generare fenomeni ancora più particolari come gli anelli di Einstein, archi o lenti multiple.

Sempre le analisi automatiche, con il contributo dei citizen scientist e validate dagli esperti, hanno individuato in questo primo set di dati di Euclid 500 candidati a lenti forti galassia-galassia, quasi tutti precedentemente sconosciuti. Questa tipologia di lente si verifica quando una galassia in primo piano e il suo alone di materia oscura distorcono la luce di una galassia di sfondo.

Con il supporto dei modelli di ricerca automatica nelle immagini si stima che circa 7000 nuovi oggetti candidati saranno individuati nella prima release principale dei dati cosmologici, prevista per la fine del 2026.

Dopo aver viaggiato con la mente, proviamo a viaggiare con gli occhi: vi presento i tre campi profondi di Euclid. Trovate le immagini nella loro risoluzione originale ai link nelle fonti.

Deep Field North

Dopo una singola osservazione, Euclid ha individuato in questo campo di 22.9 gradi quadrati oltre 10 milioni di galassie. Ci troviamo nella costellazione boreale del Dragone, vicino al piano della Via Lattea. Questo è testimoniato dai numerosi oggetti stellari, ma anche dai filamenti bluastri di gas e polveri visibili vicino al centro dell’immagine che prendono il nome di cirri galattici.

Poco a sinistra del centro è visibile NGC 6543, nota anche come nebulosa Occhio di Gatto. Collocata a 3000 anni luce dalla Terra, ci mostra l’evoluzione di una stella morente mentre disperde nello spazio il suo guscio esterno.

Un ulteriore zoom sulla nebulosa svela un incredibile trionfo di galassie di ogni forma e dimensione: è qui che iniziamo a prendere consapevolezza delle potenzialità di Euclid.

Deep Field Fornax

Come il nome suggerisce, ci troviamo nella costellazione della Fornace. In questo francobollo di cielo (12.1 gradi quadrati) trovano posto 4.5 milioni di galassie ma tante altre saranno svelate da Euclid il quale fotograferà questa regione altre 51 volte.

Piccole porzioni di questo campo sono state osservate in passato dai telescopi spaziali nei raggi-X Chandra della NASA (il quale ha prodotto qui il suo Deep Field South da 0.11 gradi quadrati) e XMM-Newton dell’ESA, oltre che dall’infaticabile Hubble e dai grandi telescopi terrestri.

Deep Field South

Collocato nella costellazione dell’Orologio, il campo qui ripreso copre 28.1 gradi quadrati e cattura 11 milioni di galassie. L’analisi di questa immagine mostra efficacemente quella che viene chiamata rete cosmica, ovvero la disposizione degli ammassi di galassie lungo colossali filamenti di gas e materia oscura. Questa regione di cielo non è stata mai interessata da acquisizioni di significativa profondità, quindi ha il potenziale per produrre nuove scoperte.

Uno zoom di 16x sul Deep Field South mostra i primi dettagli sulle galassie del campo quali le loro forme e i vari colori, questi ultimi direttamente legati all’età e alla distanza.

Uno zoom di 70x svela un colossale ammasso di galassie con un dettaglio stupefacente. Stiamo ammirando il cluster J041110.98-481939.3 collocato a 6 miliardi di anni luce da noi. Ben evidenti gli effetti di lente gravitazionale e i bagliori intergalattici all’interno dell’ammasso. Altre galassie più vicine, come quella in basso, rivelano maestosi dettagli.

Variabilità galattica catturata da Euclid

380mila galassie, ovvero quelle attualmente catalogate dalla missione Euclid, sono parecchie. Ma ancora solo lo 0.4% di quelle che ci si attende di poter descrivere.

Una minuscola collezione ci è mostrata nell’immagine seguente.
La prima colonna racchiude galassie viste di taglio che appaiono estremamente sottili, quelle nella seconda colonna hanno un aspetto più diffuso. Le colonne centrali mostrano galassie viste frontalmente con grande varietà di dimensioni e densità stellari. Le ultime due sono invece galassie interagenti, con estese code mareali o bracci insolitamente lunghi.

Lenti gravitazionali forti

Chiude la nostra carrellata di immagini cosmiche una raccolta di alcuni dei 500 candidati lenti gravitazionali forti. Gli studiosi stimano di aumentare questo numero a 7000 con il rilascio del primo set ufficiale di dati alla fine del prossimo anno, per arrivare persino a 100mila alla fine della missione nel 2030. Se le attese saranno rispettate, questo significherà aumentare di un fattore 100 il numero di lenti forti galassia-galassia conosciute.

Conclusioni

Il telescopio Euclid è ancora nella sua infanzia scientifica ma i risultati sono già concreti e iniziano a mantenere ciò che ci era stato promesso: una rivoluzione nella cosmologia. Continueremo a seguire i progressi con attenzione e il nostro stupore è probabilmente destinato solamente ad aumentare.

Naturalmente, a proposito di stupore, la mia personale raccomandazione è di navigare le immagini qui sotto nelle fonti su ESA Sky. Comprendere che ogni singolo puntino di luce sia un’intera galassia è un pensiero che potrebbe richiedere di sedersi a prendere fiato…

Fonti:
Deep Field North
Deep Field Fornax
Deep Field South
Sito ESA

I nostri articoli su Euclid:
https://www.astronomia.com/2023/07/02/inizia-il-viaggio-di-euclid-osservera-luniverso-oscuro/
https://www.astronomia.com/2023/11/07/il-telescopio-euclid-ci-mostra-come-vede-luniverso/
https://www.astronomia.com/2024/05/23/le-nuove-immagini-del-telescopio-euclid/