歐幾里得望遠鏡的首批圖像已經面世正改變我們看待宇宙的方式

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更新於：26-0-0 0：0：0

歐幾里得望遠鏡首次發佈的數據讓我們得以一窺令人驚歎的宇宙，揭示了超過 2600 萬個星系，並展示了該望遠鏡在可見光和紅外波段前所未有的精度。該任務由先進的光學技術和海量數據處理基礎設施提供支援，正在徹底改變我們對星系演化、暗能量和宇宙網路的理解。德國在光學、數據校準和科學解釋方面發揮著至關重要的作用，機器學習和公民科學家正在幫助我們解讀海量資訊。

這幅圖像展示了歐幾里得在首次觀測深空區域時捕捉到的引力透鏡現象。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理：M. Walmsley、M. Huertas-Company 和 J.-C. Cuillandre

歐幾里得首次發佈的數據覆蓋了廣闊的天空區域，並由三幅大型馬賽克圖組成。它包含對星系團、活動星系核和瞬變事件的詳細觀測，為科學家研究現代宇宙學中一些重大問題提供了豐富的數據集。通過這項初步調查，歐幾里得開始揭示我們的宇宙歷史以及塑造宇宙的隱藏力量——例如暗物質和暗能量。

歐幾里得望遠鏡最強大的功能之一是其超大的視野。它單次曝光的成像面積比哈勃太空望遠鏡大240倍，同時還能在可見光和紅外波段保持高解析度成像。

這幅圖像展示了不同形狀的星系樣本，均由歐幾里得在首次觀測深場區域時捕捉到。作為數據發佈的一部分，一份包含超過38萬個星系的詳細星表也已發佈，這些星系已根據螺旋臂、中心棒和潮汐尾等特徵進行了分類，這些特徵預示著星系的合併。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理：M. Walmsley、M. Huertas-Company 和 J.-C. Cuillandre

歐幾里得望遠鏡的紅外成像能力尤為先進，這在很大程度上得益於兩家德國機構開發的關鍵光學元件：位於加興的馬克斯·普朗克地外物理研究所 (MPE) 和位於海德堡的馬克斯·普朗克天文研究所 (MPIA)。進入望遠鏡的光線會經過四個透鏡、一個濾光片和一個分束器，從而產生極高的圖像對比度。

“抑制重影的要求超出了一百倍。 MPE 和 MPIA 的光學設計和精密執行為圖像清晰度和對比度設立了新的標準，”領導 MPE 近紅外光學系統開發的 Frank Grupp 說道。

MPE 也為星系演化研究做出了貢獻。 “我們編製了一份包含來自不同巡天項目的超過 7 萬個光譜紅移的星表，並將其與歐幾里得數據相結合，”該專案這部分負責人 Christoph Saulder 解釋道。 “這份星表能夠精確測量距離，並清晰地識別歐幾里得高解析度圖像中的眾多星系和類星體。它為更深入地了解這些天體、它們的分佈及其內部特性奠定了基礎。 ”

藝術家對歐幾里得太空任務的印象。歐幾里得的設計目標是探索宇宙的廣闊空間，解答一些關於宇宙的最基本問題：什麼是暗物質和暗能量？它們在宇宙網的形成過程中扮演了什麼角色？該任務將利用其靈敏的望遠鏡掃描天空，對數十億個遙遠的星系進行分類。圖片來源：歐空局

“新數據還用於測試測量宇宙剪切和校准紅移的技術，這些技術很快將應用於規模更大的歐幾里得數據集，以實現主要的科學目標——精確測量暗能量，”波鴻魯爾大學的亨德里克·希爾德布蘭特說道。他領導著測量宇宙剪切的關鍵專案和紅移校準工作組。

此外，慕尼克路德維希馬克西米利安大學（LMU）的科學家們測試了識別和表徵星系過密特徵的方法，這是追蹤宇宙大尺度結構的關鍵一步。 “這項任務中用於精確定位星系團的方法，對於充分利用歐幾里得龐大的數據集、改進星系團識別以及加深對宇宙結構形成理解至關重要。同時，它們有助於利用具有統計意義的天體樣本，探索近紅外波段此前未知的區域，”LMU 科學家芭芭拉·薩托裡斯說道。

同樣，MPIA 的科學家在眾多歐幾里得研究中也發揮著主導作用。他們利用這些數據識別正在成長的超大品質黑洞，解答有關星系演化的基本問題，並對年輕和年老的瞬變天體進行精確的光度測量。

這是歐幾里得南深場。僅一次觀測之後，這架太空望遠鏡就已在該區域發現了超過1100萬個星系。未來幾年，歐幾里得將對該區域進行更多觀測，直至達到其最大深度。從這幅圖像中，我們可以看到宇宙的巨集觀結構。這就是星系沿著所謂的“宇宙網”的組織結構。這張網由巨大的星系團組成，它們通過氣體和不可見的暗物質相互連接。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理：J.-C. Cuillandre、E. Bertin 和 G. Anselmi

歐幾里得望遠鏡已在天空中確定了三個區域，最終將為此次任務提供最深入的觀測。迄今為止，僅用一周的觀測時間，對每個區域進行一次掃描，歐幾里得望遠鏡就已發現了300萬個星系。其中最遠的星系距離地球達0億光年。這些星系的總面積相當於滿月的0多倍。

為了揭開其探索的奧秘，歐幾里得利用其高解析度可見光成像儀（VIS）精確測量了數十億個星系的各種形狀和分佈。相比之下，其近紅外儀器（NISP）對於確定星系的距離和質量至關重要。

MPE負責設計和建造NISP近紅外光學系統。而MPIA則負責NISP校準的關鍵任務。 “MPIA的工程師和科學家正在開發和維護該任務的整個校準計劃，校準和科學監測近紅外相機NISP，進行類比，並進行儀器監測等技術分析，”MPIA的Mischa Schirmer說道。他是歐幾里得任務校準和NISP校準的科學家。

這些新圖像證明了這些努力，展示了歐幾里得繪製數十萬個星系的能力，並開始暗示這些星系在宇宙網路中的大規模組織。

這幅圖像展示了歐幾里得深場南區的一部分。與大型馬賽克圖相比，該區域放大了16倍。圖中可見許多星系，由於年齡和距離不同，它們的形狀和顏色各不相同。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理：J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi

歐幾里得預計將在六年內拍攝超過100億個星系的圖像，每天發回約0GB的數據。如此龐大的數據集創造了令人難以置信的探索機遇，但也帶來了巨大的挑戰。

歐幾里得聯盟已在歐洲建立了由九個數據中心組成的網路，其中包括位於馬普托空間科學中心（MPE）的德國科學數據中心（SDC-DE）。該中心配備了100台處理器，處理歐幾里得記錄的0%的數據。一個由至少十名專家組成的團隊確保天文圖像數據的流暢一致處理。馬普托空間科學中心的Max Fabricius領導著SDC-DE，他表示：“每天大約有0 GB的原始數據幾乎實時處理。對光度測量精度的要求非常高，需要採用全新的數據校準方法。 ”

在搜尋、分析和編目星系方面，機器學習演算法的進步與成千上萬的人類公民科學志願者和專家的共同努力，發揮著至關重要的作用。它是充分利用歐幾里得龐大數據集的基本且必要的工具。這項工作的一個重要里程碑是首次對超過38萬個星系進行了詳細的編目，這些星系的特徵包括螺旋臂、中心棒和潮汐尾，這些特徵可以推斷出星系合併的可能性。

首份星表僅占歐幾里得望遠鏡預期在其生命週期內拍攝到的類似解析度星系總數的4.0%。最終星表將呈現比以往測量數量至少多一個數量級的星系的詳細形態，幫助科學家解答諸如螺旋臂如何形成以及超大品質黑洞如何生長等問題。

這幅圖像展示了歐幾里得深場南區的一部分。與大型拼接圖相比，該區域放大了60倍。圖像中可以看到各種巨大的星系團，以及星系團內部的光和引力透鏡。靠近中心的星系團名為J0.0-0.0，距離我們約0億光年。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理：J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi

從遙遠星系向我們傳播的光會被前景中的正常物質和暗物質彎曲和扭曲。這種效應被稱為引力透鏡，是歐幾裡得用來揭示暗物質在宇宙中分佈方式的工具之一。當扭曲非常明顯時，它被稱為“強透鏡”，可以產生愛因斯坦環、弧線和多重成像透鏡等特徵。

今天發佈了首份包含100個星系間強透鏡候選體的目錄，幾乎所有候選體此前都未知。 MPIA的科學家參與了引力透鏡的分類，根據圖像成為透鏡的概率對其進行標記，作為機器學習的輸入。 “這些人工智慧系統最終將在任務結束時對分析擴大0倍的天空區域至關重要。受透鏡效應扭曲的星系數量最終將增加到驚人的0萬個，約為目前已知數量的0倍。對於這個前所未有的數據集，人工無法對單個物體進行分類，”MPIA的Knud Jahnke強調道。他是NISP的儀器科學家。

當背景源的扭曲程度遠小於“弱”透鏡效應時，歐幾里得望遠鏡還能測量這種現象。這種細微的扭曲只有通過對大量星系進行統計分析才能探測到。未來幾年，歐幾里得望遠鏡將測量宇宙100億年歷史中數十億個星系的扭曲形狀，從而提供宇宙中暗物質分佈的三維視圖。