2023年7月，歐幾里得空間望遠鏡發(fā)射升空。它將對宇宙中數(shù)十億個星系進行成像，以探索占宇宙95%的暗能量和暗物質(zhì)的組成和演化。
近日，歐幾里得發(fā)布了首批科學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)。這批數(shù)據(jù)以三幅馬賽克拼圖的形式呈現(xiàn)，覆蓋了天空中的廣闊區(qū)域，內(nèi)容包括多個星系團、活動星系核、暫現(xiàn)現(xiàn)象，以及通過人工智能（AI）與公民科學(xué)合作完成的首批分類成果——共計超過38萬個星系和500個強引力透鏡候選。
歐幾里得深場（北、天爐座、南）。（圖/ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi）
這一切為歐幾里得未來深入探測“暗宇宙”所涉及的各類科研議題奠定了堅實基礎(chǔ)。
深空三區(qū)域
歐幾里得的科學(xué)觀測聚焦于天空中的三個深場區(qū)域。在此次首輪觀測中，它用僅一周時間完成了這三個區(qū)域的首次成像，發(fā)現(xiàn)了約2600萬個星系，其中最遙遠的星系距離地球約105億光年。這些區(qū)域還包含少量極為明亮的類星體。
歐幾里得深場在蓋亞和普朗克天空地圖上的位置。（圖/ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA; ESA/Gaia/DPAC; ESA/Planck Collaboration）
在未來的幾年里，歐幾里得將對每個深場進行30到52次觀測。隨著觀測逐步累積，望遠鏡將不斷捕捉遙遠而微弱的星系，構(gòu)建人類歷史上最深的宇宙視圖之一。這些深場數(shù)據(jù)將支撐多項研究課題，包括星系結(jié)構(gòu)、強引力透鏡、星團分布與恒星形成等。
此外，首批數(shù)據(jù)覆蓋了約63平方度的天空，相當于滿月面積的300多倍。在2030年任務(wù)結(jié)束時，歐幾里得將觀測到三分之一天區(qū)——14,000平方度。
追蹤宇宙網(wǎng)
為了實現(xiàn)科學(xué)目標，歐幾里得配備了兩套核心儀器：
可見光儀器（VIS）用于高分辨率測量數(shù)十億星系的形態(tài)與分布；
近紅外頻譜儀和光度計（NISP）則用于測定星系的距離與質(zhì)量，是構(gòu)建三維宇宙圖譜的關(guān)鍵。
這些最新圖像已經(jīng)展現(xiàn)了成千上萬星系的細節(jié)，也初步揭示了它們在宇宙網(wǎng)中的分布方式。這些由普通物質(zhì)與暗物質(zhì)交織而成的宇宙絲狀結(jié)構(gòu)，是星系形成與演化的搖籃，理解它們的分布對揭示暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)至關(guān)重要。
歐幾里得深場南，16倍變焦與70倍變焦。（圖/ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi）
不過，研究人員指出，要想真正從宇宙網(wǎng)的大尺度結(jié)構(gòu)中理解暗物質(zhì)與暗能量，歐幾里得必須完成整個調(diào)查。但值得慶幸的是，首次發(fā)布的數(shù)據(jù)就已經(jīng)足以為天文學(xué)家提供前所未有的洞察，幫助揭示星系形成的時間序列與機制。
分類38萬個星系
歐幾里得預(yù)計在任務(wù)期間捕捉超過15億個星系圖像，并每天傳回約100 GB的數(shù)據(jù)。如此龐大的數(shù)據(jù)量帶來了巨大的科研潛力，也對星系的搜索、分析與編目提出了前所未有的挑戰(zhàn)。
為此，人工智能（AI）已成為不可或缺的工具。借助先進算法，科學(xué)家如今能在數(shù)周內(nèi)完成過去需要數(shù)年才能完成的分析工作。
這種合作的代表性成果之一，就是AI模型“Zoobot”與9976名“銀河動物園”（Galaxy Zoo）的公民科學(xué)志愿者共同建立的星系表。在為期一個月的密集活動中，志愿者通過標注歐幾里得圖像，幫助AI識別螺旋臂、棒狀核與潮汐尾跡等結(jié)構(gòu)特征，最終完成了超38萬個星系的詳細形態(tài)分類。
歐幾里得捕捉到的不同形狀的星系。天文學(xué)家正在從內(nèi)到外觀察星系——既看它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何主導(dǎo)演化，也關(guān)注外部環(huán)境如何塑造其長期變化。（圖/ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by M. Walmsley, M. Huertas-Company, J.-C. Cuillandre）
值得注意的是，這份星系表僅占歐幾里得最終數(shù)據(jù)量的0.4%。未來的分類將比現(xiàn)有最大數(shù)據(jù)庫多出至少一個數(shù)量級，有助于科學(xué)家回答諸如旋臂如何形成、超大質(zhì)量黑洞如何演化等關(guān)鍵問題。
引力透鏡
當遙遠星系發(fā)出的光穿越前景中的物質(zhì)和暗物質(zhì)時，其路徑會因引力彎曲而發(fā)生圖像畸變，這就是引力透鏡效應(yīng)。它將是歐幾里得用于揭示暗物質(zhì)分布的重要方法。
在某些情況下，畸變極為明顯，形成所謂的強引力透鏡，可呈現(xiàn)出愛因斯坦環(huán)、弧與多重像等特征。借助AI初步篩選、公民科學(xué)復(fù)核與專家建模，研究團隊已經(jīng)整理出500個此前未知的強引力透鏡候選。
歐幾里得捕捉到的強引力透鏡。（圖/ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by M. Walmsley, M. Huertas-Company, J.-C. Cuillandre）
預(yù)計到2026年年底主要宇宙學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)布時，歐幾里得將識別出約7000個此類候選。整個任務(wù)結(jié)束時，這一數(shù)字將達到約10萬個，是目前已知強引力透鏡數(shù)量的100倍。
歐幾里得還將測量更微妙的弱引力透鏡，即當圖像畸變很小，僅能通過統(tǒng)計大量星系數(shù)據(jù)加以辨識的現(xiàn)象。這將幫助天文學(xué)家建立橫跨百億年宇宙歷史的三維暗物質(zhì)分布圖。
一個強大的發(fā)現(xiàn)引擎
這次，歐幾里得、人工智能、公民科學(xué)與專業(yè)知識，共同整合成了一個強大的“發(fā)現(xiàn)引擎”，為解讀海量宇宙數(shù)據(jù)打開了嶄新通道。屬于歐幾里得的旅程才剛剛開始，而它帶來的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，將在未來數(shù)年乃至數(shù)十年間持續(xù)回響。
#參考來源：
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Euclid_opens_data_treasure_trove_offers_glimpse_of_deep_fields
https://www.mpg.de/24349746/euclid-data-release
https://physics.aps.org/articles/v18/64
#圖片來源：
封面圖&首圖：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA; image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. An-selmi
熱門跟貼