První záplava dat z kosmického dalekohledu Euclid: vyfotil miliony galaxií

Když si nedávné zveřejnění nových dat podrobně rozebereme, zjistíme, že Galaxií však bylo celkově objeveno mnohem víc: po necelých dvou letech provozu „vyfotil“ dalekohled Euclid asi 26 milionů galaxií, a to vše na pouhém 1,5 promile oblohy, kde je volný výhled do velmi vzdáleného vesmíru (tzv. hluboká pole).

Nově publikovaná data z „hlubokých polí“ pokrývají zatím asi jen 63,1 čtverečního stupně oblohy (což odpovídá asi 300násobku plochy Měsíce v úplňku). Plný prostorový úhel celé nebeské sféry obsahuje cca 41 253 čtverečních stupňů.

Tato hluboká pole vytvářejí tři souvislé snímky, z nichž každý se skládá z mnoha jednotlivých expozic. Očekává se, že Euclid během šesti let pořídí snímky více než 1,5 miliardy galaxií (nejvzdálenější z nich jsou vzdáleny až 10,5 miliardy světelných let) a každý den bude posílat na Zemi asi 100 gigabajtů dat. Díky tomu vědci postupně odkryjí tzv. velkorozměrové uspořádání těchto galaxií v rámci vláken „kosmické pavučiny“.

Současná Euclidova data zahrnují i četné kupy galaxií, aktivní galaktická jádra a tzv. přechodné jevy. Jde o obrovskou pokladnici informací, do které se vědci mohou ponořit a řešit díky nim ty nejzajímavější otázky moderní vědy. Euclid nám také umožňuje zkoumat naši kosmickou historii a odhalit pro nás doposud neviditelné síly, které vesmír utvářejí.

V následujících letech bude Euclid zjišťovat přesná data u cca miliardy galaxií z posledních 10 miliard let kosmické historie. Díky tomu bude možno poprvé zmapovat ve 3D, jak je ve vesmíru rozložena temná hmota.

„Máme jen velmi málo vodítek k tomu, co je přesně temná hmota, jaké částice nebo objekty ji tvoří. Ale jednou z metod, jak bychom to mohli zjistit, je to, jak přesně se shlukuje,“ řekl Stephen Serjeant, profesor astronomie na Open University.

„Nyní jsem přesvědčen, že máme kvalitní snímky v takovém rozlišení, že během šesti let Euclid objeví nové kategorie objektů,“ doplnil podle listu The Guardian profesor Adam Amara, vedoucí vědec britské Vesmírné agentury.

K 19. březnu 2025 pozorovala sonda Euclid celkem asi 2000 čtverečních stupňů, což je přibližně 14 procent celkově plánované plochy. Tři hluboká pole dohromady zahrnují 63,1 čtverečních stupňů. Po šesti letech bude mít Euclid „nafocenou“ asi jednu třetinu oblohy.

Euclid v jediném záběru zachytí oblast asi 240krát větší než Hubbleův vesmírný dalekohled, který je spíše zaměřen na jednotlivé objekty a jejich detaily. Poskytuje také vynikající kvalitu obrazu ve viditelném i infračerveném světelném spektru. Hubbleův dalekohled byl postaven tak, aby se „ponořil“ co nejhlouběji v rámci poměrně malých částí oblohy.

Euclid je o něco méně citlivý na světlo, a tak při stejném expozičním čase zachytí méně velmi vzdálených, a proto extrémně slabých galaxií než Hubbleův dalekohled. Tento kompromis však umožňuje Euclidovi najít dostatečný počet galaxií na co největší ploše, což je vlastnost, kterou teoretičtí astrofyzici potřebují k testování svých kosmologických modelů včetně pochopení podstaty temné hmoty a temné energie, které jsou v modelech obsaženy. První kosmologická data mise budou uvolněna v říjnu 2026.

Euclid je zvláště účinný v infračerveném oboru spektra, pro který vytvořili speciální citlivé přístroje němečtí fyzikové a inženýři.

„Sestavili jsme katalog více než 70 tisíc spektroskopických rudých posuvů z různých předchozích přehlídek oblohy a zkombinovali jsme jej s daty z družice Euclid,“ vysvětlil Christoph Saulder, který tuto část projektu vedl. „Tento katalog umožňuje přesné měření vzdáleností a jasnou identifikaci mnoha galaxií a kvasarů na snímcích z Euclida s vysokým rozlišením. Slouží jako základ pro hlubší pochopení těchto objektů, jejich rozmístění v prostoru i jejich vnitřních vlastností.“

„Nová data jsou také využívána k testování technik měření tzv. slabého gravitačního čočkování (slabá kosmická gravitační pole trochu ohýbají paprsky všech světelných zdrojů v dosahu, a tedy mírně deformují jejich obrazy) a kalibrace rudého posuvu, které budou brzy aplikovány na mnohem větší soubory dat z Euclidu, aby bylo dosaženo primárního vědeckého cíle – přesného měření vlivu temné energie, která urychluje rozpínání vesmíru,“ poznamenal Hendrik Hildebrandt z Ruhr University Bochum.

Vědci z Ludwig Maximilian University (LMU) v Mnichově navíc testovali metody pro identifikaci a charakterizaci nadměrného zhušťování galaxií, což je zásadní krok pro studium velkorozměrové struktury vesmíru. „Metodologie použité k odhalení kup galaxií v současných datech budou klíčem k plnému využití budoucích rozsáhlých datových sad z dalekohledu Euclid, ke zlepšení identifikace kup a k hlubšímu pochopení formování kosmických struktur,“ popsala vědecká pracovnice LMU Barbara Sartoris.

Další vědci z Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) v Heidelbergu využívají získaná data ke sledování rostoucích supermasivních černých děr, vývoje galaxií a k provádění přesných fotometrických měření rychle se měnících, tzv. přechodných nebeských objektů či jevů.

Na zpracování takto obrovského množství dat bude třeba nasadit výkonné superpočítače a pokročilou umělou inteligenci, a to nejen pro hledání, analýzu a katalogizaci galaxií. Konsorcium Euclid proto vytvořilo evropskou síť devíti datových center. Právě tak vznikl i první podrobný katalog obsahující více než 380 tisíc galaxií, které byly popsány a klasifikovány podle strukturálních vlastností, jako jsou přítomnost spirálních ramen, centrálních příček a tzv. slapových ohonů, které ukazují na to, že probíhá slučování blízkých galaxií.

Tento první katalog však představuje pouze 0,4 procenta z konečného katalogu. Ten představí detailní morfologii nejméně desetkrát více galaxií, než bylo kdy dosud zachyceno, a pomůže vědcům odpovědět např. na otázky, jak v galaxiích vznikají spirální ramena a jak rostou supermasivní černé díry v jejich středech.

Světlo putující k nám ze vzdálených galaxií je ohnuté či zdeformované gravitací viditelné i temné hmoty, která leží podél jeho cesty. Tento jev se nazývá gravitační čočka a je jedním z našich nástrojů k odhalení toho, jak je temná (či obyčejná) hmota ve vesmíru distribuována. Když je gravitační zkreslení velmi výrazné a lokální (jeho zdrojem může být např. masivní galaxie nacházející se v cestě světla), nazýváme tento jev „silnou čočkou“, která může jednoduchý obraz původního kompaktního objektu opticky „zvětšit“, změnit v kruh, oddělené oblouky nebo z něj dokonce vytvořit obrazů několik.

Výzkumníci v březnu zveřejnili první Euclidův katalog 500 kandidátů na takovéto čočky nacházející se v prostoru mezi galaxiemi a hvězdami, které jsme dosud neznali. Vědci z MPIA se podíleli na klasifikaci těchto gravitačních čoček, označovali obrázky značkami podle stupně pravděpodobnosti, že se jedná o čočky, což posloužilo jako vstup pro strojové učení.

„Systémy umělé inteligence budou nakonec nezbytné pro analýzu 200krát většího počtu silných čoček na konci mise. Počet galaxií zdeformovaných čočkami se nakonec zvýší na cca 100 tisíc, což je asi 100krát více, než kolik jich známe dnes. Lidská klasifikace jednotlivých objektů už pro takto obrovský soubor dat nebude možná,“ zdůraznil Knud Jahnke z MPIA.

Euclid bude také schopen měřit „slabé čočky“, kdy je deformace vzdálených zdrojů mnohem menší. Taková jemná zkreslení mohou být detekována pouze ze statistické analýzy obrazů a poloh velkého počtu galaxií. V nadcházejících letech bude Euclid měřit deformované tvary obrazů více než miliardy galaxií v průběhu posledních 10 miliard let kosmické historie, čímž nám zároveň poskytne 3D pohled na velkorozměrové rozložení temné hmoty v našem vesmíru.