Il giorno tanto atteso dagli astronomi è finalmente arrivato. Mercoledì (19 marzo), la sonda spaziale Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha rilasciato i suoi primi dati al pubblico e alla comunità scientifica. Questi dati includono tre straordinarie anteprime delle immagini di campo profondo che Euclid produrrà. All’interno di questi campi profondi ci sono centinaia di migliaia di galassie di diverse forme e dimensioni, rivelando un affascinante indizio sulla struttura su larga scala del cosmo all’interno della cosiddetta “rete cosmica”. I dati includono la classificazione di 380.000 galassie, 500 nuovi candidati a lenti gravitazionali e una ricchezza di altri corpi cosmici come ammassi di galassie e nuclei galattici attivi. Euclid deve osservare una popolazione così ampia di galassie se gli scienziati vogliono utilizzare i suoi dati per svelare i misteri dell’”universo oscuro”, il nome collettivo per materia oscura ed energia oscura. Il potenziale di Euclid di fare la differenza in questa ricerca ha portato gli scienziati dell’ESA a soprannominare la sonda il loro “detective dell’universo oscuro”. Ma questo primo rilascio di dati mostra che Euclid è in grado di offrire molto di più. Una vasta gamma di galassie come viste in una nuova immagine del telescopio spaziale Euclid.
“Penso che le due domande più grandi che ci poniamo come umanità siano: siamo soli nell’universo e come funziona l’universo?” ha detto Carole Mundell, direttrice della scienza dell’ESA, in una conferenza stampa tenutasi lunedì (17 marzo). “Quali sono le leggi fondamentali della fisica?” Mundell ha aggiunto che, man mano che la nostra comprensione dell’universo si è sviluppata nel corso degli anni, abbiamo capito che la “materia ordinaria” che compone stelle, pianeti, lune, asteroidi, i nostri corpi e tutto ciò che vediamo intorno a noi costituisce solo il 5% della materia e dell’energia totale dell’universo. “L’altro 95% è oscuro e sconosciuto,” ha continuato. Questi elementi oscuri del cosmo sono noti come energia oscura, una forza misteriosa che causa l’accelerazione dell’espansione dell’universo e rappresenta circa il 70% del bilancio di materia ed energia dell’universo, e materia oscura (il restante 25% del bilancio di materia/energia dell’universo), una “sostanza” strana che supera la materia ordinaria di 5 a 1 nel cosmo, ma rimane invisibile perché non interagisce con la luce. “L’intero scopo di Euclid è davvero mettere insieme questi due elementi per comprendere la natura della materia oscura e dell’energia oscura e come sono accoppiati nell’universo,” ha detto Mundell. “Davvero, Euclid non è solo un detective dell’universo oscuro, è anche una macchina del tempo. Guarderemo indietro di 10 miliardi di anni nella storia cosmica.”
Euclid ha visitato 26 milioni di galassie in una settimana. Per questo primo rilascio di dati, Euclid, lanciato nel luglio 2023 e che ha iniziato le osservazioni vere e proprie nel febbraio 2024, ha trascorso solo una settimana a scansionare tre porzioni del cielo su cui farà le sue osservazioni più profonde in futuro. Eseguendo solo una scansione di ciascuna di queste regioni finora, Euclid è stato in grado di osservare 26 milioni di galassie, la più lontana e quindi la più antica delle quali è a circa 10,5 miliardi di anni luce di distanza. Le osservazioni contengono anche un piccolo campione di quasar, i cuori luminosi delle galassie attive alimentati da buchi neri supermassicci in alimentazione, che, a causa della loro incredibile luminosità, possono essere visti anche più lontano. Mentre Euclid passerà su queste porzioni molte altre volte prima che la sua missione primaria si concluda nel 2030, il primo sguardo a queste aree, larghe nel cielo quanto 300 lune piene, fornisce un’anteprima mozzafiato della scala dell’atlante cosmico che Euclid costruirà. Al termine della missione, questo atlante coprirà circa un terzo dell’intero cielo notturno sopra la Terra.
Le tre aree di campo profondo osservate da Euclid sono Euclid Deep Field North, Euclid Deep Field Fornax e Euclid Deep Field South. Di seguito è riportata l’immagine catturata da Euclid di Euclid Deep Field North contenente oltre 10 milioni di galassie, la Nebulosa Occhio di Gatto (al centro-sinistra), un residuo stellare a circa 3.000 anni luce di distanza, e un grande gruppo di galassie dominato dalla grande galassia NGC 6505 a destra del centro. Euclid effettuerà un totale di 32 passaggi di questa regione del cielo prima del 2030.
La prossima immagine rappresenta il primo sguardo di Euclid alla regione denominata Euclid Deep Field Fornax, in cui ha già visto 4,5 milioni di galassie. Nei prossimi sei anni, Euclid effettuerà 52 osservazioni di questa regione dello spazio. Euclid Deep Field Fornax contiene la più piccola regione Chandra Deep Field South che è stata studiata dagli osservatori a raggi X Chandra della NASA e XMM-Newton dell’ESA, oltre al Telescopio Spaziale Hubble e ai principali telescopi terrestri.
Meno studiata è Euclid Deep Field South, che non è stata valutata da nessun altro sondaggio del cielo profondo finora. Ciò significa che questa regione, anche il più grande campo profondo di Euclid, ha un vasto potenziale per nuove ed entusiasmanti scoperte. Il telescopio spaziale ha già individuato più di 11 milioni di galassie in questo campo. Inoltre, in questo campo, Euclid ha osservato indizi di una struttura su larga scala dell’universo chiamata rete cosmica, costituita da fili di gas e materia oscura che si estendono tra gli ammassi di galassie.
“È impressionante come una sola osservazione delle aree di campo profondo ci abbia già dato una ricchezza di dati che possono essere utilizzati per una varietà di scopi in astronomia: dalle forme delle galassie alle lenti forti, agli ammassi e alla formazione stellare, tra gli altri,” ha detto Valeria Pettorino, scienziata del progetto Euclid dell’ESA. “Osserveremo ciascun campo profondo tra 30 e 52 volte durante la missione di sei anni di Euclid, migliorando ogni volta la risoluzione di come vediamo quelle aree e il numero di oggetti che riusciamo a osservare. Pensate solo alle scoperte che ci attendono.”
Le osservazioni di Euclid prendono forma. Poiché la massa della materia oscura domina le galassie, essa svolge un ruolo vitale nell’evoluzione galattica e, in ultima analisi, nelle forme che queste galassie assumono. Ciò significa che per indagare i misteri della materia oscura, Euclid deve osservare con precisione la forma o “morfologia” di miliardi di galassie. Poiché le galassie si uniscono in una rete di materia oscura, formando grandi ammassi di galassie, Euclid può anche imparare di più su questa sostanza misteriosa misurando la distribuzione delle milioni di galassie visibili in ciascuno dei suoi campi profondi. Allo stesso modo, questa distribuzione è anche importante per comprendere come l’energia oscura ha espanso il tessuto dello spazio, spingendo così queste galassie a separarsi.
“Il pieno potenziale di Euclid per imparare di più sulla materia oscura e sull’energia oscura dalla struttura su larga scala della rete cosmica sarà raggiunto solo quando avrà completato l’intero sondaggio,” ha detto Clotilde Laigle, scienziata del Consorzio Euclid. “Eppure il volume di questo primo rilascio di dati ci offre già un primo sguardo unico all’organizzazione su larga scala delle galassie, che possiamo utilizzare per imparare di più sulla formazione delle galassie nel tempo.” Le osservazioni di queste galassie in questo primo rilascio da sole hanno costituito 35 terabyte di dati raccolti in una settimana. “Per darvi un’idea, 35 terabyte di dati sono l’equivalente di 200 giorni di streaming video alla massima qualità,” ha detto Pettorino lunedì. “Se guardate la TV sul vostro HDR, 4k con 60 fotogrammi al secondo per 200 giorni, sarebbe l’equivalente di 35 terabyte.” La scienziata del progetto ESA ha aggiunto che l’anno prossimo Euclid rilascerà il suo primo anno di osservazioni. Saranno 2 petabyte di dati, pari a 31 anni di TV in 4K, ha continuato Pettorino, sconsigliando di impegnarsi in una tale maratona di visione.
L’immagine ingrandita mozzafiato del Euclid Deep Field South qui sotto mostra vari ammassi di galassie e la luce tra queste galassie, la cosiddetta “luce intracluster”. L’immagine rappresenta un ingrandimento di 70 volte rispetto al mosaico originale, dimostrando perché così tanti dati vengono consumati in queste immagini di Euclid.
Un membro del consorzio Euclid, Mike Walmsley dell’Università di Toronto, ha spiegato che nessun essere umano potrebbe sperare di analizzare tutti questi dati, quindi gli scienziati si sono rivolti all’intelligenza artificiale (AI) per eseguire e filtrare inizialmente questi dati, selezionando le galassie per ulteriori indagini. Le galassie selezionate dall’AI vengono poi passate agli scienziati cittadini affinché identifichino aspetti di queste galassie, come la loro forma e luminosità e caratteristiche come bracci a spirale, barre centrali e code mareali, quest’ultime indicano galassie in fusione. “Siamo a un momento cruciale in termini di come affrontiamo i sondaggi su larga scala in astronomia. L’AI è una parte fondamentale e necessaria del nostro processo per sfruttare appieno il vasto set di dati di Euclid,” ha aggiunto Walmsley. “Stiamo costruendo gli strumenti oltre a fornire le misurazioni. In questo modo, possiamo fornire scienza all’avanguardia in poche settimane, rispetto al processo di anni per analizzare grandi sondaggi come questi in passato.”
Il consorzio Euclid avrà bisogno di tutto l’aiuto possibile, le galassie presenti nei dati rilasciati finora rappresentano solo lo 0,4% del numero totale di galassie di simile risoluzione che si prevede saranno immaginate durante la vita di Euclid. “Stiamo guardando le galassie dall’interno verso l’esterno, da come le loro strutture interne governano la loro evoluzione a come l’ambiente esterno modella la loro trasformazione nel tempo,” ha aggiunto Laigle. “Euclid è una miniera d’oro di dati, e il suo impatto sarà di vasta portata, dall’evoluzione delle galassie agli obiettivi di cosmologia più ampi della missione.”
Scoprire le lenti gravitazionali. Uno degli aspetti più entusiasmanti di questo primo rilascio di dati di Euclid è la rivelazione di eventi straordinari nello spaziotempo chiamati “lenti gravitazionali”. Queste distorsioni di oggetti distanti si verificano quando la luce di un oggetto di sfondo passa vicino a un oggetto massiccio, come una galassia o un ammasso di galassie, che si trova tra esso e la Terra. Poiché gli oggetti con massa causano la deformazione del tessuto stesso dello spazio e del tempo (questa è la relatività generale, gente), quando la luce passa vicino a questi oggetti intermedi, viene anche curvata. Più vicino al corpo di massa, la lente gravitazionale, la luce passa, più estrema è la sua curvatura. Ciò significa che la luce dello stesso oggetto di sfondo può raggiungere la Terra (o Euclid) in momenti diversi. Questo può amplificare questi oggetti di sfondo, da qui il termine “lente”, oppure può far apparire lo stesso oggetto di sfondo distorto, allungato come caramella o in più punti nella stessa immagine, formando schemi come archi o cerchi chiamati “anelli di Einstein”.
Euclid aveva già individuato un sorprendente anello di Einstein, rivelato al pubblico a febbraio di quest’anno, ma dopo l’analisi di questa nuova settimana di dati, l’AI e gli scienziati cittadini hanno scoperto altri 500 esempi di lenti gravitazionali galattiche che amplificano la luce di una galassia di sfondo distante. Le lenti come questa sono rare perché sia la galassia di sfondo che la galassia lente devono essere perfettamente allineate dalla Terra affinché questo effetto funzioni. Quasi tutte queste nuove disposizioni di lenti gravitazionali di Euclid erano precedentemente sconosciute. “Fino ad ora, la stragrande maggioranza delle lenti è stata trovata dai telescopi terrestri. Questo perché le lenti sono così rare che è necessario coprire vaste porzioni di cielo per trovarle, e semplicemente non abbiamo avuto un telescopio spaziale con l’area, la risoluzione e la sensibilità per farlo,” ha detto Walmsley. “Euclid è il primo telescopio spaziale che può trovare un gran numero di lenti dallo spazio.”
Entro il suo rilascio l’anno prossimo, Euclid dovrebbe aver trovato 7.000 candidati a lenti gravitazionali. Entro la fine della sua missione nel 2030, il consorzio Euclid prevede che il detective dell’universo oscuro avrà scoperto circa 100.000 lenti gravitazionali forti galassia-galassia. Questo è circa 100 volte più lenti gravitazionali forti di quante ne siano attualmente conosciute. Euclid sarà anche alla ricerca di galassie di sfondo debolmente lente con distorsioni più sottili. Queste distorsioni sono troppo sottili per essere viste in singole galassie, ma possono essere rilevate considerando grandi campioni di fonti di sfondo. Le lenti deboli sono fondamentali per indagare la deformazione dello spaziotempo dovuta alla distribuzione della materia oscura invisibile nelle galassie lente.
“Questo è un piccolo assaggio di ciò che verrà, ma piccolo non è la parola giusta,” ha concluso Mundell. “Gli scienziati hanno molto lavoro davanti a loro nei prossimi sei anni, ma sarà un lavoro fenomenalmente eccitante e molto, molto interessante e rivoluzionario.”
Le tre anteprime di campo profondo di Euclid possono ora essere esplorate in ESASky. Euclid Deep Field South è qui, Euclid Deep Field Fornax: qui e Euclid Deep Field North: qui. I 36 articoli scientifici emersi da questo primo rilascio di dati di Euclid sono disponibili qui. E se desideri unirti ai 9976 scienziati cittadini di GalaxyZoo, che hanno aiutato a classificare le galassie nelle prime immagini di campo profondo di Euclid, visita il sito web del progetto Zooiverse qui.