Euclid ha trovato in un anno più lenti cosmiche di tutte le ricerche precedenti messe insieme

Il telescopio spaziale Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea ha individuato più lenti gravitazionali forti in circa un anno di mappatura del cielo di quante ne siano state trovate in tutte le ricerche precedenti messe insieme. La sua prima grande pubblicazione di dati, pubblicata dall’Agenzia Spaziale Europea, contiene circa quindicimila candidati a lente di alta confidenza. In ciascuna, la gravità di una galassia in primo piano piega la luce di una galassia più distante formando archi, anelli o immagini duplicate.

Questo è importante perché una lente funziona come una bilancia. La quantità di curvatura rivela quanta massa si trova nella galassia in primo piano, inclusa la materia oscura che nessun telescopio può vedere direttamente. Fino ad ora, gli astronomi studiavano questi sistemi un raro ritrovamento alla volta. Con un catalogo così ampio, possono studiarli come popolazione, e la stessa pubblicazione aggiunge più di novecento milioni di galassie al lavoro più ampio di mappatura dell’universo oscuro.

La pubblicazione, chiamata DR1-Foundation, copre circa 1.900 gradi quadrati di cielo, un’area circa 9.500 volte quella della Luna piena. Contiene più di un miliardo di oggetti catalogati, oltre 60 milioni di candidati quasar, spettri per più di 160 milioni di sorgenti e circa 1,7 milioni di gigabyte di dati. Copre inoltre solo il 14% dell’area che Euclid è programmato di osservare.

“Le lenti forti forniscono una visione unica dell’Universo oscuro, permettendoci di ‘pesare’ singole galassie, inclusa la loro materia oscura invisibile, e di esplorare come l’Universo si sta espandendo”, ha dichiarato Natalie Lines dell’Università di Portsmouth, membro del Consorzio Euclid e primo autore dell’articolo sul catalogo delle lenti.

Come Euclid ha selezionato 15.000 lenti tra 900 milioni di galassie

Le lenti sono rare. Solo circa una galassia su diverse migliaia si allinea con una sorgente di fondo abbastanza vicina da fungere da lente, e molte immagini lenticolari sono troppo piccole per essere risolte a causa della distorsione dell’atmosfera terrestre. Euclid osserva dallo spazio con uno specchio di 1,2 metri e due strumenti: VIS, una fotocamera in luce visibile che produce immagini nitide, e NISP, che acquisisce immagini nel vicino infrarosso e scompone la luce in spettri.

La ricerca è iniziata con le circa 900 milioni di sorgenti nella pubblicazione e ha mantenuto i 68 milioni che hanno superato un primo taglio catalografico. Cinque modelli di machine learning hanno valutato quegli oggetti. I più promettenti sono stati inviati a circa 7.000 scienziati cittadini del progetto Space Warps, ospitato sulla piattaforma Zooniverse, che hanno effettuato più di 4,5 milioni di classificazioni di 300.000 oggetti. Infine, 67 esperti di lenti hanno ispezionato più di 30.000 sistemi e li hanno classificati.

I gradi contano. Dei 15.072 candidati ad alta confidenza, 6.073 sono di grado A, che il team etichetta come “lente sicura”, e 8.999 sono di grado B, etichettati come “lente probabile”. Altri 9.010 sistemi di grado C “possibili” sono pubblicati separatamente. Il software ha poi tentato di riprodurre ogni sistema di grado A e B con un modello di lente, e per più di 9.500 lenti il team ha stimato le distanze e le proprietà fisiche della galassia in primo piano.

La maggior parte di quelle galassie in primo piano sono massicce e non formano più nuove stelle. Si trovano a un redshift tipico di 0,68, una misura di quanto l’espansione dell’universo ha allungato la loro luce, che è più lontano di quanto raggiungessero i precedenti campioni di lenti da telescopi terrestri.

Da ritrovamenti rari a un censimento di migliaia

La prima lente forte, un quasar apparso due volte nel cielo, è stata identificata quasi 50 anni fa. Da allora, i più grandi rilevamenti terrestri, che insieme coprono la maggior parte del cielo visibile dalla Terra, avevano trovato circa 3.000 lenti di questo tipo galassia-dietro-galassia, secondo il Consorzio Euclid. I 15.072 candidati ad alta confidenza di Euclid superano tutti i cataloghi precedenti messi insieme.

Ognuna di esse è stata trovata con lo stesso telescopio e lo stesso metodo. Quando le lenti provengono da molti rilevamenti e metodi di selezione diversi, sono difficili da confrontare. Un campione uniforme e singolo permette ai ricercatori di porsi domande statistiche, come come la materia oscura attorno alle galassie massicce cambi da una galassia all’altra, a cui poche centinaia di sistemi eterogenei non possono rispondere.

Anche la scala della copertura del cielo è nuova. L’area in questa pubblicazione è circa dieci volte più cielo di quanto il telescopio spaziale Hubble abbia osservato in 35 anni, secondo il consorzio. Le precedenti pubblicazioni di Euclid contenevano pochi giorni di osservazioni su circa 60 gradi quadrati. Valeria Pettorino, scienziata del progetto Euclid dell’ESA, ha descritto il salto come “un cambiamento di scala”.

Il catalogo contiene anche tipi rari che un tempo erano scoperte isolate. Elenca 84 candidati a lente a doppio piano sorgente, in cui una galassia in primo piano produce lenti di due galassie di fondo a distanze diverse, più di 1.000 candidati a lente formate da galassie a disco, e diverse centinaia di quasar lenticolari e nuclei galattici attivi. Prima di Euclid, le prime due classi avevano pochi esempi noti.

La pubblicazione contiene più che lenti

Altri articoli pubblicati con i dati mostrano la loro portata. Un team ha risolto 15 deboli sistemi stellari in singole stelle per la prima volta, cinque dei quali nuove scoperte. Uno dei nuovi, Ursa Minor II, si trova a circa 65.000 anni luce di distanza nell’alone della Via Lattea e contiene solo circa 40 volte la massa del Sole in stelle, il che lo rende uno dei sistemi stellari meno luminosi conosciuti.

Un secondo studio ha misurato le forme di più di 40 milioni di galassie in formazione stellare, un campione da 440 a 52.800 volte più grande di studi comparabili con il telescopio spaziale James Webb. Tra le galassie di massa inferiore, ha confermato che le galassie allungate a forma di sigaro diventano più rare con l’invecchiamento dell’universo, mentre dominano i dischi appiattiti.

Cosa DR1-Foundation non risolve

L’obiettivo principale di Euclid è misurare l’energia oscura, la causa inspiegata dell’espansione accelerata dell’universo, e mappare la materia oscura attraverso la storia cosmica. Questa pubblicazione non lo fa ancora. Le misurazioni necessarie per la cosmologia, incluse le mappe di weak lensing e l’ammassamento di galassie, sono ancora in produzione e arriveranno con la prima pubblicazione completa dei dati.

Le lenti stesse sono ancora candidate. Solo i sistemi di grado A sono considerati sicuri, e il team di scoperta scrive che la classificazione degli esperti rimane soggettiva, quindi sono state corrette le distorsioni dei singoli ispettori. La ricerca ha anche perso alcune lenti reali. Il team stima di aver trovato circa il 73% dei sistemi definiti nell’area, con il resto probabilmente più debole o più ambiguo. La conferma dei singoli sistemi richiederà osservazioni di follow-up, inclusi spettri.

Gli articoli scientifici sono preprint. Gli otto articoli scientifici e 18 articoli tecnici pubblicati con i dati sono destinati a un numero speciale della rivista Astronomy & Astrophysics e non hanno ancora completato la revisione paritaria.

Anche la copertura del cielo è parziale. Al 14% del rilevamento pianificato, il campione potrebbe non rappresentare l’intero cielo, e gli scienziati del consorzio hanno trovato alcune regioni la cui qualità dei dati differisce dal resto mentre controllavano l’elaborazione.

“Questo è solo il 14% di ciò che Euclid intende infine fornire, ma possiamo già vedere che le promesse fatte più di dieci anni fa riguardo alla portata delle imprese scientifiche che Euclid avrebbe supportato stanno iniziando ad avverarsi”, ha dichiarato Marc Sauvage, astrofisico presso la Commissione francese per le energie alternative e l’energia atomica (CEA) e responsabile del Consorzio Euclid.

Domande sulla prima pubblicazione dei dati di Euclid

Cosa contiene la pubblicazione DR1-Foundation di Euclid?

Circa 13 mesi di osservazioni che coprono 1.900 gradi quadrati di cielo: circa 10.000 immagini scientifiche, cataloghi di più di un miliardo di oggetti inclusi oltre 900 milioni di galassie, spettri per più di 160 milioni di sorgenti, circa 15.000 candidati a lente forte e oltre 60 milioni di candidati quasar. In totale ammonta a circa 1,7 milioni di gigabyte.

Cos’è una lente gravitazionale forte?

Si forma quando una galassia massiccia in primo piano piega la luce di una galassia molto più lontana, così che la galassia di fondo appare come archi, un anello o diverse copie. La quantità di curvatura rivela la massa totale della galassia in primo piano, inclusa la sua materia oscura, e l’ingrandimento permette agli astronomi di studiare galassie di fondo che altrimenti sarebbero troppo deboli.

Quante galassie ha mappato Euclid finora?

Più di 900 milioni di galassie sono catalogate in questa pubblicazione, che copre circa il 14% dell’area di rilevamento pianificata. L’ESA prevede che la missione completa catalizzerà circa 1,5 miliardi di galassie.

Chiunque può usare i dati di Euclid?

Sì. L’ESA ha reso pubblica la pubblicazione e la ospita sulla sua piattaforma Euclid Data Space, dove gli utenti possono esplorare, visualizzare e analizzare immagini, cataloghi e spettri senza scaricarli.

Quando misurerà Euclid l’energia oscura?

Non con questa pubblicazione. L’ESA e il Consorzio Euclid prevedono i primi risultati cosmologici, basati su weak lensing e ammassamento di galassie, per la prima pubblicazione completa dei dati a metà del 2027.

I risultati cosmologici sono attesi per metà 2027

Euclid è stato lanciato nel luglio 2023 e ha iniziato il lavoro di rilevamento di routine il 14 febbraio 2024. Le osservazioni in questa pubblicazione sono state raccolte tra la primavera 2024 e la primavera 2025, e l’ESA le ha pubblicate il 12 novembre 2026. Il DR1 completo, con i primi risultati cosmologici, è previsto per metà 2027, e DR2, con circa tre volte più cielo, è pianificato per il 2029.

La prima lente forte, il Quasar Gemello, è stata identificata nel 1979. Entro la fine del suo rilevamento di sei anni, Euclid dovrebbe trovare più di 100.000 candidati a lente ad alta confidenza, ciascuno una bilancia naturale per pesare la materia oscura di una galassia.

Riferimento: Euclid Collaboration: Lines et al., “Euclid Data Release 1 (DR1). Euclid Lens Identification Pipeline and Scientific Exploration (ECLIPSE) A: Strong lens catalogue overview,” submitted to Astronomy & Astrophysics, 2026. arXiv:2611.15883. DOI: 10.48550/arXiv.2611.15883

Tag: astronomia, esa, energia oscura, euclid, materia oscura, galassie