«Евклид» за год нашёл больше космических линз, чем все прежние поиски вместе взятые

Европейский космический телескоп «Евклид» за примерно год картографирования неба обнаружил больше сильных гравитационных линз, чем все предыдущие поиски вместе взятые. В его первом крупном релизе данных, опубликованном Европейским космическим агентством (ESA), содержится около пятнадцати тысяч кандидатов в линзы высокой степени надёжности. В каждом таком случае гравитация галактики на переднем плане искривляет свет более далёкой галактики, превращая его в дуги, кольца или повторяющиеся изображения.

Это важно, потому что линза работает как весы. Величина искривления показывает, сколько массы сосредоточено в галактике переднего плана, включая тёмную материю, которую ни один телескоп не может увидеть напрямую. До сих пор астрономы изучали такие системы по одной редкой находке за раз. С каталогом такого масштаба их можно изучать как популяцию, и тот же релиз добавляет более девятисот миллионов галактик в общую работу по картографированию тёмной Вселенной.

Релиз, получивший название DR1‑Foundation, охватывает около 1900 квадратных градусов неба — площадь, примерно в 9500 раз превышающую площадь полной Луны. Он содержит более миллиарда каталогизированных объектов, свыше 60 миллионов кандидатов в квазары, спектры для более чем 160 миллионов источников и около 1,7 миллиона гигабайт данных. При этом он покрывает лишь 14% площади, которую «Евклид» должен просканировать по плану.

«Сильное линзирование даёт уникальное представление о тёмной Вселенной, позволяя нам „взвешивать“ отдельные галактики, включая их невидимую тёмную материю, и исследовать, как расширяется Вселенная», — заявила Натали Лайнс (Natalie Lines) из Портсмутского университета, член коллаборации Euclid и первый автор статьи с каталогом линз.

Как «Евклид» отобрал 15 000 линз из 900 миллионов галактик

Линзы редки. Только примерно одна галактика из нескольких тысяч оказывается на одной линии с фоновым источником достаточно точно, чтобы работать как линза, и многие линзированные изображения слишком малы, чтобы их можно было различить сквозь размытие земной атмосферы. «Евклид» ведёт наблюдения из космоса с помощью 1,2‑метрового зеркала и двух инструментов: VIS — камеры видимого диапазона, дающей резкие изображения, и NISP, который получает изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и разлагает свет в спектры.

Поиск начался с примерно 900 миллионов источников в релизе; из них оставили 68 миллионов, прошедших первый каталоговый отбор. Пять моделей машинного обучения оценили эти объекты. Наиболее перспективные отправились примерно 7000 учёным-любителям проекта Space Warps, размещённого на платформе Zooniverse; они сделали более 4,5 миллиона классификаций 300 000 объектов. Наконец, 67 экспертов по линзированию проверили более 30 000 систем и присвоили им оценки.

Оценки имеют значение. Из 15 072 кандидатов высокой степени надёжности 6073 получили оценку A — команда называет их «надёжные линзы», а 8999 — оценку B («вероятные линзы»). Ещё 9010 систем с оценкой C («возможные») опубликованы отдельно. Затем программное обеспечение попыталось воспроизвести каждую систему с оценкой A и B с помощью модели линзы, и для более чем 9500 линз команда оценила расстояния и физические свойства галактики переднего плана.

Большинство этих галактик переднего плана — массивные и уже не образуют новых звёзд. Они находятся на типичном красном смещении 0,68 — мере того, насколько расширение Вселенной растянуло их свет, — что дальше, чем достигали более ранние выборки линз с наземных телескопов.

От редких находок к переписи тысяч

Первая сильная линза — квазар, который появлялся на небе дважды, — была обнаружена почти 50 лет назад. С тех пор крупнейшие наземные обзоры, вместе покрывающие большую часть неба, видимого с Земли, нашли около 3000 линз такого типа «галактика за галактикой», по данным коллаборации Euclid. 15 072 кандидата высокой степени надёжности от «Евклида» превосходят все предыдущие каталоги вместе взятые.

Каждая из них была найдена одним и тем же телескопом и одним и тем же методом. Когда линзы поступают из множества разных обзоров и методов отбора, их трудно сравнивать. Единая однородная выборка позволяет исследователям задавать статистические вопросы — например, как меняется тёмная материя вокруг массивных галактик от одной галактики к другой, — на которые несколько сотен разрозненных систем ответить не могут.

Масштаб покрытия неба тоже новый. Площадь в этом релизе примерно в десять раз больше, чем космический телескоп «Хаббл» наблюдал за 35 лет, по данным коллаборации. Более ранние релизы «Евклида» содержали несколько дней наблюдений на площади около 60 квадратных градусов. Валерия Петторино (Valeria Pettorino), научный сотрудник проекта «Евклид» в ESA, назвала этот скачок «сменой масштаба».

Каталог также содержит редкие типы, которые раньше были единичными открытиями. В нём перечислены 84 кандидата в линзы с двойной плоскостью источника, где одна галактика переднего плана линзирует две фоновые галактики на разных расстояниях, более 1000 кандидатов в линзы, образованные дисковыми галактиками, и несколько сотен линзированных квазаров и активных ядер галактик. До «Евклида» у первых двух классов было известно лишь несколько примеров.

Релиз содержит не только линзы

Другие статьи, опубликованные вместе с данными, показывают их диапазон. Одна команда впервые разрешила 15 слабых звёздных систем на отдельные звёзды, пять из них — новые открытия. Одна из новых, Ursa Minor II, находится примерно в 65 000 световых лет от нас в гало Млечного Пути и содержит всего около 40 солнечных масс в звёздах, что делает её одной из наименее ярких известных звёздных систем.

Второе исследование измерило формы более 40 миллионов галактик со звездообразованием — выборка в 440–52 800 раз больше, чем в сопоставимых исследованиях с космическим телескопом «Джеймс Уэбб». Среди галактик меньшей массы оно подтвердило, что вытянутые, сигарообразные галактики становятся реже по мере старения Вселенной, а уплощённые диски доминируют.

Чего DR1‑Foundation не решает

Главная цель «Евклида» — измерить тёмную энергию, необъяснимую причину ускоряющегося расширения Вселенной, и нанести на карту тёмную материю на протяжении космической истории. Этот релиз этого пока не делает. Измерения, необходимые для космологии, включая карты слабого линзирования и кластеризацию галактик, ещё готовятся и появятся с полным первым релизом данных.

Сами линзы пока остаются кандидатами. Только системы с оценкой A считаются надёжными, и команда открытия пишет, что экспертная оценка остаётся субъективной, поэтому они внесли поправки на предвзятость отдельных инспекторов. Поиск также пропустил некоторые реальные линзы. Команда оценивает, что она нашла около 73% бесспорных систем на данной площади; остальные, вероятно, более тусклые или неоднозначные. Подтверждение отдельных систем потребует последующих наблюдений, включая спектры.

Научные статьи являются препринтами. Восемь научных и 18 технических статей, выпущенных вместе с данными, предназначены для специального выпуска журнала Astronomy & Astrophysics и ещё не прошли рецензирование.

Покрытие неба также частичное. При 14% запланированного обзора выборка может не представлять всё небо, и учёные коллаборации обнаружили несколько областей, качество данных в которых отличается от остальных, пока они проверяли обработку.

«Это лишь 14% того, что „Евклид“ в конечном счёте намерен предоставить, но мы уже видим, что обещания, данные более десяти лет назад о масштабе научных задач, которые „Евклид“ поддержит, начинают сбываться», — сказал Марк Соваж (Marc Sauvage), астрофизик из Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии (CEA) и руководитель коллаборации Euclid.

Вопросы о первом релизе данных «Евклида»

Что содержится в релизе DR1‑Foundation «Евклида»?

Около 13 месяцев наблюдений, охватывающих 1900 квадратных градусов неба: примерно 10 000 научных изображений, каталоги более миллиарда объектов, включая более 900 миллионов галактик, спектры для более чем 160 миллионов источников, около 15 000 кандидатов в сильные линзы и более 60 миллионов кандидатов в квазары. В общей сложности это составляет около 1,7 миллиона гигабайт.

Что такое сильная гравитационная линза?

Она образуется, когда массивная галактика переднего плана искривляет свет галактики, находящейся далеко позади неё, так что фоновая галактика выглядит как дуги, кольцо или несколько копий. Величина искривления показывает полную массу галактики переднего плана, включая её тёмную материю, а увеличение позволяет астрономам изучать фоновые галактики, которые в противном случае были бы слишком тусклыми.

Сколько галактик «Евклид» нанёс на карту на данный момент?

Более 900 миллионов галактик занесены в каталог в этом релизе, который покрывает около 14% запланированной площади обзора. ESA ожидает, что за всю миссию будет каталогизировано около 1,5 миллиарда галактик.

Может ли кто-нибудь использовать данные «Евклида»?

Да. ESA сделало релиз общедоступным и разместило его на своей платформе Euclid Data Space, где пользователи могут изучать, визуализировать и анализировать изображения, каталоги и спектры без их загрузки.

Когда «Евклид» измерит тёмную энергию?

Не в этом релизе. ESA и коллаборация Euclid планируют первые космологические результаты, основанные на слабом линзировании и кластеризации галактик, для полного первого релиза данных в середине 2027 года.

Космологические результаты ожидаются в середине 2027 года

«Евклид» был запущен в июле 2023 года и приступил к плановой съёмке 14 февраля 2024 года. Наблюдения, вошедшие в этот релиз, были собраны в период с весны 2024 года по весну 2025 года, а ESA опубликовало их 12 ноября 2026 года. Полный DR1 с первыми космологическими результатами ожидается в середине 2027 года, а DR2, который охватит примерно в три раза большую площадь неба, запланирован на 2029 год.

Первая сильная линза — двойной квазар — была обнаружена в 1979 году. К концу своего шестилетнего обзора «Евклид», как ожидается, найдёт более 100 000 кандидатов в сильные линзы высокой степени надёжности — каждый из них станет естественными весами для взвешивания тёмной материи галактики.

Источник: 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

Теги: астрономия, esa, Тёмная материя, euclid, тёмная энергия, галактики