23. maj 2024

Første resultater fra ESA’s rumteleskop Euclid

Astrofysik:

I dag frigives de første videnskabelige studier fra det Europæiske Rumagentur ESA’s seneste rumteleskop, Euclid. Et af disse studier, ledet af forskere fra Cosmic Dawn Center ved Niels Bohr Institutet og DTU Space, udnytter teleskopets enorme synsfelt og infrarøde detektorer til at lede efter sjældne galakser i det tidlige Univers, som er usynlige i normalt lys. Studiet markerer det første skridt mod et storslået program til at udforske det kosmiske daggry.

Kunstnerisk fremstilling af Euclid-teleskopet, der, ligesom rumteleskopet James Webb, kredser om et punkt kendt som L2, 1.5 millioner kilometer fra Jorden. Kredit: ATG/ESA.

Cosmic Dawn Centers direktør, Sune Toft, foran rumteleskopet Euclid i Marseille, kort før opsendelsen. Foto: Thales Alenia Space.

Selvom det blev opsendt for mindre end et år siden, har ESA’s medium-klasse rumteleskop Euclid været sine standard par årtier undervejs. Og som ESA-medlem har Danmark været involveret fra starten.

Denne medvirken tog rigtig fat i 2010, da forskere ved Niels Bohr Institutet og DTU Space begyndte at bygge udstyr til at teste den såkaldte “NISP”, ét af de to instrumenter ombord på Euclid.

En indsats som inkluderede at konstruere en lille, ultrastabil teleskop-simulator, et setup til at måle fokus-præcision til ¹/₁₀₀ af en fotons bølgelængde, og 30 ture til Marseille for at udføre eksperimenterne ved –120 °C i et hyper-støvfrit rum.

Fra koncept til videnskab

Et af disse studier ledes af John Weaver, tidligere PhD-studerende ved Cosmic Dawn Center (DAWN) i København, og nu postdoc ved University of Massachusetts Amherst. Dette arbejde præsenterer en søgen efter galakser, som praktisk talt er usynlige i “normalt” lys, såsom rød, grøn og blå, og kun afsløres ved deres infrarøde lys.

Med sit uovertrufne synsfelt var Euclid i stand til at dække to store galaksehobe og deres omgivelser og derved opspore mere end en halv million galakser.

Komplementær til James Webb

De detektorer, som Euclid anvender, er grundliggende de samme som rumteleskopet James Webb, omend en nyere version. Ikke desto mindre kigger Euclid ikke så dybt ind i kosmos som Webb, primært fordi det foton-indfangende spejl kun er 1/25 af Webb’s.

Men hvor Webb’s synsfelt dækker et mikroskopisk område svarende til et sandkorn i strakt arm, dækker Euclid til gengæld et areal fire gange så stort som fuldmånen. Henover de næste seks år vil Euclid udnytte dette prægtige perspektiv til at monitorere 1/3 af hele himlen, og derved kortlægge 3D-positionerne af to milliarder galakser.

Ét af teleskopets hovedformål er at granske selve Universets geometri. Af denne grund er det opkaldt efter “geometriens fader”, matematikeren Euklid, som levede i Grækenland omkring år 300 f.Kr.

“Da vi inspicerede alle disse kilder identificerede vi 168 »usynlige galakser«,” udtaler John Weaver. “Af disse er 139 enten moderat fjerne galakser, som er hørt op med at danne nye stjerner, sådan at kun de gamle, rødlige stjerner er tilbage, eller fjernere galakser som er fulde af kosmisk støv, hvilket absorberer alt andet lys end det mest langbølgede lys, dvs. infrarødt.”

De resterende 29 galakser, derimod, er usynlige af en anden grund: Disse er sjældne, lysstærke — og dermed formentlig meget tunge — galakser, så fjerntliggende, at deres lys, som har krydset Universet gennem 95% af dets liv, er blevet strukket ud af det synlige spektrum og ind i det infrarøde pga. Universets udvidelse.

Kosmisk daggry

John Weavers studie lægger grundlaget for et af Euclids “Nøgleprojekter”, hvor tusindvis af flere af disse fjerne, lysstærke galakser og ekstremt røde lyskilder vil blive afsløret.

Med igangværende og afsluttede observationelle programmer, der anvender både jord- og rumbaserede teleskoper, udgør disse observationer programmet “Cosmic Dawn Survey”, som i alt vil scanne et område 100 gange større.

Galaksen Abell 2390 — Et af de to felter, som blev brugt i studiet af optisk-usynlige galakser. Zoom-in’et viser galaksehoben Abell 2390, og svarer til det relativt langt mindre område, som James Webb ville kunne se. Kredit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA; billedprocessering af J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard Licence. Montage: Peter Laursen (DAWN).

John Weavers PhD-vejleder, Sune Toft, medforfatter og medleder af Cosmic Dawn Survey, samt direktør for Cosmic Dawn Center, er begejstret for udsigterne:

“Ved at scanne et så umådelig stort volumen af Universet, er hensigten med Cosmic Dawn Survey at forstå hvordan ikke bare galakser, men også deres sorte huller og de haloer af mørk stof, som de bor i, har udviklet sig i samspil med hinanden gennem mere end 95% af Universets historie,” kommenterer Sune Toft.

De ti Early Release-observationer har alle været igennem intern fagfællebedømmelse. Sammen med fem artikler, som beskriver missionen, instrumenterne og softwaren, er de tilgængelige gennem Euclid-Konsortiets Publikationer, og vil blive lagt ud som præ-publikationer på arXiv-preprint-serveren senere i dag.