Op 19 maart 2025 heeft de Euclid-missie van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA haar eerste reeks onderzoeksgegevens vrijgegeven, waaronder een voorproefje van de zogeheten 'deep fields'. Hier staan honderdduizenden sterrenstelsels in verschillende vormen en groottes centraal en laten ze een glimp zien van hun grootschalige organisatie in het kosmische web.
De vrijgegeven gegevens bestrijken een enorm gebied van de hemel in drie mozaïeken en bevatten ook talrijke clusters van sterrenstelsels, actieve galactische kernen en voorbijgaande verschijnselen, evenals de eerste classificatie-enquête van meer dan 380.000 sterrenstelsels en 500 kandidaten voor zwaartekrachtlenzen, samengesteld door een combinatie van kunstmatige intelligentie en burgerwetenschap. Dit alles vormt het decor voor het brede scala aan onderwerpen dat de donkere heelal-detective Euclid gaat behandelen met zijn rijke dataset. “Euclides toont zichzelf opnieuw als de ultieme ontdekkingsmachine. Het onderzoekt sterrenstelsels op de grootste schaal en stelt ons in staat om onze kosmische geschiedenis en de onzichtbare krachten die ons heelal vormgeven te onderzoeken,” zegt ESA's Director of Science, prof. Carole Mundell. “Met het vrijgeven van de eerste gegevens van Euclides' survey, ontsluiten we een schat aan informatie waar wetenschappers in kunnen duiken om een aantal van de meest intrigerende vragen in de moderne wetenschap aan te pakken. Hiermee komt ESA haar belofte na om wetenschappelijke vooruitgang mogelijk te maken voor toekomstige generaties.”
Euclid heeft de drie gebieden aan de hemel verkend waar het uiteindelijk de diepste waarnemingen van zijn missie zal doen. In slechts één week van waarnemingen, met tot nu toe één scan van elk gebied, heeft Euclid al 26 miljoen sterrenstelsels gezien. De verste daarvan zijn wel 10,5 miljard lichtjaar van ons verwijderd. De velden bevatten ook een kleine populatie heldere quasars die veel verder weg te zien zijn. De komende jaren zal Euclides deze drie gebieden tientallen keren passeren en nog veel meer verre sterrenstelsels vastleggen, waardoor deze velden echt 'diep' zullen zijn tegen het einde van de nominale missie in 2030. Maar de eerste glimp van 63 vierkante graden van de hemel, het equivalent van meer dan 300 keer de volle maan, geeft al een indrukwekkend voorproefje van de schaal van de grote kosmische atlas van Euclid wanneer de missie is voltooid. Deze atlas zal een derde van de hele hemel beslaan - 14 000 vierkante graden - in deze hoge kwaliteit.
Het kosmische web achterhalen in Euclid's 'deep fields'
“Het is indrukwekkend hoe één observatie van de diepe velden ons al een schat aan gegevens heeft opgeleverd die voor verschillende doeleinden in de sterrenkunde kunnen worden gebruikt: van de vorm van sterrenstelsels tot sterke lenzen, clusters en stervorming”, zegt Valeria Pettorino, ESA's Euclid-projectwetenschapper. “We zullen elk diep veld tussen de 30 en 52 keer observeren tijdens de zes jaar durende missie van Euclid, waarbij we elke keer de resolutie van hoe we die gebieden zien verbeteren, en het aantal objecten dat we kunnen observeren. Denk eens aan de ontdekkingen die ons te wachten staan.” Om de mysteries waarvoor hij ontworpen is te beantwoorden, meet Euclid de enorme variëteit aan vormen en de verdeling van miljarden sterrenstelsels zeer nauwkeurig met zijn hoge-resolutie beeldvormend zichtbaar instrument (VIS), terwijl zijn nabij-infrarood instrument (NISP) essentieel is voor het ontrafelen van de afstanden en massa's van sterrenstelsels. De nieuwe beelden laten deze mogelijkheid al zien voor honderdduizenden sterrenstelsels en geven een idee van de grootschalige organisatie van deze sterrenstelsels in het kosmische web. Deze filamenten van gewone materie en donkere materie weven door de kosmos en hieruit zijn sterrenstelsels ontstaan en geëvolueerd. Dit is een essentieel puzzelstukje voor het begrijpen van de mysterieuze aard van donkere materie en donkere energie, die samen 95% van het heelal lijken uit te maken.
Euclid Deep Field South - Foto: ESA/Euclid Consortium
“Het volledige potentieel van Euclid om meer te leren over donkere materie en donkere energie uit de grootschalige structuur van het kosmische web zal pas worden bereikt wanneer het zijn volledige onderzoek heeft voltooid. Maar het volume van deze eerste gegevens vrijgave biedt ons nu al een unieke eerste blik op de grootschalige organisatie van sterrenstelsels, die we kunnen gebruiken om meer te leren over de vorming van sterrenstelsels in de loop van de tijd,” zegt Clotilde Laigle, wetenschapper van het Euclid Consortium en gegevensverwerkingsdeskundige aan het Institut d'Astrophysique de Paris, Frankrijk.
Mensen en AI classificeren meer dan 380 000 sterrenstelsels
Verwacht wordt dat Euclid in zes jaar tijd beelden van meer dan 1,5 miljard sterrenstelsels zal vastleggen en elke dag ongeveer 100 GB aan gegevens zal terugsturen. Zo'n indrukwekkend grote dataset creëert ongelooflijke ontdekkingsmogelijkheden, maar enorme uitdagingen als het gaat om het zoeken, analyseren en catalogiseren van sterrenstelsels. De vooruitgang van kunstmatige intelligentie (AI) algoritmen, in combinatie met duizenden menselijke citizen science vrijwilligers en experts, speelt een cruciale rol. “We bevinden ons op een cruciaal moment in de manier waarop we grootschalige onderzoeken in de sterrenkunde aanpakken. AI is een fundamenteel en noodzakelijk onderdeel van ons proces om de enorme dataset van Euclid volledig te benutten,” zegt Mike Walmsley, wetenschapper van het Euclid Consortium aan de Universiteit van Toronto, Canada, die de afgelopen tien jaar intensief betrokken is geweest bij astronomische deep learning algoritmen.
“We bouwen zowel de instrumenten als de metingen. Op deze manier kunnen we baanbrekende wetenschap leveren in een kwestie van weken, vergeleken met het jarenlange proces van het analyseren van grote onderzoeken zoals deze in het verleden,” voegt hij eraan toe. Een belangrijke mijlpaal in deze inspanning is de eerste gedetailleerde catalogus van meer dan 380.000 sterrenstelsels, die zijn geclassificeerd op basis van kenmerken zoals spiraalarmen, centrale staven en getijdenstaarten die duiden op samensmeltende sterrenstelsels. De catalogus is gemaakt door het AI-algoritme 'Zoobot'. Tijdens een intensieve campagne van een maand op Galaxy Zoo vorig jaar, werkten 9976 menselijke vrijwilligers samen om Zoobot te leren kenmerken van sterrenstelsels te herkennen door Euclid-afbeeldingen te classificeren. Deze eerste catalogus, die vandaag is vrijgegeven, vertegenwoordigt slechts 0,4% van het totale aantal sterrenstelsels met een vergelijkbare resolutie dat naar verwachting tijdens de levensduur van Euclid in beeld zal worden gebracht. De uiteindelijke catalogus zal de gedetailleerde morfologie van ten minste een orde van grootte meer sterrenstelsels laten zien dan ooit eerder is gemeten, wat wetenschappers helpt om vragen te beantwoorden zoals hoe spiraalarmen zich vormen en hoe superzware zwarte gaten groeien. “We bekijken sterrenstelsels van binnen naar buiten, van hoe hun interne structuren hun evolutie bepalen tot hoe de externe omgeving hun transformatie in de loop van de tijd bepaalt,” voegt Clotilde toe. “Euclid is een goudmijn aan gegevens en de impact ervan zal verstrekkend zijn, van de evolutie van sterrenstelsels tot de kosmologie doelen van de missie in het algemeen.”
Gravitationele lensontdekkingsmotor
Licht dat van verre sterrenstelsels naar ons toe komt, wordt afgebogen en vervormd door normale en donkere materie op de voorgrond. Dit effect heet 'gravitationele lensing' en het is een van de gereedschappen die Euclides gebruikt om te onthullen hoe donkere materie door het heelal is verdeeld. Als de vervormingen heel duidelijk zijn, staat dit bekend als 'sterke lensing', wat kan resulteren in kenmerken zoals Einstein-ringen, bogen en meervoudig afgebeelde lenzen. Met behulp van een eerste sweep door AI-modellen, gevolgd door citizen science-inspectie, doorlichting door experts en modellering, is vandaag een eerste catalogus van 500 kandidaten voor sterke lenzen tussen sterrenstelsels vrijgegeven, die bijna allemaal voorheen onbekend waren. Dit type lensing treedt op wanneer een voorgrondstelsel en zijn halo van donkere materie als een lens werken, waardoor het beeld van een achtergrondstelsel langs de gezichtslijn naar Euclides wordt vervormd.
Met behulp van deze modellen zal Euclid zo'n 7000 kandidaten vastleggen in de grote vrijgave van kosmologiegegevens die gepland staat voor eind 2026, en in de orde van grootte van 100 000 sterke lenzen tussen melkwegstelsels en melkwegstelsels tegen het einde van de missie, ongeveer 100 keer meer dan nu bekend is. Euclid zal ook 'zwakke' lensing kunnen meten, wanneer de vervormingen van achtergrondbronnen veel kleiner zijn. Zulke subtiele vervormingen kunnen alleen worden gedetecteerd door grote aantallen sterrenstelsels statistisch te analyseren. De komende jaren zal Euclid de vervormingen van miljarden sterrenstelsels over 10 miljard jaar kosmische geschiedenis meten en zo een 3D-beeld geven van de verdeling van donkere materie in ons heelal.
“Euclid bestrijkt al snel steeds grotere gebieden aan de hemel dankzij zijn ongekende verkenningsmogelijkheden”, zegt Pierre Ferruit, ESA's Euclid missiemanager, die werkzaam is in ESA's European Space Astronomy Centre (ESAC) in Spanje, waar het Astronomy Science Archive is gevestigd waar de gegevens van Euclid beschikbaar zullen worden gesteld. “Deze vrijgave van gegevens benadrukt het ongelooflijke potentieel dat we hebben door de sterke punten van Euclid, AI, burgerwetenschap en experts te combineren in één ontdekkingsmotor die essentieel zal zijn bij het aanpakken van de enorme hoeveelheid gegevens die door Euclid worden teruggestuurd.”
Bron: ESA
