欧几里德任务在新发布的五张图像中揭示了隐藏的暗宇宙

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发表时间:2024-05-28 08:51来源:CnBeta

欧几里得是欧空局在美国国家航空航天局支持下执行的一项任务,旨在绘制天空地图并研究暗物质和暗能量。它的新图像和数据揭示了包括自由浮游行星和褐矮星在内的重大科学发现,增进了我们对宇宙的了解。

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Messier 78 是一个恒星形成的苗圃,被星际尘埃笼罩,距离地球 1300 光年。欧几里得利用其红外摄像机,首次揭示了恒星形成的隐蔽区域,并以前所未有的细节绘制了复杂的气体和尘埃细丝。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard License

欧几里德任务发布了五张新图片,展示了太空望远镜探索两大宇宙奥秘的能力:暗物质和暗能量。暗物质是一种看不见的物质,在宇宙中比"常规"物质常见五倍,但成分不明。"暗能量"是对导致宇宙膨胀越来越快的未知来源的称呼。欧几里得任务由欧洲航天局(ESA)领导,美国国家航空航天局(NASA)也提供了帮助、

到 2030 年,"欧几里得"将绘制出一张覆盖近三分之一天空的宇宙地图,其视场范围远远超过美国国家航空航天局(NASA)的哈勃和詹姆斯-韦伯太空望远镜。届时,科学家们将以前所未有的高精度绘制出暗物质的存在图。他们还可以利用这张地图来研究暗能量的强度是如何随着时间的推移而变化的。

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由欧空局欧几里得望远镜拍摄的星系团 Abell 2764(右上角)包含数百个星系。星系团外的区域还包含了遥远的星系,这些星系看起来就像宇宙只有 7 亿岁时的样子。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard License

这五张新照片展示了大小不一的景象--从银河系中的恒星形成区到数百个星系团--它们是在欧几里得2023年7月发射后不久拍摄的,是其早期发布观测计划的一部分。去年,在科学家对数据进行分析之前,这项任务发布了该计划中的五幅图像,作为欧几里德计划的预览。

新图像、相关科学论文和数据可在欧几里得网站上查阅。有关这些发现的欧空局预录节目可在欧空局电视台和YouTube上观看。

美国国家航空航天局(NASA)即将发射的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜的任务规划人员将利用欧几里得的发现为罗曼的暗能量补充工作提供信息。科学家们将利用灵敏度和锐度更高的罗曼望远镜,通过研究更暗、更遥远的星系来扩展欧几里得望远镜所能实现的科学研究。

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欧几里得视角下的多拉多星系群显示出星系相互作用和合并的迹象。朦胧的白色和黄色物质外壳,以及延伸至太空的弯曲"尾巴",都是星系间引力相互作用的证据。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard License

欧几里得将帮助科学家研究暗物质的方法之一,就是观察这一神秘现象如何扭曲来自遥远星系的光线,就像在其中一幅以名为 Abell 2390 的星系团为特色的新图像中看到的那样。星系团的质量(包括暗物质)在空间中形成了曲线。来自更遥远星系的光线经过这些曲线时,会出现弯曲或弧形,就像光线穿过旧窗户上扭曲的玻璃时一样。有时,这种弯曲非常强烈,会形成环状、明显的弧形或同一星系的多个图像--这种现象被称为强引力透镜。

有兴趣探索暗能量效应的科学家将主要寻找一种更微妙的效应,即弱引力透镜效应,这种效应需要详细的计算机分析才能探测到,并揭示出更小的暗物质团块的存在。通过绘制暗物质图并追踪这些团块如何随时间演变,科学家们将研究暗能量的外向加速如何改变了暗物质的分布。

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在这张距离地球 27 亿光年的星系团 Abell 2390 的图像中,可以看到 5 万多个星系。在图像中心附近,一些星系显得模糊而弯曲,这种效应被称为强引力透镜效应,可以用来探测暗物质。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard License

南加州喷气推进实验室的NASA欧几里德项目科学家迈克-塞弗特(Mike Seiffert)说:"由于暗能量是一种相对较弱的效应,我们需要进行更大规模的调查,以获得更多的数据和更好的统计精度。我们无法放大一个星系并对其进行详细研究,需要观察更大的区域,但仍然能够探测到这些微妙的影响。要做到这一点,我们需要一个像欧几里德这样的专业太空望远镜。"

该望远镜使用两台探测不同波长光线的仪器:可见光成像仪(VIS)和近红外分光光度计(NISP)。前景星系发出的可见光波长(人眼可以感知的波长)较多,而背景星系的红外波长通常较亮。

"用这两种仪器观测星系团,可以让我们看到距离范围更广的星系,这比我们单独使用可见光或红外线仪器所能看到的距离都要广,"JPL的杰森-罗兹(JasonRhodes)说,他是NASA欧几里德暗能量科学团队的首席研究员。"而且,Euclid 拍摄这类深度、广度和高分辨率图像的速度比其他望远镜快数百倍。

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欧几里得的大视野捕捉到了 NGC 6744 星系的全貌,并向天文学家展示了恒星形成的关键区域。形成恒星是星系生长和演化的主要方式,因此这些研究对于了解星系为什么会呈现出这样的面貌至关重要。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard License

虽然暗物质和暗能量是欧几里德的核心。这项任务还有其他多种天文应用。例如,欧几里德的大面积天空图可以用来发现暗淡的天体,观测宇宙天体的变化,如恒星亮度的变化。欧几里得的新科学成果包括探测到自由浮游行星(不围绕恒星运行的行星),这些行星由于微弱而难以发现。此外,数据还揭示了新发现的褐矮星。这些天体被认为是像恒星一样形成的,但还没有大到足以在其内核中开始核聚变,它们凸显了恒星和行星之间的差异。

现在发表的数据、图像和科学论文标志着欧几里得号科学成果的开端,它们展示了该任务主要目标之外的令人惊叹的科学多样性,塞弗特说,"我们已经从欧几里得号的广阔视野中看到了研究单个行星、银河系特征和大宇宙结构的成果。我们已经从欧几里德的广阔视野中看到了研究单个行星、银河系特征以及大尺度宇宙结构的成果。要跟上所有的发展,既令人激动,又有点不知所措。"

美国国家航空航天局支持的三个科学小组为欧几里德任务做出了贡献。除了为Euclid的近红外分光计和光度计(NISP)仪器设计和制造传感器芯片电子设备外,JPL还领导了NISP探测器的采购和交付工作。这些探测器和传感器芯片电子设备在马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心的 NASA 探测器特性实验室进行了测试。位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院欧几里得IPAC(ENSCI)NASA科学中心将对科学数据进行存档,并为美国的科学调查提供支持。JPL 是加州理工学院的一个分部。


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