“欧几里得”首秀令人惊叹（1）：7天2600万个星系

北京时间3月19日晚，欧几里得联盟（Euclid Consortium）向全球发布了第一批快速数据（Quick Data Release 1），向我们呈现了“欧几里得”空间望远镜超群的能力。

最令人期待的空间望远镜之一

“欧几里得”空间望远镜由欧洲航天局（ESA）主导，联合美国航天局 （NASA）共同研发，旨在针对河外星系开展为期6年的巡天观测，绘制全天星图，为暗能量和暗物质等困扰天文学家的疑难问题提供新的见解。，2024 年 2 月 14 日成功开始宇宙学巡天观测。

“欧几里得”望远镜 | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA. Background galaxies: NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

欧几里得联盟由来自世界各地的天文台、实验室、大学等 2600 多名成员组成，涵盖天体物理学、宇宙学、理论物理学和粒子物理学的各个领域。2024 年 5 月发布了首批早期观测结果 （ERO），仅5张图片。如果说那次只是开胃小菜的话，那么这次发布的数据属于主食了，数据相对更为完整庞大，名称为“欧几里得快速数据”，Euclid Quick Data Release 1，简写为“Q1”。

与数据一同公布的还有 发表在不同期刊中的 27 篇科学论文，涉及 星系团、 强引力透镜系统、活动星系核（AGN）和类星体、矮星系等等，以及 7 篇技术论文，描述了团队是如何处理和分析望远镜数据的。

7天发现2600万个星系

这批公开的数据是“欧几里得”在短短一周内所取得的，总共有三个区域，总面积只有 63 平方度。这仅仅是“欧几里得”望远镜整个任务的 0.45%。即便如此，其观测结果令科学家十分兴奋。

我们看到，到目前为止它只对每个区域进行了一次扫描，但照片中已经有 2600 万个星系，其中最远的星系距离我们 105 亿光年。这些区域中还包含一小部分明亮的类星体，它们通常都处在极其遥远的位置。

放大70倍的“欧几里得”南部深场 | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

“欧几里得”主要有两台成像精度极高的相机，分别是可见光波段相机VIS和近红外波段相机NISP。VIS工作在 530–920 纳米，由 6×6 个CCD组成，包含 6 亿个像素。NISP主要工作在 920–2020 纳米，由 4×4 个红外探测器拼接而成，包含 6500 万个像素。这两台大幅面相机能为我们呈现星系的形态，加上多色滤光片和光谱仪，预计可以对超过 15 亿个星系进行低分辨率光度测量，对数百万个星系进行高精度光谱观测。这套组合拳可以帮助解开星系的距离、质量等至关重要的信息。

“欧几里得”的主要载荷 | Credit: ESA/Euclid

现代宇宙学认为，宇宙中的普通物质只占5%，多达95%是由未知的物质组成，被称为暗物质和暗能量。要想理解暗物质和暗能量，了解整个宇宙星系的分布情况，就是必不可少的环节。“欧几里得”望远镜将在6年任务期内，扫描约14000平方度的天区，约占整个天空的1/3。可见，目前完成的只是冰山一角。只有当“欧几里得”完成大范围巡天后，我们才能描绘出整个宇宙之网。

选3个天区重复扫描四五十次

如果用一句话形容“阿基米德”的任务，那就是“普遍撒网，重点培养”。这次Q1数据中公布的 63 平方度的照片，就是从 14000 平方度的广撒网中挑选出的“重点培养”对象。

欧几里得深场（黄色）在天空中的位置，也是本次发布Q1数据的观测区域。底图是2018年“盖亚”卫星第二批数据（Gaia DR2）和2014年“普朗克”卫星数据叠加绘制的全天星图。 | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA; ESA/Gaia/DPAC; ESA/Planck Collaboration

在天文学中，深场（deep field）是指对天空某一部分进行长时间曝光所获得的图像，目的是探测和研究那些微弱的天体。简单地说，能看到多暗的目标就意味着场有多“深”。通常，越远的天体亮度越弱，所以，能看得多暗也相当于能看得多远。当然，由于宇宙膨胀的关系，越远的天体红移越大，它们的光线可能偏出了可见光区间，这就需要用近红外甚至中红外波段拍摄深场照片。累积曝光的时间越久，能获得的照片越深。

欧几里得南天深场（EDF-S） | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

欧几里得北天深场（EDF-N） | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

欧几里得天炉座深场（EDF-F） | Credit: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi

毫无疑问，深场照片对研究宇宙演化，尤其是早期宇宙十分重要。例如“哈勃望远镜”在1995年就拍摄了名为“哈勃深场”（Hubble Deep Field，HDF）的照片，其覆盖的范围只有 2.6′×2.6′。“哈勃”先后对这片天区观测过300多次。后续“哈勃”还拍摄了“哈勃极深场”（Hubble Ultra-Deep Field，HUDF）、“哈勃特深场”（Hubble eXtreme Deep Field，HXDF）等十多个深场照片。

哈勃深场（HDF，1995） | Credit: NASA/ESA/STScI/Robert Williams哈勃极深场（HUDF，2014）在仅仅6‰月球视圆面的范围里发现了10000多个星系 | Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)

“欧几里得”选择了三个天区拍摄深场照片，分别命名为“欧几里得南部深场”（Euclid Deep Field South，EDF-S）、“欧几里得北部深场”（Euclid Deep Field North，EDF-N）和“欧几里得天炉座深场”（Euclid Deep Field Fornax，EDF-F），所占天区面积分别为 28.1 平方度、22.9 平方度和 12.1 平方度。这三个深场位置的选择也是很有讲究的，它们远离银道面，尽可能避开银河系的星际尘埃和恒星，是星星比较少，相对最“干净”的天区。排除这些干扰后，我们才能拍到更远更暗的星系，才能看见宇宙真实的模样。

ESASky中的“欧几里得”望远镜的数据 | Credit: ESA

现在我们看到的照片只能说是小试牛刀。在未来6年里，“欧几里得”将对这几个天区拍摄 30~52 次，预期获得的亮度要比其他普通的巡天照片“深”至少 2 个星等，即至少 6 倍。

Q1 数据已经可以在可视化平台 ESASky 中查看了。有兴趣的朋友可以上去数数有多少个星系。

EDF-S：

https://sky.esa.int/esasky/?hide_welcome=true&hide_banner_info=true&hips=DES-DR2+ColorIRG&sci=false&layout=esasky&euclid_image=EDFS

EDF-N：

https://sky.esa.int/esasky/?hide_welcome=true&hide_banner_info=true&hips=PanSTARRS+DR1+color+(i%2C+r%2C+g)&sci=false&layout=esasky&euclid_image=EDFN

EDF-F：

https://sky.esa.int/esasky/?hide_welcome=true&hide_banner_info=true&hips=PanSTARRS+DR1+color+(i%2C+r%2C+g)&sci=false&layout=esasky&euclid_image=EDFF

参考资料

[1] Euclid opens data treasure trove, offers glimpse of deep fields ( https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Euclid_opens_data_treasure_trove_offers_glimpse_of_deep_fields)

[2] Press Release: Euclid Quick Data Release 1 ( https://www.euclid-ec.org/public/press-releases/euclid-quick-data-release-1/)