Wetenschappers van het Euclid Consortium hebben drie extreem donkere plekken in de lucht geselecteerd die het onderwerp zullen zijn van de diepste observaties van de missie, gericht op het verkennen van zwakke en zeldzame objecten in het heelal. De positie van de Euclid Deep Fields - één in de noordelijke hemel en twee in de zuidelijke hemel - werd vorige week aangekondigd, tijdens de jaarlijkse consortiumbijeenkomst in Helsinki, Finland.

Met de lancering gepland in 2022, De Euclid-missie van ESA boekt grote vooruitgang met zowel de hardware als de wetenschappelijke voorbereidingen. Eenmaal in de ruimte, Euclid zal een aanzienlijk deel van de hemel onderzoeken en miljarden sterrenstelsels in het heelal in beeld brengen om de afgelopen tien miljard jaar van onze kosmische geschiedenis te onderzoeken.

Het grootste deel van de waarnemingen van de missie zal worden besteed aan het Euclid-brede onderzoek, die ongeveer 15.000 vierkante graden beslaat - meer dan een derde van de hele hemel - met een ongekende combinatie van scherpte en gevoeligheid.

De waarnemingen zullen wetenschappers in staat stellen om twee kosmologische fenomenen te onderzoeken:de evolutie van hoe sterrenstelsels samenklonteren in de afgelopen 10 miljard jaar, en de vervorming van melkwegbeelden als gevolg van de aanwezigheid van gewone en donkere materie die tussen hen en ons ingrijpt, een effect dat zwaartekrachtlensvorming wordt genoemd. Deze twee fenomenen richten zich op het belangrijkste wetenschappelijke doel van de missie:graven in de geschiedenis van de uitdijing van het heelal en het karakteriseren van de versnelling van deze uitdijing gedurende de laatste paar miljard jaar, iets waarvan wordt gedacht dat het wordt veroorzaakt door de mysterieuze donkere energie.

In aanvulling, ongeveer 10% van Euclides waarnemingstijd zal worden besteed aan een diepgaand onderzoek, herhaaldelijk observeren van slechts drie delen van de lucht:de Euclid Deep Fields. De resterende tijd zal worden besteed aan speciale kalibraties van Euclid's twee complexe, zeer gevoelige instrumenten – de zichtbare camera, VIS, en de nabij-infrarood spectrofotometer, NISP.

De drie velden zijn zorgvuldig geselecteerd om een ​​minimale hoeveelheid heldere Melkwegsterren te bevatten – die zwakke bronnen zoals verre sterrenstelsels 'overschaduwen'; van stofdeeltjes uit het interstellaire medium van de Melkweg – dat het licht verduistert van zwakke, verre bronnen; en van het zogenaamde dierenriemlicht – de diffuse gloed van stof in het zonnestelsel, wat de gevoeligheid van de waarnemingen beïnvloedt.

Met een cumulatieve oppervlakte van 40 vierkante graden, gelijk aan iets meer dan 200 keer de voetafdruk van de volle maan aan de hemel, de Euclides Diepe Velden omspannen een deel van de hemelbol dat, hoewel veel kleiner dan het brede onderzoek van de missie, is nog steeds vrij opmerkelijk voor een diepgaand onderzoek.

"De keuze voor de Euclides Diepe Velden is een complex proces geweest vanwege vele instrumentele en wetenschappelijke beperkingen, en we zijn erg blij met deze oplossing die onlangs is goedgekeurd door de wetenschappelijke gemeenschap van Euclides, " zei Roberto Scaramella van het Nationaal Instituut voor Astrofysica in Italië, Euclid Survey Scientist en leider van de Euclid Consortium Survey Group.

De selectie van de velden werd op 4 juni gepresenteerd tijdens de jaarvergadering van het Euclid Consortium, die wordt geleid door Yannick Mellier van het Institute d'Astrophysique in Parijs, Frankrijk, en bestaat uit 1500 wetenschappers uit heel Europa, de VS en Canada.

Een van de drie velden, het Euclides Diepe Veld Noord, met een oppervlakte van 10 vierkante graden, ligt zeer dicht bij de noordelijke eclipticapool, in het sterrenbeeld Draco, de draak. De nabijheid van de eclipticapool zorgt het hele jaar door voor maximale dekking; de exacte positie is gekozen om maximale overlap te krijgen met een van de diepe velden die worden onderzocht door het infraroodwerkpaard van NASA, de Spitzer Ruimtetelescoop.

De andere twee velden bevinden zich aan de zuidelijke hemel. De uitdaging bestond erin een regio zo dicht mogelijk bij de zuidelijke eclipticapool te selecteren, die de beste dekking zou bieden, terwijl u tegelijkertijd heldere bronnen in dat gebied vermijdt, die de thuisbasis is van de Grote Magelhaense Wolk, een van de galactische buren van onze Melkweg.

De Euclides Diepe Veld Fornax, ook verspreid over 10 vierkante graden, bevindt zich in het zuidelijke sterrenbeeld Fornax, De oven. Het omvat het veel kleinere Chandra Deep Field South, een gebied van 0,11 vierkante graad aan de hemel dat de afgelopen decennia uitgebreid is onderzocht met NASA's Chandra en ESA's XMM-Newton röntgenobservatoria, evenals de NASA / ESA Hubble-ruimtetelescoop en grote telescopen op de grond.

Het derde en grootste van de velden is het Euclid Deep Field South, beslaat 20 vierkante graden in het zuidelijke sterrenbeeld Horologium, de slingerklok. Dit was de meest complexe van de drie om te selecteren vanwege verschillende technische redenen, ook rekening houdend met de mogelijkheden van toekomstige grootveldtelescopen op de grond, zoals de Large Synoptic Survey Telescope. Dit veld is tot op heden door geen enkel deep sky-onderzoek bestreken en heeft dus een enorm potentieel voor nieuwe, spannende ontdekkingen.

"We zijn ervan overtuigd dat de Euclid Deep Fields in de komende jaren een voorkeursdoel zullen worden voor waarnemingen met meerdere golflengten door vele telescopen op de grond en in de ruimte, en hopelijk net zo nuttig en bekend worden als andere beroemde diepe velden die in het verleden zijn onderzocht, ', voegt Scaramella eraan toe.

In tegenstelling tot de ongeveer 30 000 waarnemingen bij eenmalig bezoek die nodig zijn om het Euclides-brede onderzoek te dekken, elk gericht op een veld dat enigszins van het andere is verwijderd en met slechts minimale overlap, de satelliet zal meerdere bezoeken brengen aan de Euclid Deep Fields. Elk velddiep veld wordt minstens 40 keer geobserveerd om bronnen te ontdekken die tot twee magnitudes zwakker zijn dan in het brede onderzoek.

Het Euclides diepe onderzoek heeft een tweeledige functie:terwijl, aan de ene kant, het biedt een nauwkeurige gegevensset om de belangrijkste kosmologische analyse te valideren op basis van het brede onderzoek, op de andere, Meerdere keren terugkeren naar dezelfde delen van de lucht is ook essentieel voor stabiliteitsbewaking en kalibratie tijdens de missie.

De drie diepe velden bieden een venster om grote hoeveelheden sterrenstelsels te onderzoeken, terugkijkend op het tijdperk waarin de eerste sterren en sterrenstelsels werden gevormd, die plaatsvond in het eerste miljard jaar van de geschiedenis van het heelal. Door kosmische expansie, het licht dat door deze sterrenstelsels wordt uitgezonden, wordt roodverschoven naar het infrarood, dus ze worden het best gedetecteerd op infrarode golflengten, die vanwege de atmosfeer van de aarde slecht bereikbaar zijn vanaf de grond. Het verkrijgen van gegevens die vergelijkbaar zijn met Euclid's diepe onderzoek vanaf de grond zou enkele tientallen jaren ononderbroken observatietijd vergen van de beste nabij-infraroodfaciliteiten.

Samen, het relatief grote cumulatieve gebied van 40 vierkante graden, de diepte van het onderzoek en de beeldvorming en spectroscopische mogelijkheden van Euclides in het infrarood maximaliseren de kansen op ontdekkingen uit het diepe onderzoek. Het onderzoek zal enkele honderdduizenden sterrenstelsels per vierkante graad detecteren; in het geval van de meest afgelegen bronnen (met roodverschuiving groter dan zes, overeenkomend met kosmische tijdperken waarin het heelal minder dan een miljard jaar oud was) schattingen van de detectiesnelheid variëren van enkele tientallen tot hoogstens enkele honderden bronnen per vierkante graad, met de onzekerheid die zo hoog is als gevolg van slechte statistieken van bestaande waarnemingsgegevens. Dit zal veranderen met Euclides, die een gebied van deze omvang in veel kortere tijd kan onderzoeken dan nodig zou zijn voor Hubble of zelfs de toekomstige NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope.

Detecties van de Euclid deep survey vormen interessante doelen voor vervolgobservaties met toekomstige faciliteiten zoals de James Webb Space Telescope, gepland voor lancering in 2021, de Extreem Grote Telescoop (ELT) van de European Southern Observatory (ESO) die in Chili wordt gebouwd, en volgende generatie radiotelescopen zoals de Square Kilometre Array (SKA) die in de jaren 2020 in Zuid-Afrika en Australië zal worden geïnstalleerd. Door herhaaldelijk de Euclid Deep Fields te observeren, kunnen ook bronnen worden ontdekt en geanalyseerd waarvan de helderheid en eigenschappen in de tijd variëren.

Momenteel, er zijn lopende programma's om delen van de Euclid Deep Fields te observeren met Spitzer en verschillende telescopen op de grond:Keck, Subaru, de Gran Telescopio Canarias (GTC) en ESO's Very Large Telescope (VLT). Het diepgaande onderzoek van Euclides zal een groot aantal opwindende en onverwachte onderzoeken mogelijk maken, vooral wanneer de gegevens worden gecombineerd met onafhankelijke onderzoeken van dezelfde velden die moeten worden uitgevoerd met behulp van andere ultramoderne observatoria die in de nabije toekomst beschikbaar zullen zijn. Deze omvatten de door Duitsland geleide röntgentelescoop eROSITA, die later deze maand wordt gelanceerd, en de door de VS geleide Large Synoptic Survey Telescope, momenteel in aanbouw in Chili, en NASA's toekomstige nabij-infrarood-ruimteobservatorium, SPHEREx.

"De selectie van de Euclid Deep Fields is een belangrijk moment voor de missie, anticiperend op vele ontdekkingen die komen gaan, ", aldus René Laureijs, Euclid-projectwetenschapper bij ESA.

"Als we met het blote oog naar deze plekken in de lucht kijken, ze lijken nogal saai omdat ze letterlijk leeg zijn, verstoken van nabijgelegen lichtbronnen, en we kijken ernaar uit om te zien wat Euclides zal onthullen zodra het zijn ogen op deze donkere vensters van ons kosmische verleden heeft gericht."