Euclid publica un tesoro de datos para estudiar el universo oscuro

La publicación de datos, que cubre una enorme área del cielo en tres mosaicos, también incluye numerosos cúmulos de galaxias, núcleos galácticos activos y fenómenos transitorios, así como el primer estudio de clasificación de más de 380.000 galaxias y 500 candidatos a lentes gravitacionales compilados a través de esfuerzos combinados de inteligencia artificial y ciencia ciudadana. Todo esto sienta las bases para la amplia gama de temas que el detective del Universo oscuro Euclid se dispone a abordar con su rico conjunto de datos.

«Euclid se muestra una vez más como la máquina de descubrimiento definitiva. Está estudiando galaxias a la escala más grande, permitiéndonos explorar nuestra historia cósmica y las fuerzas invisibles que dan forma a nuestro Universo", afirma la directora de Ciencia de la ESA, la profesora Carole Mundell.

«Con la publicación de los primeros datos del cartografiado de Euclid, estamos descubriendo un tesoro de información para que los científicos se sumerjan y aborden algunas de las preguntas más intrigantes de la ciencia moderna. Con esto, la ESA cumple su compromiso de permitir el progreso científico para las generaciones venideras".

Trazando la red cósmica en los campos profundos de Euclid

Euclid ha explorado las tres áreas en el cielo donde eventualmente proporcionará las observaciones más profundas de su misión. En solo una semana de observaciones, con un único escaneo hasta ahora de cada región, Euclid ya ha detectado 26 millones de galaxias. Las más lejanas se encuentran a 10,5 mil millones de años luz de distancia. Los campos también contienen una pequeña población de quásares brillantes que se pueden ver mucho más lejos. En los próximos años, Euclid pasará sobre estas tres regiones decenas de veces, capturando muchas más galaxias lejanas, lo que hará que estos campos sean realmente «profundos» al final de la misión nominal en 2030.

Pero el primer vistazo de 63 grados cuadrados del cielo, el área equivalente a más de 300 veces la Luna llena, ya da un impresionante anticipo de la escala del gran atlas cósmico de Euclid una vez la misión esté completa. Este atlas cubrirá un tercio de todo el cielo -14 000 grados cuadrados - con un detalle de alta calidad.

«Es impresionante cómo una sola observación de las áreas de campo profundo ya nos ha dado una gran cantidad de datos que pueden usarse para una variedad de propósitos en astronomía: desde el estudio de la morfología de las galaxias, hasta lentes gravitacionales fuertes, cúmulos y formación estelar, entre otros", señala Valeria Pettorino, científica del proyecto Euclid de la ESA. "Observaremos cada campo profundo entre 30 y 52 veces durante los seis años de misión de Euclid, mejorando cada vez más la resolución y el número de objetos que logramos observar. Pensad en los descubrimientos que nos esperan».

Para responder a los misterios para los que está diseñado, Euclid mide la enorme variedad de formas y la distribución de miles de millones de galaxias de forma muy precisa con su instrumento visible por imágenes (VIS) de alta resolución, mientras que su instrumento de infrarrojo cercano (NISP) es esencial para desentrañar las distancias y masas de las galaxias. Las nuevas imágenes ya muestran esta capacidad para cientos de miles de galaxias, y empiezan a insinuar su organización a gran escala en la red cósmica. Estos filamentos de materia ordinaria y materia oscura se entretejen a través del cosmos, y a partir de ellos, las galaxias se forman y evolucionan. Se trata de una pieza esencial para la comprensión de la naturaleza misteriosa de la materia oscura y la energía oscura, que juntas parecen constituir el 95% del Universo.

"Todo el potencial de Euclid para aprender más sobre la materia oscura y la energía oscura a partir de la estructura a gran escala de la telaraña cósmica, se alcanzará solo cuando haya completado su cartografiado. Aún así, el volumen de esta primera publicación de datos ya nos ofrece un primer vistazo único a la organización a gran escala de las galaxias, que podemos utilizar para aprender más sobre la formación de las mismas a lo largo del tiempo", dice Clotilde Laigle, científica del Consorcio Euclid y experta en procesamiento de datos con sede en el Institut d' Astrophysique de París, Francia.

Humanos e IA clasifican más de 380.000 galaxias

Se espera que Euclid capture imágenes de más de 1,5 mil millones de galaxias durante seis años, enviando alrededor de 100 GB de datos cada día. Un conjunto de datos tan impresionantemente grande crea increíbles oportunidades de descubrimiento, pero enormes desafíos cuando se trata de buscar, analizar y catalogar galaxias. El avance de los algoritmos de inteligencia artificial (IA), en combinación con miles de voluntarios y expertos humanos haciendo ciencia ciudadana, está jugando un papel fundamental.

«Estamos en un momento crucial en términos de cómo abordamos los estudios a gran escala en astronomía. La IA es una parte fundamental y necesaria de nuestro proceso para poder explotar completamente el vasto conjunto de datos de Euclid", dice Mike Walmsley, científico del Consorcio Euclid con sede en la Universidad de Toronto, Canadá, quien ha estado muy involucrado en los algoritmos de aprendizaje profundo en el campo de la Astronomía durante la última década.

«Estamos construyendo las herramientas y proporcionando las medidas necesarias. De esta manera podemos ofrecer ciencia de vanguardia en cuestión de semanas, en comparación con el largo proceso de años al analizar grandes mapeados como este en el pasado", añade.

Un hito importante en este esfuerzo es el primer catálogo detallado de más de 380 000 galaxias, que se han clasificado atendiendo a ciertas características como brazos espirales, barras centrales y colas de marea que infieren la fusión de galaxias. El catálogo está creado por el algoritmo de IA «Zoobot». Durante una intensa campaña de un mes en Galaxy Zoo llevada a cabo el año pasado, 9976 voluntarios humanos trabajaron juntos para enseñar a Zoobot a reconocer las características de las galaxias clasificando imágenes de Euclid.

Este primer catálogo divulgado hoy representa apenas el 0,4% del total de galaxias de similar resolución que se espera sean fotografiadas a lo largo de la vida de Euclid. El catálogo final presentará la morfología detallada de al menos un orden de magnitud más de galaxias nunca antes medidas, ayudando a los científicos a responder cómo se forman los brazos espirales y cómo crecen los agujeros negros supermasivos.  

«Estamos observando las galaxias de adentro hacia afuera, desde cómo sus estructuras internas gobiernan su evolución hasta cómo el entorno externo moldea su transformación con el tiempo», añade Clotilde.

«Euclides es una mina de oro de datos y su impacto será de gran alcance, desde la evolución de las galaxias hasta los objetivos de cosmología más amplios de la misión».

Un motor de descubrimiento de lentes gravitacionales

La luz que viaja hacia nosotros desde galaxias distantes está "doblada" y distorsionada por la materia normal y oscura en primer plano. Este efecto se llama lente gravitacional y es una de las herramientas que Euclid utiliza para revelar cómo se distribuye la materia oscura a través del Universo.

Cuando las distorsiones son muy aparentes, el fenómeno se conoce como «lente fuerte», y puede dar lugar a características como los anillos de Einstein, arcos, y múltiples lentes fotografiadas.

Utilizando un barrido inicial por modelos de IA, seguido de inspección de ciencia ciudadana, e investigación y modelado por personal experto, hoy se publica un primer catálogo de 500 candidatas a lentes fuertes galaxia-galaxia, casi todas ellas desconocidas hasta ahora. Este tipo de lente ocurre cuando una galaxia en primer plano y su halo de materia oscura actúan como lente, distorsionando la imagen de una galaxia en el fondo a lo largo de la línea de visión de Euclid.

Con la ayuda de estos modelos, Euclid capturará unos 7.000 candidatas en la importante publicación de datos de cosmología prevista para finales de 2026, y del orden de 100.000 lentes fuertes galaxia-galaxia para el final de la misión, alrededor de 100 veces más de lo que se conoce actualmente.

Euclid también podrá medir las lentes «débiles», es decir, distorsiones de las fuentes de fondo mucho menores. Distorsiones tan sutiles solo pueden detectarse analizando un gran número de galaxias de forma estadística. En los próximos años, Euclid medirá las formas distorsionadas de miles de millones de galaxias a lo largo de 10 mil millones de años de historia cósmica, proporcionando así una visión 3D de la distribución de la materia oscura en nuestro Universo.

«Euclid está cubriendo muy rápidamente áreas cada vez más grandes del cielo gracias a sus capacidades de topografía sin precedentes», afirma Pierre Ferruit, responsable de la misión Euclid de la ESA, que trabaja en el Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESAC) de la ESA en España, sede del archivo científico de Astronomía donde se pondrán a disposición los datos de Euclid.

«Esta publicación de datos pone de manifiesto el increíble potencial que tenemos al combinar las fortalezas de Euclid, IA, ciencia ciudadana y personal experto en un único motor de descubrimiento que será esencial para abordar el vasto volumen de datos enviados por Euclid».

Fotografía de portada: ESA.