探索宇宙中相互競爭的隱秘力量：歐幾里得望遠(yuǎn)鏡發(fā)布首批照片

鞠強(qiáng)

北京時間2023年11月7日晚，歐洲空間局發(fā)布了歐幾里得望遠(yuǎn)鏡拍攝的首批5張全彩圖片。這些圖片是科學(xué)家對歐幾里得望遠(yuǎn)鏡獲得的首批數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理獲得的成果，卻已經(jīng)展示出望遠(yuǎn)鏡的強(qiáng)大觀測能力——此前從未有望遠(yuǎn)鏡在橫跨如此大的天區(qū)上獲得這樣清晰的圖像。他們相信，這臺望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)做好準(zhǔn)備，繪制有史以來范圍最大的宇宙三維地圖，幫助我們洞察“暗”宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)，從而揭示宇宙中隱藏的秘密。

歐幾里得是古希臘著名數(shù)學(xué)家，被稱為“幾何之父”，他的《幾何原本》流傳于世，奠定了此后2000多年幾何學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識到，物質(zhì)和能量密度與宇宙的幾何緊密相關(guān)，決定著宇宙的未來。因此，歐洲空間局決定把探索宇宙結(jié)構(gòu)與演化的望遠(yuǎn)鏡以歐幾里得的名字命名，以紀(jì)念這位幾何學(xué)先驅(qū)。

五張驚艷圖片

歐幾里得望遠(yuǎn)鏡首批公布的5張圖片分別是英仙座星系團(tuán)、旋渦星系IC342、不規(guī)則矮星系NGC6822、球狀星團(tuán)NGC6397和馬頭星云的圖片。望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測的視場很大，達(dá)到0.5平方度，超過滿月所占的天空面積，拍攝這次發(fā)布的5張圖片只用了不到一天的時間。從明亮的恒星到暗弱的星系，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡依靠強(qiáng)大的觀測能力，拍攝出非常清晰的可見光和紅外圖像。

英仙座是宇宙中已知的最大結(jié)構(gòu)之一，距離地球2.4億光年。此次拍攝的英仙座星系團(tuán)的圖片中，顯示了屬于這個星系團(tuán)的1000個星系，以及背景中更遠(yuǎn)的10萬多個星系。這是天文學(xué)家第一次能夠在這么大的圖片中以這樣高的細(xì)節(jié)水平捕捉到如此多的英仙座星系。

這些暗弱的星系中有許多是天文學(xué)家之前觀測不到的，因為其中一些非常遙遠(yuǎn)，它們發(fā)出的光用了100億年的時間才到達(dá)地球。天文學(xué)家已經(jīng)證明，只有在宇宙中存在暗物質(zhì)的情況下，像英仙座這樣的星系團(tuán)才能形成。他們將通過歐幾里得望遠(yuǎn)鏡觀察許多像英仙座這樣的星系團(tuán)，繪制其中星系的分布和形狀，從而更多地了解暗物質(zhì)是如何把這些星系結(jié)合在一起形成星系團(tuán)，并塑造了我們今天看到的宇宙。

在軌運行期間，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡將對數(shù)十億個星系進(jìn)行成像，揭示暗物質(zhì)和暗能量對它們施加的無形影響。在它觀測到的第一批星系中，有一個被昵稱為“隱藏星系”。這個與銀河系外形相似的旋渦星系的正式編號為IC342，又被稱作考德威爾5號。得益于歐幾里得望遠(yuǎn)鏡的紅外觀測能力，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這個星系中恒星的關(guān)鍵信息。

在早期宇宙中，大多數(shù)星系看起來并不是像銀河系一樣的典型螺旋形，它們不僅外形不規(guī)則，而且也都很小，是構(gòu)成像銀河系這樣的更大星系的基石。在距離我們相對較近的宇宙中，我們?nèi)匀豢梢哉业揭恍┻@樣的星系。在歐幾里得望遠(yuǎn)鏡發(fā)布的圖片中，就有一個編號為NGC6822的不規(guī)則矮星系，距離地球160萬光年。

歐幾里得望遠(yuǎn)鏡還拍攝了球狀星團(tuán)NGC6397，這是距離地球第二近的球狀星團(tuán)，距離地球約7800光年。球狀星團(tuán)是數(shù)十萬顆恒星通過引力結(jié)合在一起的集合。目前，除了歐幾里得望遠(yuǎn)鏡之外，還沒有其他望遠(yuǎn)鏡可以在一次觀測中看到整個球狀星團(tuán)，同時識別出星團(tuán)中這么多的恒星。這些暗弱的恒星可以告訴我們銀河系的歷史以及暗物質(zhì)的位置。

在歐幾里得望遠(yuǎn)鏡這次拍攝的天體中，馬頭星云是離地球最近的一個，它也被稱作巴納德33，是獵戶座的一部分，距離地球約1500光年。在此次拍攝的馬頭星云的圖片中，我們不僅能看到壯觀的全景，也能洞察其中的細(xì)節(jié)。在歐幾里得望遠(yuǎn)鏡對這個恒星搖籃的新觀測中，科學(xué)家希望找到很多處于形成早期暗淡的、此前從未見過的、與木星質(zhì)量相近的行星，以及年輕的褐矮星和嬰兒恒星。

六年持續(xù)觀測

雖然首批只發(fā)布了5張圖片，但是這些圖片已經(jīng)體現(xiàn)出在望遠(yuǎn)鏡研制背后科學(xué)家和工程師付出了巨大努力，才造就了這些杰作?！皻W幾里得”項目經(jīng)理朱塞佩·拉卡在歐洲空間局官網(wǎng)上表示：“我們對這臺望遠(yuǎn)鏡的高標(biāo)準(zhǔn)得到了回報。這些圖片中有如此多的細(xì)節(jié)，這要歸功于特殊的光學(xué)設(shè)計、望遠(yuǎn)鏡和儀器的完美制造和組裝以及極其精確的指向和溫度控制?！?/p>

“歐幾里得”項目科學(xué)家勒內(nèi)·勞雷斯這樣評價：“我們以前從未見過這樣的天文圖片，其中包含如此多的細(xì)節(jié)。它們比我們所希望的更加美麗和清晰，向我們展示了附近宇宙中已知區(qū)域內(nèi)許多以前從未見過的特征?，F(xiàn)在我們已經(jīng)準(zhǔn)備好觀察數(shù)十億個星系，并研究它們在宇宙歷史中的演化?！?/p>

歐幾里得望遠(yuǎn)鏡的首秀令天文學(xué)界備受鼓舞，很多人持有和勒內(nèi)·勞雷斯相同的觀點。這些圖片顯示出歐幾里得望遠(yuǎn)鏡的各種儀器具有非常優(yōu)良的性能，天文學(xué)家可以使用這臺望遠(yuǎn)鏡來研究宇宙中物質(zhì)的分布及其在最大尺度上的演化。以大量覆蓋大面積天空的高質(zhì)量觀測結(jié)果為基礎(chǔ)，天文學(xué)家將向我們展示宇宙中黑暗和隱藏的部分。而在暗物質(zhì)和暗能量的領(lǐng)域之外，這些圖片還展示了歐幾里得望遠(yuǎn)鏡能夠幫助天文學(xué)家創(chuàng)造一個關(guān)于單顆恒星和星系物理學(xué)的信息寶庫的實力。

“歐幾里得”項目負(fù)責(zé)人雅尼克·梅利爾表示：“在接下來的幾個月里，‘歐幾里得項目的科學(xué)家將分析這些圖片，并在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上發(fā)表一系列科學(xué)論文，以及關(guān)于‘歐幾里得任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)和儀器性能的論文?！?/p>

在歐幾里得望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空之后的幾個月里，科學(xué)家和工程師一直在測試和校準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)設(shè)備。這個團(tuán)隊目前正在進(jìn)行最后的微調(diào)，以便在2024年年初開始常規(guī)的觀測工作。隨著任務(wù)的進(jìn)行，望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù)會每年對外發(fā)布一次，并向全世界的研究人員開放。

根據(jù)計劃，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡將開展為期6年的觀測，此后將根據(jù)用于推進(jìn)的低溫氣體的余量來評估延長任務(wù)期的可能性。在未來的6年里，我們可以期待歐幾里得望遠(yuǎn)鏡不斷帶給我們新的驚喜，用更多的精彩圖片向我們展示宇宙隱藏的魅力。而對觀測數(shù)據(jù)的分析會持續(xù)更長的時間，天文學(xué)家將在這些數(shù)據(jù)中仔細(xì)搜尋解開暗物質(zhì)和暗能量謎團(tuán)的線索。