Euclides (telescopio espacial)

Euclid es un telescopio espacial de gran angular con una cámara de 600 megapíxeles para registrar luz visible , un espectrómetro de infrarrojo cercano y un fotómetro para determinar el corrimiento al rojo de las galaxias detectadas . Fue desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) y el Consorcio Euclid y fue lanzado el 1 de julio de 2023 desde Cabo Cañaveral en Florida. ^{[ 10 ] [ 11 ]} La misión lleva el nombre del antiguo matemático griego Euclides .

Tras aproximadamente un mes, alcanzó su destino: una órbita de halo alrededor del segundo punto de Lagrange L2 del sistema Sol-Tierra , a una distancia media de 1,5  millones de kilómetros más allá de la órbita terrestre . Allí, el telescopio permanecerá operativo durante al menos seis años. El objetivo de la misión Euclid es comprender mejor la energía oscura y la materia oscura midiendo con precisión la expansión acelerada del universo . El telescopio tipo Korsch medirá la forma de las galaxias a distintas distancias de la Tierra e investigará la relación entre la distancia y el corrimiento al rojo .

Euclid es una misión de clase media ("clase M") y forma parte de la campaña Cosmic Vision del Programa Científico de la ESA . Euclid fue seleccionada en octubre de 2011 junto con Solar Orbiter . ^{[ 12 ]} Euclid fue lanzada por un cohete Falcon 9. ^{[ 13 ] [ 4 ]} El 7 de noviembre de 2023 la ESA reveló EuclidLas primeras imágenes a todo color del cosmos de Euclides, que ilustransu potencial para crear el mapa 3D más extenso del universo. ^{[ 14 ] [ 15 ]} En mayo de 2024, la misión Euclid de la ESA publicó imágenes de los cúmulos de galaxias Abell 2390 y Abell 2764, la región de formación estelar Messier 78 , la galaxia espiral NGC 6744 y el grupo de galaxias Dorado . ^{[ 16 ]}

Euclid explora la historia de la expansión del universo y la formación de estructuras cósmicas midiendo el corrimiento al rojo de las galaxias hasta un valor de 2, lo que equivale a observar 10 mil millones de años en el pasado. ^{[ 17 ]} La relación entre las formas galácticas y su corrimiento al rojo correspondiente ayudará a mostrar cómo la energía oscura contribuye a la mayor aceleración del universo. Los métodos empleados aprovechan el fenómeno de la lente gravitacional , la medición de las oscilaciones acústicas de bariones y la medición de distancias galácticas mediante espectroscopia . ^{[ 18 ]}

El efecto de lente gravitacional (o cizallamiento gravitacional) es la alteración de las trayectorias de los rayos de luz causada por la presencia de materia que modifica localmente la curvatura del espacio-tiempo : la luz emitida por las galaxias se desvía al pasar cerca de la materia que se encuentra en la línea de visión, distorsionando la imagen resultante. Esta materia está compuesta en parte por galaxias visibles, pero se teoriza que es principalmente materia oscura . Al medir este cizallamiento , se puede inferir la cantidad de materia oscura, lo que contribuye a comprender mejor cómo se distribuye en el universo . ^{[ 19 ]}

Las mediciones espectroscópicas permitirán medir los desplazamientos al rojo de las galaxias y determinar sus distancias utilizando la ley de Hubble . De esta manera, se puede reconstruir la distribución tridimensional de las galaxias en el universo . ^{[ 17 ]}

A partir de estos datos, es posible medir simultáneamente las propiedades estadísticas relativas a la distribución de la materia oscura y las galaxias, y medir cómo cambian estas propiedades a medida que la nave espacial observa más atrás en el tiempo. Se requieren imágenes de alta precisión para obtener mediciones suficientemente exactas. Cualquier distorsión inherente a los sensores debe tenerse en cuenta y calibrarse; de ​​lo contrario, los datos resultantes serían de utilidad limitada. ^{[ 17 ]}

Durante su misión nominal, planificada para al menos seis años, Euclid observará aproximadamente 15 000  grados ^cuadrados (4,6  sr), aproximadamente un tercio del cielo, centrándose en el cielo extragaláctico (el cielo que mira en dirección opuesta a la Vía Láctea ). ^{[ 2 ]} Generará aproximadamente 100 gigabytes de datos comprimidos por día a lo largo de su misión de seis años. ^{[ 20 ]} El estudio se complementará con observaciones adicionales de tres campos profundos para obtener una relación señal/ruido 5 veces mayor que la del estudio amplio; los campos profundos cubren 50  grados ^cuadrados (15,2  msr). ^{[ 21 ]} Los tres campos serán visitados regularmente durante la duración de la misión. Se utilizarán como campos de calibración y para monitorear la estabilidad del rendimiento del telescopio y los instrumentos, así como para producir datos científicos mediante la observación de las galaxias y cuásares más distantes del universo. ^{[ 22 ]} Dos de los campos profundos se superpondrán con campos profundos de estudios existentes ^{[ 23 ]} y el tercer campo profundo se propone como ubicación para uno de los campos de perforación profunda del LSST en el Observatorio Vera C. Rubin . ^{[ 24 ]}

Para medir el corrimiento al rojo fotométrico de cada galaxia con suficiente precisión, la misión Euclid depende de datos fotométricos adicionales obtenidos en al menos cuatro filtros en longitudes de onda ópticas. Estos datos se obtendrán de telescopios terrestres ubicados en los hemisferios norte y sur para cubrir los 15 000  grados ^cuadrados de la misión. ^{[ 25 ] [ 26 ]} En total, cada galaxia de la misión Euclid recibirá información fotométrica en al menos siete filtros diferentes que cubren el rango de 460 a 2000  nm. ^{[ 27 ]}

Euclid observará aproximadamente 10 mil millones de fuentes astronómicas, de las cuales mil millones se utilizarán para el estudio de lentes gravitacionales débiles (para medir su cizallamiento gravitacional) ^{[ 28 ]} con una precisión 50 veces mayor que la que era posible anteriormente con telescopios terrestres. Euclid mide los desplazamientos al rojo espectroscópicos de al menos 30 millones de objetos para estudiar el agrupamiento de galaxias .

La explotación científica de este conjunto de datos la lleva a cabo un consorcio liderado por Europa, compuesto por más de 1200 personas en más de 100 laboratorios de 18 países (Austria, Bélgica, Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, Italia, Países Bajos, Noruega, Portugal, Rumanía, España, Suiza, Reino Unido, Canadá, Estados Unidos y Japón). ^{[ 29 ]} El Consorcio Euclid también es responsable de la construcción de la carga útil del instrumento Euclid y del desarrollo e implementación del segmento terrestre Euclid , que procesará todos los datos recopilados por el satélite. ^{[ 28 ]}

Los laboratorios que contribuyen al Consorcio Euclid reciben financiación y apoyo de sus agencias espaciales nacionales, que también tienen las responsabilidades programáticas de su contribución nacional, y de sus estructuras nacionales de investigación (agencias de investigación, observatorios, universidades). En total, el Consorcio Euclid aporta aproximadamente el 25 % del coste total del presupuesto de la misión hasta su finalización. ^{[ 30 ]}

El enorme volumen, la diversidad (espacial y terrestre, visible e infrarrojo cercano, morfometría , fotometría y espectroscopia) y el nivel de precisión de las mediciones exigieron un cuidado y un esfuerzo considerables en el procesamiento de datos, lo que lo convirtió en una parte fundamental de la misión. La ESA , las agencias nacionales y el Consorcio Euclid están invirtiendo importantes recursos para crear equipos de investigadores e ingenieros dedicados al desarrollo de algoritmos, el desarrollo de software, los procedimientos de prueba y validación, el archivo de datos y las infraestructuras de distribución de datos.

En total, nueve Centros de Datos Científicos distribuidos en los países del Consorcio Euclid procesarán más de 170 petabytes de imágenes de entrada sin procesar durante al menos 6 años para entregar productos de datos (imágenes, catálogos de espectros) en tres lanzamientos públicos principales de datos en el Sistema de Archivo Científico de la misión Euclid a la comunidad científica. ^{[ 31 ] [ 27 ]}

Con su amplia cobertura del cielo y sus catálogos de miles de millones de estrellas y galaxias, el valor científico de los datos recopilados por la misión trasciende el ámbito de la cosmología . Esta base de datos proporcionará a la comunidad astronómica mundial fuentes y objetivos para el Telescopio Espacial James Webb y el Atacama Large Millimeter Array , así como para futuras misiones como el Extremely Large Telescope , el Thirty Meter Telescope , el Square Kilometer Array y el Observatorio Vera C. Rubin . ^{[ 32 ]}

La ESA seleccionó la división italiana de Thales Alenia Space para la construcción de la nave espacial en Turín . Euclid tiene 4,5 metros de largo, un diámetro de 3,1 metros y una masa de 2 toneladas. ^{[ 3 ]} El módulo de carga útil de Euclid fue responsabilidad de la división francesa de Airbus Defence and Space en Toulouse . Consiste en un telescopio Korsch con un espejo primario de 1,2 metros de diámetro, que cubre un área de 0,91 grados ^cuadrados . ^{[ 33 ] [ 34 ]} 

El consorcio Euclid, integrado por científicos de 13 países europeos y Estados Unidos, proporcionó la cámara de luz visible (VIS) ^{[ 7 ]} y el espectrómetro y fotómetro de infrarrojo cercano (NISP) ^{[ 8 ]} . Juntos, cartografiarán la distribución tridimensional de hasta dos mil millones de galaxias repartidas por más de un tercio del cielo ^{[ 35 ]} . Estas cámaras de gran formato se utilizarán para caracterizar las propiedades morfométricas , fotométricas y espectroscópicas de las galaxias.

Autobús espacial

La plataforma del telescopio incluye paneles solares que proporcionan energía y estabilizan la orientación y el apuntamiento del telescopio con una precisión superior a 35 miliarcosegundos (170  nrad). El telescopio está aislado térmicamente para garantizar una buena estabilidad térmica y evitar así alteraciones en la alineación óptica.

El sistema de telecomunicaciones es capaz de transferir 850 gigabits por día. Utiliza la banda Ka y el protocolo de entrega de archivos CCSDS para enviar datos científicos a una velocidad de 55 megabits por segundo durante 4 horas al día a la estación terrestre Cebreros de  35 m en España, cuando el telescopio está sobre el horizonte. Euclid tiene una capacidad de almacenamiento a bordo de 4 terabits (500 GB ). ^{[ 38 ]} 

El módulo de servicio (SVM) alberga la mayoría de los subsistemas de la nave espacial:

• TT&C – Telemetría y Telecomando
• AOCS – Sistema de Control de Actitud y Órbita
• CDMS – Sistema Central de Gestión de Datos
• EPS – Sistema de Energía Eléctrica
• RCS – Sistema de Control de Reacción
• MPS – Sistema de micropropulsión

AOCS proporciona un apuntamiento estable con una dispersión inferior a 35 milisegundos de arco por exposición visual. Se requiere una alta estabilidad térmica para proteger el conjunto del telescopio de desalineaciones ópticas con esas precisiones. ^{[ 39 ]}

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  Euclid escanea el cielo nocturno utilizando un método de "paso a paso y observación", combinando mediciones separadas para formar el mayor estudio cosmológico jamás realizado en el visible y el infrarrojo cercano. ^{[ 58 ]}
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  Imagen de prueba de puesta en marcha temprana del instrumento VIS ^{[ 58 ]}
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  Imagen de prueba de puesta en marcha temprana del instrumento NISP ^{[ 58 ]}
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  Imagen de prueba de puesta en marcha temprana del instrumento NISP en modo grisma ^{[ 58 ]}
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  La visión de Euclides sobre la Nebulosa Cabeza de Caballo .
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  La visión de Euclides del cúmulo de galaxias de Perseo .
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  La visión de Euclides del cúmulo de galaxias Abell 2390 .
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  La visión de Euclides de la galaxia espiral NGC 6744 .
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  La visión de Euclides del cúmulo de galaxias Abell 2764.
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  Vista de Euclides de las regiones de formación estelar Messier 78 (centro), NGC 2071 (arriba) y HH 24-26 (abajo).
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  El mosaico y las imágenes ampliadas publicadas por la misión Euclid de la ESA el 15 de octubre de 2024 ^{[ 59 ].}
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  Barnard 30 con Euclides
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  La galaxia NGC 6505 , con un anillo de Einstein en su centro, fue descubierta junto con Euclides.
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  Esta imagen muestra un área del Campo Profundo Sur de Euclides. El área se ha ampliado 16 veces en comparación con el mosaico grande.
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  La visión de Euclides sobre el bulbo galáctico de la Vía Láctea
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  31 nuevos cuásares descubiertos por Euclid (2026)

• Página principal de Euclides
• Artículo de Euclid sobre eoPortal de la ESA

Campos profundos de Euclid de las publicaciones de datos rápidos 1 y 2 (T1 y T2) que se pueden explorar en ESASky :

• Campo profundo de Euclid Sur
• Campo profundo de Euclides Fornax
• Campo profundo de Euclid Norte
• Estudio del bulbo galáctico de Euclid