Forskare i Euclid Consortium har valt ut tre extremt mörka fläckar på himlen som kommer att bli föremål för uppdragets djupaste observationer, som syftar till att utforska svaga och sällsynta föremål i universum. Positionen för Euclid Deep Fields – en på den norra himlen och två på den södra himlen – tillkännagavs förra veckan, under det årliga konsortiets möte i Helsingfors, Finland.

Med lansering planerad till 2022, ESA:s Euclid-uppdrag gör stora framsteg både vad gäller hårdvaran och de vetenskapliga förberedelserna. Väl i rymden, Euclid kommer att undersöka en betydande del av himlen och avbilda miljarder galaxer över hela universum för att undersöka de senaste tio miljarderna åren av vår kosmiska historia.

Den största delen av uppdragets observationer kommer att ägnas åt Euklids breda undersökning, täcker cirka 15 000 kvadratgrader – mer än en tredjedel av hela himlen – med en oöverträffad kombination av skärpa och känslighet.

Observationerna kommer att göra det möjligt för forskare att undersöka två kosmologiska fenomen:utvecklingen av hur galaxer samlas under de senaste 10 miljarder åren, och förvrängningen av galaxbilder på grund av närvaron av vanlig och mörk materia som intervenerar mellan dem och oss, en effekt som kallas gravitationslinser. Dessa två fenomen tar itu med uppdragets viktigaste vetenskapsmål:att gräva i historien om universums expansion och karakterisera accelerationen av denna expansion under de senaste miljarderna åren, något som tros vara orsakat av den mystiska mörka energin.

Dessutom, ungefär 10 % av Euklids observationstid kommer att ägnas åt en djupgående undersökning, upprepade gånger observerar bara tre fläckar av himlen:Euklidernas djupa fält. Den återstående tiden kommer att ägnas åt dedikerade kalibreringar av Euklids två komplex, mycket känsliga instrument – ​​den synliga avbildaren, VIS, och den nära-infraröda spektrofotometern, NISP.

De tre fälten valdes noggrant ut för att innehålla en minimal mängd ljusa Vintergatans stjärnor – som "överglänser" svaga källor som avlägsna galaxer; av dammpartiklar från Vintergatans interstellära medium – som skymmer ljuset från svimning, avlägsna källor; och av det så kallade zodiakalljuset – det diffusa skenet av damm i solsystemet, vilket påverkar observationernas känslighet.

Med en ackumulerad yta på 40 kvadratgrader, motsvarande drygt 200 gånger fotavtrycket av fullmånen på himlen, Euklidernas djupa fält spänner över en del av himmelssfären som, även om det är mycket mindre än uppdragets breda undersökning, är fortfarande ganska anmärkningsvärt för en djupgående undersökning.

"Valet av Euclid Deep Fields har varit en komplex process på grund av många instrumentella och vetenskapliga begränsningar, och vi är mycket nöjda med denna lösning som nyligen godkändes av Euclids forskarsamhälle, " sa Roberto Scaramella från National Institute for Astrophysics i Italien, Euclid Survey Scientist och ledare för Euclid Consortium Survey Group.

Urvalet av fälten presenterades den 4 juni under Euclid Consortiums årsmöte, som leds av Yannick Mellier från Institute d'Astrophysique i Paris, Frankrike, och består av 1500 forskare från hela Europa, USA och Kanada.

Ett av de tre fälten, Euklides djupa fält norr, med en yta av 10 kvadratgrader, ligger mycket nära den norra ekliptiska polen, i stjärnbilden Draco, draken. Närheten till den ekliptiska stolpen säkerställer maximal täckning under hela året; den exakta positionen valdes för att få maximal överlappning med ett av de djupa fälten som undersöktes av NASA:s infraröda arbetshäst, rymdteleskopet Spitzer.

De andra två fälten ligger på den södra himlen. Utmaningen innebar att välja en region så nära den södra ekliptiska polen som möjligt, som skulle ge den bästa täckningen, samtidigt som man undviker ljuskällor i det området, som är hem för det stora magellanska molnet, en av de galaktiska grannarna till vår Vintergatan.

The Euclid Deep Field Fornax, även spänner över 10 kvadratgrader, ligger i den södra stjärnbilden Fornax, ugnen. Den omfattar det mycket mindre Chandra Deep Field South, ett område på 0,11 kvadratgrader på himlen som har undersökts omfattande under de senaste decennierna med NASA:s Chandra och ESA:s XMM-Newton röntgenobservatorier, samt NASA/ESA rymdteleskop Hubble och stora markbaserade teleskop.

Det tredje och största av fälten är Euclid Deep Field South, täcker 20 kvadratgrader i den södra stjärnbilden Horologium, pendelklockan. Detta var den mest komplexa av de tre att välja på grund av olika tekniska skäl, även med hänsyn till kapaciteten hos framtida markbaserade bredfältsteleskop som Large Synoptic Survey Telescope. Detta fält har hittills inte täckts av någon deep sky-undersökning och har därför en enorm potential för nya, spännande upptäckter.

"Vi är övertygade om att Euclid Deep Fields kommer att bli ett föredraget mål under kommande år för flervågsobservationer av många teleskop på marken och i rymden, och förhoppningsvis kommer att bli lika användbar och känd som andra berömda djupa fält som undersökts i det förflutna, " tillägger Scaramella.

Till skillnad från de ungefär 30 000 observationer av ett enda besök som behövs för att täcka Euklids breda undersökning, var och en riktar sig mot ett fält något skilt från det andra och med endast minimal överlappning, satelliten kommer att göra flera besök på Euclid Deep Fields. Varje fältdjupa fält observeras minst 40 gånger för att avslöja källor upp till två magnituder svagare än i den breda undersökningen.

Euklids djupundersökning har en tvåfaldig funktion:medan, å ena sidan, det ger en korrekt datauppsättning för att validera den huvudsakliga kosmologiska analysen baserad på den breda undersökningen, på den andra, att återvända till samma delar av himlen flera gånger är också viktigt för stabilitetsövervakning och kalibreringsändamål under hela uppdraget.

De tre djupa fälten ger ett fönster för att undersöka stora mängder galaxer, ser tillbaka till epoken när de första stjärnorna och galaxerna bildades, som inträffade under det första miljardåret av universums historia. På grund av kosmisk expansion, ljuset som sänds ut av dessa galaxer är rödförskjutet till det infraröda, så de detekteras bäst vid infraröda våglängder, som är dåligt tillgängliga från marken på grund av jordens atmosfär. Att erhålla data jämförbara med Euclids djupundersökning från marken skulle kräva flera tiotals år av kontinuerlig observationstid från de bästa nära-infraröda anläggningarna.

Tillsammans, den relativt stora kumulativa ytan på 40 kvadratgrader, undersökningens djup och Euklids avbildnings- och spektroskopiska kapacitet i det infraröda maximerar chanserna för upptäckter från den djupa undersökningen. Undersökningen kommer att upptäcka flera hundra tusen galaxer per kvadratgrad; när det gäller de mest avlägsna källorna (med rödförskjutning större än sex, motsvarande kosmiska epoker när universum var mindre än en miljard år gammalt) uppskattningar av detektionshastigheten varierar mellan några tiotal till högst några hundra källor per kvadratgrad, där osäkerheten är så stor på grund av dålig statistik från befintliga observationsdata. Detta kommer att förändras med Euklid, som kan kartlägga ett område av denna storlek på mycket kortare tid än vad som skulle behövas av Hubble eller till och med det framtida rymdteleskopet NASA/ESA/CSA James Webb.

Detektioner från Euclids djupundersökning skapar intressanta mål för uppföljande observationer med framtida anläggningar som James Webb Space Telescope, planerad att lanseras 2021, European Southern Observatorys (ESO) Extremely Large Telescope (ELT) som byggs i Chile, och nästa generations radioteleskop som Square Kilometer Array (SKA) som kommer att installeras i Sydafrika och Australien under 2020-talet. Att upprepade gånger observera Euclid Deep Fields kommer också att möjliggöra upptäckt och analys av källor vars ljusstyrka och egenskaper varierar över tiden.

För närvarande, det pågår program för att observera delar av Euclid Deep Fields med Spitzer och flera markbaserade teleskop:Keck, Subaru, Gran Telescopio Canarias (GTC) och ESO:s Very Large Telescope (VLT). Euklids djupa undersökning kommer att möjliggöra en mängd spännande och oväntade undersökningar, speciellt när man kombinerar data med oberoende undersökningar av samma fält som ska genomföras med hjälp av andra toppmoderna observatorier som kommer att vara tillgängliga inom en snar framtid. Dessa inkluderar det tyskledda röntgenteleskopet eROSITA, kommer att lanseras senare denna månad, och det USA-ledda Large Synoptic Survey Telescope, för närvarande under uppbyggnad i Chile, och NASA:s framtida nära-infraröda rymdobservatorium, SPHEREx.

"Valet av Euclid Deep Fields är ett viktigt ögonblick för uppdraget, väntar på att många upptäckter kommer, " kommenterade René Laureijs, Euclid Project Scientist vid ESA.

"Om vi ​​tittar på dessa fläckar på himlen med blotta ögat, de verkar ganska matta eftersom de är bokstavligen tomma, saknar närliggande ljuskällor, och vi ser fram emot att se vad Euklid kommer att avslöja när den sätter ögonen på dessa mörka fönster in i vårt kosmiska förflutna."