Oggi, martedì 7 novembre 2023, l’ESA ha rilasciato le prime immagini a colori ottenute con il telescopio Euclid. Mai prima d’ora un telescopio è stato in grado di realizzare immagini astronomiche così nitide e dettagliate su una porzione di cielo così ampia.

Queste cinque immagini mostrano il pieno potenziale di Euclid, il cui compito sarà quello di creare la più estesa mappa 3D dell’Universo finora. Guardando nel visibile e nel vicino infrarosso, il telescopio utilizzerà la sua strumentazione all’avanguardia per caratterizzare tutti gli oggetti la cui luce lo raggiunge, fino agli albori del cosmo.

Per rivelare l’influenza della materia oscura e dell’energia oscura sull’Universo visibile, suo obbiettivo principale, nei prossimi 6 anni Euclid osserverà le forme, le distanze e i movimenti di miliardi di galassie fino a 10 miliardi di anni luce.

Queste prime immagini sono semplicemente incredibili: dalle stelle luminose alle galassie più deboli, le osservazioni mostrano la totalità non solo degli oggetti celesti in primo piano, ma anche delle miliardi di altri oggetti cosmici al di là.

1- L’ammasso di galassie del Perseo

La prima delle cinque immagini di Euclid è veramente rivoluzionaria. Ottenuta in sole 5 ore e composita di entrambi gli strumenti di Euclid, VIS e NISP, mostra circa 1000 galassie appartenenti all’ammasso di Perseo, un ammasso galattico tra i più massicci conosciuti, a 240 milioni di anni luce dalla Terra. I membri più importanti dell’ammasso sono visibili al centro dell’immagine e appaiono come grandi galassie con aloni intorno a loro di colore giallo/bianco.

Oltre esse, più di 100mila galassie lontane sullo sfondo, molte delle quali mai viste prima. Hanno forme e colori diversi, e la maggior parte sono così lontane da apparire come singoli punti di luce. Più una galassia è lontana, più appare rossa.

Questa è la prima volta che un’immagine così ad ampio campo permette di raggiungere un dettaglio così elevato e di catturare la luce da così tante sorgenti tutte assieme. L’intera indagine del cielo di Euclid sarà 30mila volte più grande di questa immagine, con il risultato che verranno documentate miliardi di galassie.

Alcune delle sorgenti presenti in questa immagine sono così lontane che la loro luce ha impiegato 10 miliardi di anni per raggiungerci. Mappando la distribuzione e la forma di queste galassie, i ricercatori potranno scoprire di più su come la materia oscura abbia dato forma all’Universo che vediamo oggi. Infatti, gli astronomi hanno dimostrato che ammassi di galassie come questo del Perseo possono essersi formati solo se nell’Universo è presente la materia oscura.

Gli astronomi vogliono anche studiare la forma delle deboli galassie all’interno dell’ammasso e sullo sfondo, perché le loro apparenti distorsioni ci diranno come la materia oscura è distribuita all’interno dell’ammasso e nell’Universo nel suo complesso. Questo effetto di lente gravitazionale è chiamato lensing debole: di 100mila galassie al di là di quelle del Perseo, oltre 50mila possono essere utilizzate per studiare il lensing debole.

Un’altra caratteristica importante di questa immagine è la luce inter-ammasso, radiazione causata dalle stelle libere presenti tra le galassie nel nucleo dell’ammasso, che non appartengono ad alcuna galassia perché rimaste nello spazio in seguito a interazioni passate. Studiando questa luce intra-ammasso, gli scienziati possono risalire alla storia dell’ammasso e, quindi, a maggiori informazioni sulla materia oscura in esso contenuta.

Nell’immagine, le stelle presentano sei picchi prominenti dovuti al modo in cui la luce interagisce con il sistema ottico del telescopio nel processo di diffrazione. Un’altra firma dell’ottica di Euclid è la presenza di alcune piccole regioni rotonde, molto deboli, di colore blu sfocato. Si tratta di normali artefatti di sistemi ottici complessi, anche detti “fantasmi ottici”. Sono facilmente individuabili e removibili in fase di analisi e non causano complicazioni nel fare scienza su queste immagini.

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2- La galassia a spirale IC 342

In circa un’ora di osservazione, da una combinazione dei dati di VIS e NISP, è stata ottenuta questa strepitosa immagine della galassia a spirale IC 342, anche nota come Caldwell 5, soprannominata la “galassia nascosta”. Si tratta di un oggetto difficile da osservare, poiché si trova dietro l’affollato disco della Via Lattea e quindi polvere, gas e stelle ne oscurano la vista ai telescopi, sia a Terra che spaziali. Dista circa 11 milioni di anni luce dalla Terra ed è considerata un “sosia” della nostra Via Lattea per la sua forma.

Grazie alla sua altissima sensibilità, Euclid ha potuto scrutare oltre la polvere con NISP nell’infrarosso e misurare la luce delle numerose stelle fredde che dominano la massa della galassia.

In passato, il telescopio spaziale Hubble aveva fotografato il nucleo di Caldwell 5. Tuttavia, non era mai stato possibile superare la polvere e studiare la formazione stellare sui suoi bracci a spirale, cosa che i dati di Euclid, invece, stanno permettendo di fare. Inoltre, gli scienziati hanno già individuato molti ammassi globulari, alcuni dei quali non erano mai stati identificati in precedenza.

Anche in questo caso, le regioni rotonde di colore blu sono fantasmi ottici. L’intera immagine è poi punteggiata di stelle di colore variabile dal blu al bianco al giallo/rosso, su uno sfondo nero dello spazio. Le stelle blu sono più giovani e quelle rosse più vecchie. Alcune stelle di campo, appartenenti alla nostra Galassia, sono un po’ più grandi delle altre, con sei picchi di diffrazione.

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3- La galassia irregolare NGC 6822

La prima galassia nana irregolare osservata da Euclid si chiama NGC 6822, e si trova a 1.6 milioni di anni luce dalla Terra. Fa parte dello stesso gruppo di galassie a cui appartiene la Via Lattea, il Gruppo Locale, e fu identificata per la prima volta come oggetto esterno alla nostra Galassia nel 1925, da Edwin Hubble. Da allora è stata osservata molte volte, anche con il James Webb.

Tuttavia, Euclid è il primo a catturare l’intera galassia e i suoi dintorni in alta risoluzione in circa un’ora, cosa che non sarebbe possibile con i telescopi a terra perché l’atmosfera impedirebbe questa nitidezza. E neppure con Webb, che realizza immagini molto dettagliate ma di piccole parti del cielo, non di regioni ampie come questa.

L’immagine è punteggiata da numerose stelle, la maggior parte visibili solo come puntini. Le stelle dell’intera immagine hanno colori che vanno dal blu al bianco al giallo/rosso, su uno sfondo nero. Le stelle blu sono più giovani, quelle rosse più vecchie. Alcune stelle sono un po’ più grandi delle altre, con sei picchi di diffrazione.

Le stelle di questa galassia, curiosamente, contengono basse quantità di elementi che non sono idrogeno ed elio. Questi elementi più pesanti, detti metalli dagli astronomi, sono prodotti dalle stelle nel corso della loro vita e quindi non sono molto comuni nell’Universo primordiale. Studiando galassie a bassa metallicità come NGC 6822, possiamo imparare come si sono evolute le galassie nell’Universo primordiale.

Nell’immagine, poi, gli scienziati hanno già individuato molti ammassi stellari globulari, che rivelano indizi su come la galassia è stata assemblata. Essendo tra gli oggetti più antichi dell’Universo, in cui la maggior parte delle stelle si è formata dalla stessa nube, conservano la “documentazione fossile” dei primi episodi di formazione stellare delle galassie che li ospitano.

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4- L’ammasso globulare NGC 6397

Attualmente nessun telescopio, oltre a Euclid, è in grado di osservare un intero ammasso globulare in un’unica osservazione e di distinguere allo stesso tempo così tante stelle nell’ammasso. Si tratta infatti di oggetti così densi che al loro centro, le stelle più luminose nascondono quelle più deboli. Inoltre, le loro regioni esterne si estendono molto lontano, e contengono soprattutto stelle deboli e di bassa massa.

Qui vediamo l’ammasso globulare NGC 6397, il secondo più vicino alla Terra, a circa 7800 anni luce di distanza. Insieme ad altri ammassi globulari orbita nel disco della Via Lattea, dove si trova la maggior parte delle stelle.

Hubble aveva già osservato in dettaglio il nucleo di NGC 6397; tuttavia, per mappare la periferia dell’ammasso è necessario un tempo di osservazione davvero lungo, cosa che Euclid invece è riuscito a fare in appena un’ora. Ha così raggiunto anche le stelle più deboli dietro quelle luminose, nel densissimo nucleo centrale, e la maggior parte delle regioni esterne molto estese.

Questa foto, già di per sé bellissima, è ricca di scienza: permetterà agli scienziati di studiare le code di marea dell’ammasso, scie di stelle estese ben oltre questo oggetto a causa di una precedente interazione con la Galassia. I ricercatori si aspettano che tutti gli ammassi globulari della Via Lattea li presentino, ma finora hanno potuto vederne solo alcuni.

Se non ci sono code di marea, potrebbe esserci un alone di materia oscura che circonda l’ammasso globulare, impedendo alle stelle esterne di fuggire. Tuttavia, non ci si aspettano aloni di questo tipo attorno a oggetti di dimensioni ridotte come gli ammassi globulari, quindi dovremo attendere le risposte future di Euclidp er saperne di più.

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5- La nebulosa Testa di Cavallo

Infine, Euclid ci mostra una spettacolare vista panoramica e molto dettagliata della nebulosa Testa di Cavallo, nota anche come Barnard 33, parte della famosa costellazione di Orione. Si trova a circa 1375 anni luce da noi ed è così chiamata per la forma caratteristica della parte più alta della nube, simile proprio alla testa di un cavallo.

Questa nebulosa è la regione di formazione stellare gigante più vicina alla Terra. Appena a sud della stella Alnitak della cintura di Orione, fa parte della vasta nube molecolare di Orione.

Nella nuova osservazione di Euclid di questa nursery stellare, gli scienziati sperano di trovare molti pianeti di massa Giove, poco luminosi e mai visti prima, nella loro infanzia celeste, così come giovani nane brune e stelle neonate.

Molti telescopi, anche amatoriali, hanno fotografato sotto diverse luci la nebulosa Testa di Cavallo, ma nessuno è in grado di rendere una visione così nitida e ampia in una sola osservazione. Euclid ha ottenuto questa foto in circa un’ora di posa, il che dimostra ancora una volta la capacità della missione di riprendere molto rapidamente un’area del cielo senza precedenti e con dettagli elevatissimi.

Gli scienziati sono particolarmente interessati a questa regione, perché qui la formazione stellare è condizionata dalle radiazioni provenienti dalla luminosissima Sigma Orionis, stella della costellazione di Orione esattamente sopra la Testa di Cavallo. In quest’immagine non la vediamo, perché appena fuori dal campo visivo di Euclid: se il telescopio la puntasse, la sua intensa luminosità lo accecherebbe e non permetterebbe di vedere nient’altro.

La radiazione ultravioletta di Sigma Orionis fa brillare le nubi dietro la Testa di Cavallo, mentre la nebulosa blocca la luce e non ci permette di vedere al di là. È costituita in gran parte da idrogeno molecolare freddo, che emette pochissimo calore e nessuna luce visibile.

Regioni come questa sono molto dense, e in esse si formano stelle e sistemi planetari. Con la nuova dettagliatissima osservazione di Euclid, gli scienziati sperano di trovare attorno alle stelle che vediamo in quest’immagine molti pianeti di massa gioviana, poco luminosi e ancora sconosciuti, ancora in formazione, così come giovani nane brune e stelle neonate.

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I prossimi passi di Euclid

Queste prime immagini di Euclid non sono solo strepitose dal punto di vista estetico, ma anche preziosissime per la comunità scientifica. Ogni singolo pezzo di ognuna di queste foto permetterà ai ricercatori di sondare stelle, sistemi planetari, galassie primordiali, eventi cosmici come esplosioni stellari e fusioni galattiche. Nessun telescopio finora era arrivato a questo livello di dettaglio.

La combinazione di molte osservazioni come queste, su vaste aree di cielo, permetterà agli scienziati di far luce anche sulle regioni più oscure e nascoste del cosmo, e di svelare la trama delle sue componenti più misteriose: la materia oscura e l’energia oscura.

Nei prossimi mesi, gli scienziati del Consorzio Euclid analizzeranno queste immagini e pubblicheranno una serie di articoli scientifici su Astronomy & Astrophysics, insieme a documenti sugli obiettivi scientifici della missione Euclid e sulle prestazioni dello strumento.

Ora il team sta effettuando l’ultima messa a punto del telescopio, prima che le osservazioni scientifiche vere e proprie comincino all’inizio del 2024. In sei anni, Euclid rileverà un terzo del cielo con una precisione e una sensibilità senza precedenti.

Maggiori informazioni sulle foto e sul telescopio Euclid si possono trovare sul sito dell’ESA dedicato.