La primera tanda de datos por el telescopio Euclid, lanzado en 2023 por la Agencia Espacial Europea, demuestran la utilidad de este instrumento para realizar el mayor cartografiado de galaxias.
Los datos recabados por este instrumento y que han sido analizados en 27 artículos científicos describen cientos de miles de galaxias de diferentes formas y tamaños. Estas galaxias, observadas y analizadas por científicos del Consorcio Euclid, demuestran la potencia sin precedentes de este telescopio, diseñado para proporcionar el mapa más preciso de nuestro universo a lo largo del tiempo.
La publicación de datos, que abarca una enorme área del cielo en tres mosaicos, también incluye numerosos cúmulos de galaxias, núcleos activos de galaxias (AGN) y fenómenos transitorios, así como el primer estudio de clasificación de más de 380.000 galaxias y 500 candidatos a lentes gravitacionales, recopilados mediante la combinación de inteligencia artificial y ciencia ciudadana. Todo esto sienta las bases para la amplia gama de temas que Euclid abordará con su rico conjunto de datos.
Euclid, la máquina de descubrimiento definitiva
“Euclid demuestra una vez más ser la máquina de descubrimiento definitiva. Está estudiando galaxias a gran escala, lo que nos permite explorar nuestra historia cósmica y las fuerzas invisibles que configuran nuestro universo”, afirma Carole Mundell, directora de Ciencia de la ESA. “Con la publicación de los primeros datos del cartografiado de Euclid, estamos desvelando un tesoro de información que los científicos podrán analizar y abordar algunas de las preguntas más intrigantes de la ciencia moderna. Así, la ESA cumple con su compromiso de impulsar el progreso científico para las generaciones futuras”, agrega.
“Los datos que ahora publicamos representan una pequeña fracción del total de datos que recopilará Euclid”, comenta Francisco Javier Castander, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC). Y añade: “Sin embargo, incluso una fracción tan pequeña de los datos nos ha permitido realizar muchos estudios científicamente relevantes que ahora presentamos”.
Primer vistazo al estudio cosmológico de Euclid
Los datos revelados hoy ofrecen un primer vistazo al estudio cosmológico de Euclid. Los llamados campos Q1 ilustran lo que los científicos de la misión analizarán exhaustivamente para cartografiar la estructura a gran escala del universo a lo largo del tiempo cósmico e investigar la naturaleza de la materia y la energía oscura en los próximos años. Con una superficie en el cielo de aproximadamente 63 grados cuadrados, equivalente a más de 300 veces la superficie de la Luna llena, estas observaciones representan las mayores áreas contiguas de cielo jamás observadas con un telescopio espacial óptico/de infrarrojo cercano.
«Euclid está teniendo un rendimiento excepcional. La cobertura del cielo lograda hasta el momento no tiene precedentes, y las imágenes siguen demostrando el excelente rendimiento de los instrumentos del satélite. Estoy muy entusiasmado por publicar los resultados cosmológicos en los próximos años», comenta Cristóbal Padilla, investigador del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE).
«Las imágenes captadas por el telescopio Euclid que hoy se ponen a disposición de la comunidad científica internacional, una vez procesadas, son de una profundidad y un detalle impresionante y permiten a los astrónomos familiarizarse con los datos que va a generar la misión y programar su explotación científica más allá de los objetivos cosmológicos que se ha marcado el consorcio”, explica el investigador de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) Rafael Toledo.
Gracias al amplio campo de visión y la alta resolución de Euclid, estos datos también son muy valiosos para diversos estudios astrofísicos a escalas menores, desde cúmulos de galaxias hasta objetos de tamaño planetario. Todos los artículos publicados hoy están dedicados a esta ciencia no cosmológica, también llamada ciencia de legado.
Datos sobre 1.500 millones de galaxias
Se espera que Euclid capture imágenes de más de 1.500 millones de galaxias a lo largo de seis años, enviando alrededor de 100 GB de datos diariamente. Un conjunto de datos tan impresionantemente grande genera increíbles oportunidades de descubrimiento, pero también enormes desafíos a la hora de buscar, analizar y catalogar galaxias. El avance de los algoritmos de inteligencia artificial (IA), en combinación con miles de voluntarios y expertos en ciencia ciudadana, está desempeñando un papel fundamental.
En agosto de 2024, miembros del consorcio lanzaron una primera campaña de ciencia ciudadana en la plataforma Zooniverse, reclutando a miles de voluntarios para entrenar un algoritmo de aprendizaje profundo que clasifica las morfologías de las galaxias. El catálogo resultante, basado en el primer 0,45% de los aproximadamente 100 millones de galaxias de bajo corrimiento al rojo que Euclid finalmente capturará con detalle, ya ha demostrado ser valioso para los investigadores. Además, gracias a este gran volumen de datos de alta calidad, los científicos pudieron observar diferencias con respecto a las formas y características de las galaxias simuladas. También investigaron cómo diferentes entornos, tasas de formación de estrellas y morfologías están vinculados y conducen a la evolución de las galaxias en diversas épocas de nuestro universo.
En ese sentido, el estudio liderado por Marc Huertas-Company, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), empleó la combinación única de amplio campo de visión y resolución de Euclid, junto con los modelos entrenados gracias a voluntarios de todo el mundo que participaron en la campaña de ciencia ciudadana, para cuantificar la abundancia de barras y su evolución con el tiempo cósmico.
Una nueva era en el estudio de la física galáctica
“La publicación de los datos Q1 demuestra el poder transformador del telescopio Euclid para el estudio de la física galáctica. También confirma el creciente impacto de la IA en el análisis de datos cada vez más voluminosos y complejos en astrofísica. Aproximadamente el 50 % de los artículos científicos publicados con estos primeros datos de Euclid se basan en métodos de IA”, añade Huertas-Company.
“El IAC ha liderado el desarrollo de redes neuronales profundas para el estudio de la morfología de galaxias gracias a una campaña de ciencia ciudadana. En tan solo unos meses de observaciones, Euclid y la IA han identificado 10 veces más galaxias barradas que en más de veinte años de observaciones con el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb”, destaca.
Mediante otra campaña de ciencia ciudadana con la ayuda de más de 1.000 participantes y algoritmos de aprendizaje automático recientemente entrenados, se identificaron más de 500 candidatos a lentes gravitacionales fuertes a escala galáctica en los campos Q1. «La resolución de los datos de Euclid nos permitió observar estos sistemas de lentes con un detalle increíble, y estos datos son solo una pequeña fracción de las lentes que esperamos encontrar en los próximos años a medida que continúa el estudio», afirma Philip Holloway, estudiante de doctorado de la Universidad de Oxford.
Estos fenómenos inusuales, predichos por la relatividad general de Einstein, son herramientas invaluables para comprender la distribución de la materia oscura alrededor de las galaxias, estudiar la dinámica interna de los cúmulos de galaxias e incluso descubrir galaxias previamente ocultas. Hasta ahora, solo se habían observado unas 150 de estas lentes con telescopios espaciales.
Otro estudio publicado hoy, liderado por la investigadora del IAC Malgorzata Siudek, presenta AstroPT, un potente modelo de IA que aprende de imágenes y patrones de luz (SED) de galaxias, sin necesidad de grandes cantidades de datos etiquetados por humanos. Gracias a las imágenes ultranítidas de Euclid y a las observaciones infrarrojas profundas del cielo, el modelo de IA puede aprender de datos de mayor calidad y diversidad que nunca.
Exploramos el uso de modelos de IA fundacionales, similares a los utilizados en Chat GPT, para la exploración de datos. Estos modelos inteligentes son capaces de realizar multitud de tareas para las que no fueron entrenados específicamente y abren una nueva vía para el uso de la IA en la ciencia, afirma Siudek. «Las observaciones de Euclid, debido a su volumen y complejidad, son ideales para el desarrollo de esta nueva generación de IA», indica.
La misión espacial Euclid también ha marcado el comienzo de una nueva era en el estudio de los AGN, que representan la fase brillante de los agujeros negros supermasivos en el centro de casi todas las galaxias. “Estos datos nos ayudan a comprender mejor cómo los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas crecen juntos a lo largo de la historia cósmica”, afirma Berta Margalef-Bentabol, investigadora postdoctoral del Netherlands Institute for Space Research. Mediante algoritmos avanzados de IA, los investigadores han creado vastos catálogos de AGN y cuásares rojos (AGN extremadamente luminosos), que incluyen miles de nuevos candidatos con mediciones de posición sin precedentes en una amplia área del cielo, y ahora pueden confirmar estadísticamente cómo las fusiones de galaxias impulsan la actividad de los AGN.
Rastreando la red cósmica en los campos profundos de Euclid
Euclid cartografía el universo a lo largo del tiempo cósmico y rastrea la evolución de las estructuras a gran escala que forman la denominada red cósmica. Utilizando los campos Q1, los investigadores han recuperado con éxito filamentos de galaxias y han explorado su papel en la morfología y la alineación de las galaxias mucho más allá de los límites previos, así como las propiedades y entornos que hacen que los cúmulos de galaxias se conecten a estos filamentos. «Por primera vez, estamos estudiando la red cósmica de forma estadística en un área muy extensa», afirma Simona Mei, profesora de la Universidad Paris Cité (CNRS/IN2P3/APC). Como componentes clave de la red cósmica, se han descubierto y caracterizado numerosos cúmulos de galaxias previamente desconocidos, algunos de los primeros tiempos de nuestro Universo, y muchos de ellos con fuertes características de lente gravitacional.
Gracias al vasto campo de visión de Euclid y a su capacidad para detectar objetos tenues y distantes, los investigadores han identificado miles de nuevas galaxias enanas candidatas, así como miles de misteriosos candidatos a «pequeños puntos rojos»: objetos del universo temprano observados por primera vez hace unos años con el JWST.
Euclid también ha permitido determinar las galaxias anfitrionas de varias fuentes brillantes transitorias que anteriormente no las tenían, así como las propiedades físicas de galaxias rojas masivas y polvorientas del universo temprano, lo que demuestra una vez más la capacidad de Euclid para proporcionar datos muy valiosos de una amplia gama de objetos y edades cósmicas.
Futuros hitos de la misión Euclid
“Es impresionante cómo una sola observación de las áreas de campo profundo nos ha proporcionado una gran cantidad de datos que pueden utilizarse para diversos fines astronómicos: desde formas de galaxias hasta lentes de alta intensidad, cúmulos y formación estelar, entre otros”, afirma Valeria Pettorino, científica de proyecto de la ESA para Euclid. “Observaremos cada campo profundo entre 30 y 52 veces a lo largo de los seis años de la misión Euclid, mejorando cada vez la resolución con la que vemos esas áreas y el número de objetos que podremos observar. Imaginen los descubrimientos que nos aguardan”, indica.
La próxima publicación de datos del Consorcio Euclid se centrará en el estudio nominal y la ciencia central de Euclid, incluyendo resultados sobre la naturaleza de la energía oscura. La primera publicación mundial de datos está prevista para octubre de 2026. Se esperan al menos otras dos publicaciones rápidas y otras dos publicaciones de datos antes de 2031, fecha prevista para la finalización del estudio principal de Euclid.
Las publicaciones «rápidas» (Q1) de Euclid, como la del 19 de marzo, corresponden a áreas seleccionadas y tienen como objetivo mostrar los productos de datos que se esperan en las principales publicaciones de datos posteriores, así como permitir a los científicos perfeccionar sus herramientas de análisis de datos como preparación. Los primeros datos cosmológicos de la misión se publicarán en octubre de 2026. Los datos acumulados en múltiples pasadas adicionales de las ubicaciones del campo profundo se incluirán en la publicación de datos de 2026.
Euclid es una misión europea, construida y operada por la ESA, con contribuciones de la NASA. El Consorcio Euclid, formado por más de 2.000 científicos de 300 institutos en 15 países europeos, EE.UU., Canadá y Japón, es responsable de proporcionar los instrumentos científicos y el análisis de datos científicos. Euclid es una misión de clase media del Programa de Visión Cósmica de la ESA.
El instrumento visible (VIS) y el espectrómetro y fotómetro de infrarrojo cercano (NISP) fueron desarrollados y construidos por un consorcio de científicos e ingenieros de 15 países, muchos de ellos de Europa, pero también de EE UU, Canadá y Japón.
España tiene una implicación importante en la misión, con un papel destacado en el Consorcio que ha liderado la misión desde su origen. El ICE-CSIC, el IFAE y el IEEC han estado involucrados desde 2006 en los conceptos iniciales de la misión y han sido responsables del diseño, construcción, montaje y pruebas de validación del Filter Wheel Assembly (FWA) del instrumento NISP. Junto con PIC, son responsables del esfuerzo de simulación cosmológica en la misión Euclid. UPCT, en colaboración con el IAC, han sido responsable del diseño, construcción y validación de la electrónica de control del Instrumento NISP.
Además, en Euclid participan alrededor de 80 empresas europeas, de las cuales 9 son españolas, entre ellas Airbus, Alter Technology, Crisa, Deimos Space, GTD, Navair, Sener y Thales Alenia Space España. En más de 20 instituciones españolas hay alrededor de 100 científicos preparando la explotación científica de la misión para desentrañar los misterios del universo oscuro.
