Vesmírná mise, jejímž cílem je vytvořit trojrozměrnou mapu vesmíru, právě zveřejnila svůj první poklad dat. A výsledky jsou dechberoucí: Galaxie všech tvarů a velikostí plavou v temném vesmírném oceánu, přičemž jsou protkány podivnými kruhy hvězdného světla a erupcemi supermassivních černých děr.

Tým, který stojí za teleskopem Euclid Evropské kosmické agentury, má ambiciózní cíl: pochopit skryté síly, které vesmír spojují dohromady a trhají ho na kusy. Aby toho dosáhl, bude Euclid v příštích šesti letech sledovat miliardy galaxií – a vědci budou tato pozorování používat k rozeznání amorfní povahy struktury reality.

Jiţ nyní, po pouhých sedmi dnech pozorování v roce 2024, Euclid nalezl ohromujících 26 milionů galaxií spolu s řadou stovek dalších bizarních astronomických objektů. „Je to naprosto fascinující,“ říká Carole Mundellová, astrofyzička a vědecká ředitelka Evropské kosmické agentury.

Toto jsou prvotní výsledky z Euklida. Vědci, kteří teprve začínají procházet snímky, které sonda pořídila, jsou ohromeni. „Naše první lidská reakce je, jak jsou krásné. Vezmou nás na cestu do hlubokého vesmíru,“ říká Mundell. „Ale to, co je vytvořilo, je vynikající technika.“

Jaké záhady by mohla Euklidova data vyřešit?

Dvě z největších otázek v astrofyzice se týkají podstaty temné hmoty a temné energie, které tvoří 95 % vesmíru: co přesně jsou a proč ovlivňují vesmír způsobem, jakým ho ovlivňují? První z nich označuje dosud nezjistitelnou formu hmoty, která udržuje galaxie a jejich hvězdy pevněji propojené, než jak to dokáže vysvětlit samotná gravitace. Druhá je neviditelná síla, která zrychluje rozpínání vesmíru – i když nedávná měření vesmíru naznačují, že temná energie může časem slábnout.

Vědci nemohou (v současné době) temnou hmotu ani temnou energii přímo detekovat, a tak dělají další nejlepší věc: mapují podobu vesmíru studiem tvarů, pohybu a polohy mnoha jeho galaxií.

To je grandiózní úkol Euklida, evropského vesmírného dalekohledu pojmenovaného po řeckém matematikovi přezdívaném „otec geometrie“. Vypuštěn byl v roce 2023 a nachází se v gravitačně stabilní části vesmíru přibližně milion kilometrů od Země. Tam bude nakonec zkoumat třetinu celé oblohy a přitom se bude opakovaně přibližovat ke třem specifickým částem známým jako Euklidova hluboká pole – a díky tomu najde miliardy galaxií.

„Každá galaxie je krásná,“ říká Adam Amara, astrofyzik a hlavní vědecký pracovník britské vesmírné agentury. „Ale nenavrhli jsme [Euklid] proto, abychom vytvářeli krásné obrázky. Navrhli jsme ho proto, aby dělal tvrdou vědu.“

Ideální dalekohledy by měly široké zorné pole (aby viděly velké části oblohy), vysoké rozlišení (aby na fotografiích vynikly jemné detaily) a vysokou citlivost, aby bylo možné zachytit i to nejslabší a nejvzdálenější světlo hvězd. „Obvykle si můžeme vybrat dvě z těchto tří možností. A Euclid nám poprvé poskytuje všechny tři,“ říká Mundell. „Myslím, že v tom je skutečná síla dalekohledu.“

Schopnost Euklida lovit galaxie se omezuje na pouhé tři nástroje. Prvním z nich je čtyřmetrový dalekohled, jehož zrcadlo zachycuje světlo vzdálených hvězd a poté je pomocí hranolového filtru rozdělí na viditelné a infračervené světlo, které předá dvěma specializovaným zařízením.

Jedním z nich je přístroj VISible, což je vlastně velmi citlivý fotoaparát s rozlišením 600 megapixelů – 50krát lepším než u mnoha současných chytrých telefonů. Díky velmi širokému zornému poli a schopnosti pořizovat extrémně dlouhé expozice dokáže spatřit miliardy galaxií v pozoruhodných vzdálenostech a jasně odhalit jejich tvary a zvláštnosti.

„Euclid již pořídil snímky několikanásobně většího množství oblohy než Hubble za 25 let,“ říká Mike Walmsley, výzkumník v oblasti strojového učení zaměřený na astronomii a vědecký pracovník konsorcia Euclid působící na Torontské univerzitě v Kanadě.

Druhým zařízením je spektrometr a fotometr pro blízkou infračervenou oblast, další ultra citlivá kamera, která zachycuje infračervené světlo a může mimo jiné měřit vzdálenosti galaxií od Země. Vědci doufají, že po překrytí vizuálních světelných snímků z Euklida se jim podaří vytvořit trojrozměrnou mapu vesmíru, jakmile získají více dat.

„Je to vlastně kombinace těchto dvou přístrojů, která nám pak umožní testovat temnou energii,“ říká Valeria Pettorino, fyzik a vědecký pracovník projektu Euclid Evropské kosmické agentury.

Vesmír je starý 13,8 miliardy let. Technické kouzlo Euklida mu umožňuje vidět galaxie, které vznikly již před 10,5 miliardami let. To znamená, že „Euclid není jen detektivem temného vesmíru,“ říká Mundell. „Je to také stroj času.“

Mezi miliony galaxií, které Euclid zdokumentoval, je řada vzdálených kvazarů – galaxií s oslnivě jasnými supermasivními černými děrami v jejich jádrech. „Snímky Euclidu jsou tak ostré – zhruba pětkrát ostřejší než ze Země – že máme zcela nový pohled na galaxie,“ říká Walmsley.

Dalšími jevy v Euklidových datech, kterými jsou kosmologové posedlí, jsou gravitační čočky. Někdy, když se něco hmotného – například galaxie s velkým množstvím temné hmoty – nachází před jinou vzdálenější galaxií, je světlo z této vzdálené galaxie deformováno kolem galaxie v popředí, jako by bylo zaostřeno čočkou.

Tento proces se nazývá gravitační čočkování a může odhalit vzdálené galaxie, které by jinak byly neviditelné i pro dalekohledy jako Euklid. Ve vzácných případech může prastaré světlo, které se deformuje kolem galaxií v popředí, vytvořit výrazné světelné útvary známé jako silné čočky.

Před Euklidem a po desetiletích moderních pozorování noční oblohy bylo astronomy identifikováno asi 1 000 silných čoček. „Za pár dní se objeví Euklid a najde jich 500, jen tak,“ říká Amara. „To je ohromující.

Snímek galaxie NGC 6505 pořízený konsorciem Euclid zachycuje příklad silné čočky zvané Einsteinův prstenec, kdy světlo vytvoří kruh kolem vzdáleného objektu. Tyto silné čočky jsou považovány za skvělý způsob, jak porozumět temné hmotě, protože pokřivení světla může napovědět, kolik dosud nepostřehnutelné temné hmoty je přítomno v galaxii v popředí.

Amara očekává, že během příštích šesti let najde stovky tisíc silných čoček a mnoho příkladů slabého gravitačního čočkování.

Obrovské množství úchvatných astrofyzikálních objektů tým Euclid ohromilo. „Jakmile jsme překonali ten pocit úžasu a kouzla a prostě dechberoucího úžasu, pak začnete přemýšlet: jeden astrofyzik nemůže prozkoumat miliony a miliony galaxií,“ říká Mundell. „A tady přichází na řadu umělá inteligence.“

Programy umělé inteligence jsou velmi dobré v rozpoznávání vzorců. Jeden takový program, nazvaný ZooBot, byl nasazen, aby pomohl vědcům z Euklidu klasifikovat galaxie. Nedávno bylo přibližně 10 000 lidským dobrovolníkům předloženo obrázky galaxií a poté byli požádáni, aby je filtrovali do políček na základě jejich tvarů a vlastností. ZooBot byl poté na těchto datech vycvičen a následně spuštěn na týdenní pozorování Euclidu.

„Projít (ručně) všechny rozumně ostré galaxie v nové sadě snímků Euklida by trvalo asi 150 let,“ říká Walmsley. ZooBot však bleskovou rychlostí roztřídil více než 380 000 galaxií na základě jejich tvaru, velikosti a vlastností.

Je toho ještě podstatně více a Euclid již přináší výsledky. „Denně přijímáme více než 100 gigabajtů dat,“ říká Pettorino. „Na konci roku 2026 musíme uvolnit jeden rok pozorování v celkovém objemu více než dvou petabajtů, což odpovídá 31 letům, kdy sledujete televizi s nejlepším videopřenosem.

Spisovatel Douglas Adams kdysi slavně napsal: „Vesmír je velký. Prostě neuvěříte, jak obrovsky, ohromně, ohromně velký je.“ A to je stále pravda. Ale Euklid mění tuto rozlehlou prázdnotu v technicky barevné plátno překypující galaxiemi.

„Oblohy je jen omezené množství,“ říká Amara. „A my ji začínáme celou zaplňovat.