Gli scienziati del Consorzio Euclid hanno selezionato tre zone di cielo estremamente scure che saranno oggetto delle osservazioni più profonde della missione, con l'obiettivo di esplorare oggetti deboli e rari nell'Universo. La posizione degli Euclid Deep Fields - uno nel cielo settentrionale e due nel cielo meridionale - è stata annunciata la scorsa settimana, durante l'incontro annuale del consorzio a Helsinki, Finlandia.

Con il lancio previsto nel 2022, La missione Euclid dell'ESA sta facendo grandi progressi sia sull'hardware che sui preparativi scientifici. Una volta nello spazio, Euclid esaminerà una porzione significativa del cielo e immaginerà miliardi di galassie in tutto l'Universo per indagare sugli ultimi dieci miliardi di anni della nostra storia cosmica.

La maggior parte delle osservazioni della missione sarà dedicata alla vasta indagine Euclid, coprendo circa 15 000 gradi quadrati, più di un terzo dell'intero cielo, con una combinazione senza precedenti di nitidezza e sensibilità.

Le osservazioni consentiranno agli scienziati di indagare su due fenomeni cosmologici:l'evoluzione del modo in cui le galassie si raggruppano negli ultimi 10 miliardi di anni, e la distorsione delle immagini delle galassie dovuta alla presenza di materia ordinaria e oscura che interviene tra loro e noi, un effetto chiamato lente gravitazionale. Questi due fenomeni affrontano l'obiettivo scientifico chiave della missione:approfondire la storia dell'espansione dell'Universo e caratterizzare l'accelerazione di questa espansione durante gli ultimi miliardi di anni, qualcosa che si pensa sia causato dalla misteriosa energia oscura.

Inoltre, circa il 10% del tempo di osservazione di Euclid sarà dedicato a un'indagine approfondita, osservando ripetutamente solo tre porzioni di cielo:gli Euclid Deep Fields. Il tempo rimanente sarà dedicato a calibrazioni dedicate dei due complessi di Euclide, strumenti altamente sensibili:l'imager nel visibile, VIS, e lo spettrofotometro nel vicino infrarosso, NISP.

I tre campi sono stati accuratamente selezionati per contenere una quantità minima di stelle luminose della Via Lattea, che "eccedono" le sorgenti deboli come le galassie lontane; di particelle di polvere dal mezzo interstellare della Via Lattea - che oscura la luce dal debole, fonti lontane; e della cosiddetta luce zodiacale – il bagliore diffuso della polvere nel Sistema Solare, che influenza la sensibilità delle osservazioni.

Con un'area cumulativa di 40 gradi quadrati, equivalente a poco più di 200 volte l'impronta della Luna piena nel cielo, gli Euclid Deep Fields abbracciano una porzione della sfera celeste che, mentre è molto più piccolo dell'ampia indagine della missione, è ancora abbastanza notevole per un'indagine approfondita.

"La scelta degli Euclid Deep Fields è stata un processo complesso a causa di molti vincoli strumentali e scientifici, e siamo molto soddisfatti di questa soluzione che è stata recentemente approvata dalla comunità scientifica Euclid, " ha detto Roberto Scaramella dell'Istituto Nazionale di Astrofisica in Italia, Euclid Survey Scientist e capo dell'Euclid Consortium Survey Group.

La selezione dei campi è stata presentata il 4 giugno durante l'incontro annuale del Consorzio Euclid, guidato da Yannick Mellier dell'Institute d'Astrophysique di Parigi, Francia, e comprende 1500 scienziati provenienti da tutta Europa, gli Stati Uniti e il Canada.

Uno dei tre campi, il campo profondo di Euclide a nord, con un'area di 10 gradi quadrati, si trova molto vicino al Polo Eclittica Settentrionale, nella costellazione del Draco, il drago. La vicinanza al polo dell'eclittica garantisce la massima copertura durante tutto l'anno; la posizione esatta è stata scelta per ottenere la massima sovrapposizione con uno dei campi profondi rilevati dal cavallo di battaglia a infrarossi della NASA, il telescopio spaziale Spitzer.

Gli altri due campi si trovano nel cielo australe. La sfida consisteva nel selezionare una regione il più vicino possibile al Polo dell'Eclittica Meridionale, che fornirebbe la migliore copertura, evitando allo stesso tempo fonti luminose in quella zona, che ospita la Grande Nube di Magellano, uno dei vicini galattici della nostra Via Lattea.

La Fornace del Campo Profondo di Euclide, si estende anche su 10 gradi quadrati, si trova nella costellazione meridionale della Fornace, la fornace. Comprende il molto più piccolo Chandra Deep Field South, una regione del cielo di 0,11 gradi quadrati che è stata ampiamente studiata negli ultimi due decenni con gli osservatori a raggi X Chandra della NASA e XMM-Newton dell'ESA, così come il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e i principali telescopi terrestri.

Il terzo e più grande dei campi è l'Euclid Deep Field South, coprendo 20 gradi quadrati nella costellazione meridionale di Horologium, l'orologio a pendolo. Questo è stato il più complesso dei tre da selezionare a causa di vari motivi tecnici, tenendo anche conto delle capacità dei futuri telescopi a largo campo terrestri come il Large Synoptic Survey Telescope. Questo campo non è stato finora coperto da alcuna indagine del cielo profondo e quindi ha un enorme potenziale per nuovi, scoperte emozionanti.

"Siamo convinti che gli Euclid Deep Fields diventeranno un obiettivo privilegiato negli anni futuri per osservazioni multi-lunghezza d'onda da parte di molti telescopi a terra e nello spazio, e si spera che diventi utile e rinomato come altri famosi campi profondi esaminati in passato, "aggiunge Scaramella.

A differenza delle circa 30 000 osservazioni in un'unica visita necessarie per coprire l'intera indagine Euclid, ciascuno mira a un campo leggermente distante dall'altro e con una sovrapposizione minima, il satellite effettuerà più visite agli Euclid Deep Fields. Ogni campo profondo viene osservato almeno 40 volte per scoprire sorgenti fino a due magnitudini più deboli rispetto all'indagine ampia.

L'indagine profonda Euclide ha una duplice funzione:mentre, da una parte, fornisce un set di dati accurato per convalidare le principali analisi cosmologiche basate sull'ampia indagine, dall'altra, tornare più volte nelle stesse porzioni di cielo è essenziale anche per il monitoraggio della stabilità e per la calibrazione durante il corso della missione.

I tre campi profondi forniscono una finestra per esaminare grandi quantità di galassie, guardando indietro all'epoca in cui si formarono le prime stelle e galassie, che si è verificato nel primo miliardo di anni della storia dell'Universo. A causa dell'espansione cosmica, la luce emessa da queste galassie è spostata verso il rosso all'infrarosso, quindi sono meglio rilevati alle lunghezze d'onda infrarosse, poco accessibili da terra a causa dell'atmosfera terrestre. Ottenere dati comparabili all'indagine profonda di Euclid da terra richiederebbe diverse decine di anni di tempo di osservazione continuo dalle migliori strutture nel vicino infrarosso.

Insieme, l'area cumulativa relativamente ampia di 40 gradi quadrati, la profondità dell'indagine e le capacità di imaging e spettroscopiche di Euclid nell'infrarosso massimizzano le possibilità di scoperte dall'indagine profonda. L'indagine rileverà diverse centinaia di migliaia di galassie per grado quadrato; nel caso delle sorgenti più lontane (con redshift maggiore di sei, corrispondenti a epoche cosmiche in cui l'Universo aveva meno di un miliardo di anni) le stime del tasso di rilevamento variano da poche decine a al massimo poche centinaia di sorgenti per grado quadrato, con l'incertezza che è così alta a causa delle scarse statistiche dei dati osservativi esistenti. Questo cambierà con Euclide, che può rilevare un'area di queste dimensioni in un tempo molto più breve di quanto sarebbe necessario per Hubble o anche per il futuro telescopio spaziale NASA/ESA/CSA James Webb.

I rilevamenti del sondaggio profondo Euclid costituiscono obiettivi interessanti per osservazioni di follow-up con strutture future come il James Webb Space Telescope, previsto per il lancio nel 2021, l'Extremely Large Telescope (ELT) dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO) in costruzione in Cile, e radiotelescopi di prossima generazione come lo Square Kilometer Array (SKA) che sarà installato in Sud Africa e Australia negli anni '20. L'osservazione ripetuta degli Euclid Deep Fields consentirà anche la scoperta e l'analisi di sorgenti la cui luminosità e proprietà variano nel tempo.

Attualmente, sono in corso programmi per osservare parti degli Euclid Deep Fields con Spitzer e diversi telescopi terrestri:Keck, Subaru, il Gran Telescopio Canarias (GTC) e il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO. La profonda indagine di Euclide consentirà una moltitudine di indagini entusiasmanti e inaspettate, soprattutto combinando i dati con indagini indipendenti degli stessi campi da condurre utilizzando altri osservatori all'avanguardia che saranno disponibili nel prossimo futuro. Questi includono il telescopio a raggi X eROSITA a guida tedesca, il cui lancio è previsto per la fine di questo mese, e il Large Synoptic Survey Telescope a guida statunitense, attualmente in costruzione in Cile, e il futuro osservatorio spaziale nel vicino infrarosso della NASA, SFERA Es.

"La selezione degli Euclid Deep Fields è un momento importante per la missione, anticipando molte scoperte a venire, " ha commentato René Laureijs, Scienziato del progetto Euclid all'ESA.

"Se guardiamo a occhio nudo questi tratti di cielo, appaiono piuttosto spenti perché sono letteralmente vuoti, privo di fonti di luce vicine, e non vediamo l'ora di vedere cosa rivelerà Euclide una volta che avrà messo gli occhi su queste finestre oscure nel nostro passato cosmico".