歐幾里得一年找到的重力透鏡超越過去所有搜尋總和

歐洲的歐幾里得太空望遠鏡在約一年的天空測繪期間，發現的強重力透鏡數量已超過此前所有搜尋成果的總和。歐洲太空總署公布的首份主要資料發布，收錄約一萬五千個高可信度透鏡候選體。在每一個系統中，前景星系的重力會將更遙遠星系的光線彎折成弧狀、環狀或重複影像。

這一點至關重要，因為透鏡就像一把秤。彎曲的程度顯示前景星系中有多少質量，包括任何望遠鏡都無法直接看見的暗物質。迄今為止，天文學家只能一次研究一個罕見發現。有了如此龐大的目錄，他們便能將這些系統作為一個整體族群加以研究；同一份發布資料也為更廣泛的暗宇宙測繪工作新增逾九億個星系。

這份名為 DR1-Foundation 的資料發布涵蓋約 1,900 平方度天空，面積約為滿月的 9,500 倍。其中收錄逾十億個已編目天體、超過 6,000 萬個類星體候選體、逾 1.6 億個來源的光譜，以及約 170 萬 GB 的資料。不過，這仍只涵蓋歐幾里得預定巡測面積的 14%。

樸茨茅斯大學的娜塔莉・萊恩斯（Natalie Lines）表示：「強透鏡為暗宇宙提供了獨特洞見，讓我們得以『秤量』個別星系，包括其中看不見的暗物質，並探索宇宙如何膨脹。」萊恩斯是 Euclid Consortium 成員，也是透鏡目錄論文的第一作者。

歐幾里得如何從 9 億個星系中挑出 1 萬 5 千個透鏡

透鏡極為罕見。每數千個星系中，大約只有一個會與背景來源排列得足夠接近，因而形成透鏡；而許多被透鏡化的影像又太小，無法穿透地球大氣模糊效應而獲得解析。歐幾里得在太空中以一面 1.2 公尺反射鏡及兩套儀器進行觀測：可產生銳利影像的可見光相機 VIS，以及拍攝近紅外線影像並將光線分解為光譜的 NISP。

搜尋工作從此次發布中約 9 億個來源開始，先保留通過第一輪目錄篩選的 6,800 萬個對象。接著由五個機器學習模型為這些對象評分。最具潛力的目標隨後交由約 7,000 名公民科學家檢視；他們參與由 Zooniverse 平台託管的 Space Warps 計畫，並對 30 萬個對象完成超過 450 萬次分類。最後，67 名透鏡專家檢查逾 3 萬個系統並加以分級。

這些分級很重要。在 15,072 個高可信度候選體中，有 6,073 個為 A 級，團隊標記為「確定透鏡」；另有 8,999 個為 B 級，標記為「可能性高的透鏡」。另有 9,010 個 C 級「可能」系統另行發布。軟體隨後嘗試以透鏡模型重現每一個 A 級與 B 級系統；團隊並為超過 9,500 個透鏡估算距離及前景星系的物理性質。

這些前景星系大多質量龐大，且已不再形成新恆星。它們的典型紅移為 0.68；紅移是衡量宇宙膨脹將其光線拉伸程度的指標，這也意味著它們比早期地面望遠鏡透鏡樣本所能觸及的距離更遠。

從罕見發現走向數千個系統的普查

第一個強透鏡是一個在天空中看似出現兩次的類星體，於近 50 年前被辨識出來。根據 Euclid Consortium 的說法，此後規模最大的地面巡測合計覆蓋地球可見天空的大部分，卻只發現約 3,000 個這類「星系位於星系後方」的透鏡。歐幾里得的 15,072 個高可信度候選體，數量已超越此前所有目錄的總和。

其中每一個都是以同一部望遠鏡、同一種方法發現。當透鏡來自眾多不同巡測及不同篩選方法時，便很難彼此比較。一份單一且均一的樣本，讓研究人員得以提出統計性問題，例如大質量星系周圍的暗物質如何在不同星系之間變化；這些問題不是幾百個彼此不相稱的系統所能回答。

天空覆蓋的規模同樣是新的。根據該聯盟說法，這份發布所涵蓋的區域，約為哈伯太空望遠鏡 35 年來觀測天空面積的十倍。歐幾里得較早的發布，只包含在約 60 平方度區域內進行數日的觀測。歐洲太空總署歐幾里得計畫科學家瓦萊里婭・佩托里諾（Valeria Pettorino）將這項躍升形容為「規模上的改變」。

該目錄亦收錄過去多屬單一發現的罕見類型。其中列出 84 個雙來源平面透鏡候選體，即同一個前景星系對兩個不同距離的背景星系產生透鏡作用；還有超過 1,000 個由盤狀星系形成的透鏡候選體，以及數百個被透鏡化的類星體與活動星系核。在歐幾里得之前，前兩類系統只有極少已知案例。

這份發布收錄的不只有透鏡

與資料一同公布的其他論文展現了其涵蓋範圍。其中一個團隊首次將 15 個微弱恆星系統解析至可辨識單顆恆星，其中 5 個是新發現。新發現之一 Ursa Minor II 位於銀河系暈中，距離約 65,000 光年，所含恆星質量僅約為太陽的 40 倍，使它成為已知亮度最低的恆星系統之一。

第二項研究測量了超過 4,000 萬個形成恆星星系的形狀；這個樣本比詹姆斯・韋伯太空望遠鏡的可比研究大 440 至 52,800 倍。在低質量星系之中，研究確認隨著宇宙老化，細長如雪茄形的星系變得更罕見，而扁平的盤狀星系則占主導地位。

DR1-Foundation 尚未能解決的問題

歐幾里得的主要目標，是測量暗能量，宇宙加速膨脹的未解原因，並描繪貫穿宇宙歷史的暗物質分布。這份發布尚未做到這一點。宇宙學所需的測量，包括弱透鏡地圖與星系聚集資料，仍在製作中，將隨完整的首次資料發布一併到來。

這些透鏡本身仍是候選體。只有 A 級系統被評為確定，而發現團隊指出，專家分級仍具主觀性，因此已針對個別檢查者的偏差進行校正。搜尋也漏掉了一些真實透鏡。團隊估計，他們找到了該區域中約 73% 的確定系統，其餘系統可能較暗或更具模糊性。確認個別系統仍須進行後續觀測，包括取得光譜。

科學論文目前均為預印本。隨資料發布的 8 篇科學論文與 18 篇技術論文，預定刊載於期刊 Astronomy & Astrophysics 的特刊，尚未完成同行評審。

天空覆蓋範圍也仍不完整。由於僅占預定巡測的 14%，此樣本未必能代表整片天空；聯盟科學家在檢查資料處理過程時，也發現少數區域的資料品質與其他區域不同。

法國替代能源與原子能委員會（CEA）天體物理學家、Euclid Consortium 負責人馬克・索瓦熱（Marc Sauvage）表示：「這僅是歐幾里得最終預計交付成果的 14%，但我們已可看見，十多年前對歐幾里得將支持的科學研究廣度所作出的承諾，正開始實現。」

關於歐幾里得首次資料發布的問題

歐幾里得的 DR1-Foundation 發布包含什麼？

約 13 個月的觀測，覆蓋 1,900 平方度天空：大約 10,000 張科學影像、逾十億個天體的目錄，其中包括超過 9 億個星系、逾 1.6 億個來源的光譜、約 15,000 個強透鏡候選體，以及超過 6,000 萬個類星體候選體。總計約為 170 萬 GB 的資料。

什麼是強重力透鏡？

當一個大質量前景星系彎折其後方遙遠星系的光線時，就會形成強重力透鏡，使背景星系呈現為弧狀、環狀或多個複本。彎折程度揭示前景星系的總質量，包括其暗物質；放大效應則讓天文學家得以研究原本過於微弱而無法觀測的背景星系。

歐幾里得至今已測繪多少個星系？

此次發布已編目超過 9 億個星系，覆蓋預定巡測面積約 14%。歐洲太空總署預期完整任務將為約 15 億個星系建立目錄。

任何人都能使用歐幾里得的資料嗎？

可以。歐洲太空總署已將此資料發布公開，並託管於其 Euclid Data Space 平台；使用者無須下載，即可探索、視覺化及分析影像、目錄與光譜。

歐幾里得何時會測量暗能量？

不會透過這份發布進行。歐洲太空總署與 Euclid Consortium 計畫在 2027 年年中，隨完整的首次資料發布公布首批宇宙學結果；這些結果將以弱透鏡與星系聚集為基礎。

宇宙學結果預計於 2027 年年中公布

歐幾里得於 2023 年 7 月發射，並在 2024 年 2 月 14 日開始例行巡測工作。此次發布所收錄的觀測資料，於 2024 年春季至 2025 年春季之間取得，歐洲太空總署則在 2026 年 11 月 12 日公布。包含首批宇宙學結果的完整 DR1 預計於 2027 年年中推出，而涵蓋天空面積約為三倍的 DR2，則規劃於 2029 年發布。

第一個強透鏡「雙生類星體」（Twin Quasar）於 1979 年被辨識。至六年巡測結束時，歐幾里得預計將發現超過 10 萬個高可信度透鏡候選體；每一個都是用以秤量星系暗物質的天然秤。

參考文獻：Euclid Collaboration: Lines et al., “Euclid Data Release 1 (DR1). Euclid Lens Identification Pipeline and Scientific Exploration (ECLIPSE) A: Strong lens catalogue overview,” submitted to Astronomy & Astrophysics, 2026. arXiv:2611.15883. DOI: 10.48550/arXiv.2611.15883

標籤: 天文學, esa, 暗物質, euclid, 暗能量, 星系