Un univers virtual per a la missió Euclid: el catàleg més gran de simulacions cosmològiques ja és públic

Llançada el juliol del 2023, la missió Euclid de l’Agència Espacial Europea (ESA) es troba actualment a l’espai cartografiant un terç del cel en un període de temps de 6 anys. Avui, el consorci d’Euclid publica el catàleg sintètic més gran de galàxies mai construït, que inclou simulacions de més de 3.400 milions de galàxies per igualar la nitidesa dels ulls d’Euclid. 

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) ha tingut un paper clau en aquest desenvolupament. Investigadors de l’IEEC a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), així com el Port d’Informació Científica (PIC), han liderat l’equip internacional que ha preparat el catàleg, que està disponible a la plataforma CosmoHub.

Aquest catàleg sintètic, conegut com ‘Flagship 2 Galaxy mock’, busca reproduir el que el telescopi Euclid, d’1,2 m de diàmetre, podrà veure i capturar, imitant l’univers real. A causa del seu gran volum, aquestes simulacions permeten representar galàxies molt distants que van emetre la llum a més de 10.000 milions d’anys llum de distància.

Reproduir l’univers amb simulacions computacionals abans d’obtenir el mapa 3D final ens ajudarà a entendre el que veu Euclid i permetrà estudiar l’origen de la ‘teranyina còsmica’ —l’estructura a gran escala de l’univers—, posar a prova el model cosmològic estàndard i ajudar-nos a desentranyar la naturalesa de l’energia fosca i la matèria fosca.

«Aquest és un gran pas per a la comunitat científica, ja que ara és accessible per a tothom. A més, pot tenir múltiples aplicacions científiques més enllà del context de la missió Euclid», afirma Jorge Carretero, investigador del Port d’Informació Científica (PIC) i del Centre de Recerca Energètica, Mediambiental i Tecnològica (CIEMAT). «En concret, es pot utilitzar com a simulació de referència per a altres cartografiats astronòmics i les seves combinacions», afegeix.

L’equip ha utilitzat models computacionals produïts per la Universitat de Zúric que simulen el moviment de 4 bilions de partícules sota la influència de les seves interaccions gravitacionals mútues. D’aquests 4 bilions, se’n van identificar 16.000 milions d’objectes lligats gravitatòriament, anomenats halos, ubicats a una distància de 18.600 milions d’anys llum de la Terra. Es van incloure les galàxies als halos que s’espera que Euclid observi calibrant els paràmetres pel que fa a la distribució actual de galàxies observada.

En total, aquest catàleg inclou 3.400 milions de galàxies i més de 400 propietats galàctiques modelades, incloent-hi la brillantor, posició, velocitat i forma de la galàxia. La simulació resultant reprodueix amb alta precisió el sorgiment de l’estructura a gran escala de l’univers: galàxies i cúmuls de galàxies dins de la xarxa còsmica que comprèn matèria fosca i visible.

«El principal valor d’aquest catàleg és l’ampli conjunt de propietats que han estat derivades per galàxia. Hem comprovat que moltes d’aquestes propietats s’assemblen molt al que observem en dades observacionals, però estem començant a explorar fins on podem arribar en la predicció de propietats que els futurs cartografiats de galàxies observaran amb gran detall», assenyala Pablo Fosalba, investigador de l’IEEC a l’ICE-CSIC.

El catàleg de galàxies es genera i analitza mitjançant maquinari especialitzat, una plataforma de big data anomenada Hadoop ubicada al PIC. Generar un catàleg d’aquestes característiques suposa un repte tant científic com tècnic, ja que implica el desenvolupament d’estratègies computacionals i estadístiques, a més d’incorporar el nostre coneixement actualitzat sobre la formació i evolució de galàxies i la seva interacció amb els components foscos de l’univers.

El consorci Euclid se centrarà en la producció de nous conjunts de dades de simulació, millorant la resolució del catàleg amb l’objectiu de reproduir els camps profunds que Euclid observarà. «L’equip treballarà en la millora de les propietats assignades perquè siguin més consistents amb les observacions i per mantenir el catàleg actualitzat tenint en compte les observacions vinents», assenyala Elizabeth González, investigadora del PIC i de l‘Institut de Física d’Altes Energies (IFAE).

Igual que les observacions de cartografiats anteriors, com l’Sloan Digital Sky Survey (SDSS) i el Cosmic Evolution Survey (COSMOS) del telescopi Hubble, que s’han fet servir per calibrar els paràmetres del model que assignen galàxies als halos, el catàleg de galàxies simulades Euclid Flagship ajudarà a desenvolupar estratègies per a l’explotació científica de futurs cartografiats de galàxies. Aquestes simulacions podrien tenir un impacte més gran i transcendir el propòsit inicial del catàleg, cosa que permetria a la comunitat científica posar a prova tècniques d’observació per recuperar informació cosmològica o per realitzar estudis que connectin l’univers observable i l’univers fosc.

«Les simulacions Euclid Flagship són crucials per a l’èxit de la missió. El Consorci Euclid les utilitza per validar el rendiment i la qualitat del processament integral del Segment Terrestre Científic i per comparar l’anàlisi científica de les dades d’Euclid amb els models cosmològics de matèria i energia fosques. Aquestes simulacions compleixen amb la precisió i l’exactitud necessàries per contrastar els models cosmològics amb les característiques reals de l’univers fosc», conclou Yannick Mellier, líder del Consorci Euclid i investigador de l’Institut d’Astrophysique de París (IAP).

El catàleg ha estat elaborat per les següents institucions dins del consorci Euclid: l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), el Port d’Informació Científica (PIC) ―operat a través d’un acord de col·laboració entre el Centre d’Investigació en Energia, Medi Ambient i Tecnologia (CIEMAT) i l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE)―, la Universitat de Zúric, la Universitat d’Utrecht, l’Institut Nacional Italià d’Astrofísica (INAF), la Comissió Francesa d’Energies Alternatives i Energia Atòmica (CEA), l’University College London (UCL) i l’Institut d’Astrophysique de París (IAP).