欧几里得一年发现的引力透镜超过以往所有搜索总和

欧洲的欧几里得空间望远镜在约一年的巡天观测中，发现的强引力透镜数量已超过此前所有搜索的总和。其首个重大数据发布由欧洲空间局公布，包含了约一万五千个高置信度透镜候选体。在每个透镜中，前景星系的引力都会将更遥远星系的光线弯曲成弧线、光环或多重影像。

这之所以重要，是因为透镜就像一把天平。光线弯曲的程度揭示了前景星系中蕴含的总质量，包括任何望远镜都无法直接观测到的暗物质。在此之前，天文学家只能一次一个地研究这些罕见天体。而拥有如此庞大的星表后，他们可以将其作为一个群体来研究；同时，这次数据发布还为绘制暗宇宙的更广泛工作增添了超过九亿个星系。

此次名为DR1-Foundation的数据发布，覆盖了约1900平方度的天区，面积约为满月的9500倍。它包含了超过十亿个编录天体、超过六千万个类星体候选体、超过1.6亿个天体的光谱数据，以及约170万GB的数据量。而这仅占欧几里得计划观测面积的14%。

“强引力透镜为我们提供了研究暗宇宙的独特视角，使我们能够‘称量’单个星系（包括其不可见的暗物质）的质量，并探索宇宙如何膨胀，”朴茨茅斯大学的娜塔莉·莱恩斯（Natalie Lines）表示。莱恩斯是欧几里得联盟的成员，也是透镜星表论文的第一作者。

欧几里得如何从9亿个星系中筛选出1.5万个透镜

引力透镜非常罕见。大约每几千个星系中才有一个能与背景光源精确对齐并充当透镜，而且许多被透镜扭曲的影像由于地球大气层的模糊效应而过于微小，难以分辨。欧几里得在太空中观测，配备了一个1.2米口径的反射镜和两台仪器：VIS，一台用于拍摄清晰图像的可见光相机；以及NISP，用于拍摄近红外图像并将光线分解为光谱。

搜索工作从本次发布中约9亿个源开始，保留了通过第一轮星表筛选的6800万个源。五个机器学习模型对这些天体进行了评分。其中最有希望的候选体被提交给“Space Warps”项目（托管在Zooniverse平台上）约7000名公民科学家，他们对30万个天体进行了超过450万次分类。最后，67位透镜专家检查了超过3万个系统并进行了评级。

评级至关重要。在15,072个高置信度候选体中，有6073个被评为A级，团队将其标记为“确定透镜”；8999个被评为B级，标记为“可能透镜”。另有9010个C级“疑似”系统被单独发布。随后，软件尝试用透镜模型重现每个A级和B级系统，对于超过9500个透镜，团队还估算了距离以及前景星系的物理特性。

这些前景星系大多质量巨大且已不再形成新恒星。它们所处的典型红移为0.68（红移是衡量宇宙膨胀如何拉伸其光线的一个指标），这比此前地面望远镜获得的透镜样本所能达到的距离更远。

从罕见发现到数千个天体的普查

第一个强引力透镜，一个在天空中出现两次的类星体，是在近50年前被确认的。据欧几里得联盟称，自那以后，覆盖了地球可见大部分天空的最大规模地面巡天项目，总共只发现了约3000个这种星系-星系类型的透镜。欧几里得发现的15,072个高置信度候选体，数量超过了此前所有星表的总和。

每一个透镜都是用同一台望远镜和同一种方法发现的。当透镜来自许多不同的巡天项目和筛选方法时，它们很难相互比较。一个统一的样本让研究人员能够提出统计性问题，例如大质量星系周围的暗物质如何从一个星系变化到另一个星系，这是几百个不匹配的系统无法回答的。

天区覆盖的规模也是前所未有的。据联盟称，本次发布覆盖的天区面积大约是哈勃空间望远镜在35年间观测面积的十倍。欧几里得早期的数据发布仅包含约60平方度天区、为期几天的观测数据。欧空局欧几里得项目科学家瓦莱里娅·佩托里诺（Valeria Pettorino）将这一飞跃描述为“规模上的变革”。

该星表还包含了一些过去只能作为孤例发现的罕见类型。它列出了84个候选双源平面透镜（即一个前景星系同时透镜了两个位于不同距离的背景星系）、超过1000个由盘状星系形成的候选透镜，以及数百个被透镜的类星体和活动星系核。在欧几里得之前，前两类天体已知的实例寥寥无几。

本次发布的内容远不止透镜

随数据一同发布的其他论文展示了其广泛用途。一个团队首次将15个昏暗的恒星系统分解为单颗恒星，其中5个是新发现。其中一个新发现的系统，小熊座II（Ursa Minor II），位于银河系晕中，距离我们约6.5万光年，其恒星总质量仅为太阳质量的约40倍，这使其成为已知最不亮的恒星系统之一。

第二项研究测量了超过4000万个恒星形成星系的形状，这个样本量是詹姆斯·韦布空间望远镜同类研究的440倍到52,800倍。在低质量星系中，研究证实，随着宇宙年龄增长，细长雪茄形的星系变得越来越罕见，而扁平盘状星系则占据主导地位。

DR1-Foundation尚未解决的问题

欧几里得的主要目标是测量暗能量（宇宙加速膨胀的未知原因），并绘制暗物质在整个宇宙历史中的分布图。本次发布尚未实现这一目标。宇宙学所需的测量数据，包括弱引力透镜巡天图和星系成团性，仍在处理中，将随完整的首次数据发布一同到来。

这些透镜本身仍是候选体。只有A级系统被评定为确定，而发现团队指出，专家评级仍具有主观性，因此他们对个别审查员的偏差进行了校正。搜索过程也遗漏了一些真实的透镜。团队估计，他们找到了该天区内约73%的确定系统，其余的可能更暗或更模糊。确认单个系统需要后续观测，包括光谱数据。

科学论文目前还是预印本。随数据一同发布的8篇科学论文和18篇技术论文计划发表在《天文学与天体物理学》期刊的特刊上，目前尚未完成同行评审。

天区覆盖也是不完整的。由于仅占计划巡天面积的14%，该样本可能无法代表整个天空，联盟科学家在检查数据处理过程时发现，有几个区域的数据质量与其他区域存在差异。

“这仅仅是欧几里得最终计划交付成果的14%，但我们已经可以看到，十多年前关于欧几里得将支持的广泛科学探索的承诺正在开始兑现，”法国替代能源与原子能委员会的天体物理学家、欧几里得联盟负责人马克·索瓦日（Marc Sauvage）说。

关于欧几里得首次数据发布的常见问题

欧几里得DR1-Foundation发布包含哪些内容？

约13个月的观测数据，覆盖1900平方度天区：大约1万张科学图像，包含超过十亿个天体的星表（其中超过9亿个星系），超过1.6亿个天体的光谱数据，约1.5万个强引力透镜候选体，以及超过6000万个类星体候选体。数据总量约为170万GB。

什么是强引力透镜？

当一个质量巨大的前景星系弯曲了其背后更遥远星系的光线时，就会形成强引力透镜，使得背景星系呈现为弧线、光环或多个副本。光线弯曲的程度揭示了前景星系的总质量（包括其暗物质），而放大效应则让天文学家能够研究那些原本过于暗淡的背景星系。

欧几里得迄今已绘制了多少个星系？

本次发布编录了超过9亿个星系，覆盖了计划巡天面积的约14%。欧空局预计，整个任务将编录约15亿个星系。

任何人都可以使用欧几里得的数据吗？

可以。欧空局已公开发布这些数据，并将其托管在其欧几里得数据空间平台上，用户无需下载即可浏览、可视化和分析图像、星表和光谱。

欧几里得何时会测量暗能量？

不会在这次发布中。欧空局和欧几里得联盟计划在2027年中期进行的完整首次数据发布中，基于弱引力透镜和星系成团性，公布首批宇宙学结果。

宇宙学结果预计于2027年中期公布

欧几里得于2023年7月发射，并于2024年2月14日开始常规巡天工作。本次发布中的观测数据收集于2024年春季至2025年春季之间，欧空局于2026年11月12日将其公布。完整的DR1数据（包含首批宇宙学结果）预计于2027年中期发布，而DR2数据（覆盖约三倍的天区）计划于2029年发布。

第一个强引力透镜，双类星体，于1979年被确认。到其六年巡天任务结束时，欧几里得预计将发现超过10万个高置信度透镜候选体，每一个都是称量星系暗物质的天然天平。

参考文献：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

标签: 天文学, esa, 暗物质, euclid, 暗能量, 引力透镜