Międzynarodowy zespół pod kierunkiem Obserwatorium w Lejdzie przedstawił najostrzejszy i najczulszy dotąd obraz nieba w niskich częstotliwościach radiowych. Zdjęcie niewielkiego skrawka nieba w polu ELAIS-N1, wykonane europejską siecią radioteleskopów LOFAR, zawiera prawie 63 tysiące źródeł: od galaktyk intensywnie tworzących gwiazdy po dżety napędzane przez supermasywne czarne dziury. W sieci pracują także trzy polskie stacje.
Radioteleskop rozsiany po całej Europie
LOFAR (Low Frequency Array) nie ma jednej wielkiej czaszy. Tworzą go tysiące prostych anten zgrupowanych w stacjach: 38 w Holandii i 14 międzynarodowych. Najbardziej oddalone stacje dzieli prawie 2000 kilometrów. Superkomputery łączą sygnały ze wszystkich anten w jeden obraz, tak jakby powstał on w jednym gigantycznym teleskopie. Technika ta nazywa się interferometrią: im dalej od siebie leżą stacje, tym ostrzejszy obraz.
Polska ma w tej sieci trzy stacje, włączone do systemu w 2016 roku: w Łazach koło Bochni (Uniwersytet Jagielloński), w Bałdach koło Olsztyna (Uniwersytet Warmińsko-Mazurski) i w Borówcu pod Poznaniem (Centrum Badań Kosmicznych PAN). Komunikat nie wymienia stacji z osobna, ale wcześniejsze obrazy tego pola o rozdzielczości poniżej sekundy łuku powstały z danych wszystkich 52 stacji, także polskich. Polscy badacze, między innymi z UJ, UMK w Toruniu i NCBJ, współtworzyli również wcześniejsze głębokie przeglądy LOFAR obejmujące to pole.
Pole ELAIS-N1 pod lupą
ELAIS-N1 to jeden z najlepiej przebadanych fragmentów nieba północnego. Widać w nim mnóstwo słabych, odległych galaktyk, obserwowanych też w podczerwieni, w świetle widzialnym i w promieniach rentgenowskich. Do nowego obrazu zebrano 200 godzin obserwacji i 400 terabajtów danych. Obraz liczy 8 miliardów pikseli i jest dwudziestokrotnie ostrzejszy niż poprzedni najczulszy obraz LOFAR tego obszaru. Jego rozdzielczość wystarczyłaby, by z odległości około 10 kilometrów odróżnić monetę. Obejmuje on fragment nieba o powierzchni około 25 razy większej niż tarcza Księżyca w pełni.
Jeszcze niedawno takie przetwarzanie danych było poza zasięgiem. Poważnym problemem są zniekształcenia sygnału wprowadzane przez jonosferę, czyli górną warstwę atmosfery, które trudno skorygować przy tak odległych stacjach. Zespół wraz ze współpracownikami opracował lepsze metody kalibracji i redukcji danych, które w ostatnich latach obniżyły koszt obliczeń ponad dziesięciokrotnie. Jak mówi Jurjen de Jong, pracownik naukowy po doktoracie w Obserwatorium w Lejdzie i ASTRON, który kierował pracami, cały zbiór udało się przetworzyć na holenderskiej platformie Spider w ciągu kilku miesięcy.
Co widać na obrazie
Wśród źródeł dominują dwie populacje. Pierwszą są aktywne jądra galaktyk, czyli jasne centra, w których materia opada spiralnie na supermasywną czarną dziurę. Napędzają one potężne dżety, a LOFAR wyjątkowo dobrze wykrywa ich rozległą, słabą emisję. Na obrazach o niższej rozdzielczości odległe galaktyki i dżety są rozmytymi plamkami. Trudno wtedy rozstrzygnąć, czy to jedna galaktyka, czy kilka, i czy fale radiowe pochodzą z dżetu, czy z obszarów gwiazdotwórczych. Nowy obraz pozwala te składniki rozdzielić, a dżety prześledzić w szczegółach.
Drugą populację tworzą niewielkie galaktyki gwiazdotwórcze. Fale radiowe przechodzą przez pył, który w świetle widzialnym i w podczerwieni zasłania powstawanie gwiazd, więc radioteleskopy pokazują ten proces bez zasłony. Pozwala to badać jego ewolucję od najwcześniejszych galaktyk po dzisiejszy Wszechświat.
Dlaczego to ważne i co dalej
Dane udostępniono społeczności astronomicznej. Ich wartość ujawni się głównie po zestawieniu z obserwacjami tego samego pola w innych zakresach, bo dopiero wtedy da się ustalić odległość i masę każdego radioźródła. Reinout van Weeren z Lejdy, współautor pracy, podkreśla, że obraz otwiera nowe okno na badanie tego, jak dżety oddziałują z otoczeniem i jak zmieniają się w czasie kosmicznym.
Autorzy zwracają uwagę, że wynik pokazuje potencjał modernizacji instrumentu. LOFAR2.0, nad którym ASTRON pracuje z europejskimi partnerami, ma dawać czulsze i szersze obrazy w wysokiej rozdzielczości. Według de Jonga pozwoli to instrumentowi pozostać konkurencyjnym w epoce budowanego obecnie obserwatorium Square Kilometre Array. Praca została przyjęta do druku w Astronomy & Astrophysics, a na razie jest dostępna jako preprint, czyli jeszcze przed publikacją w czasopiśmie.
Źródła:
Główne:
- NOVA / Obserwatorium w Lejdzie, komunikat Astronomers deliver the sharpest and deepest view yet of the low-frequency radio sky,
- J. de Jong i in., preprint
Kontekstowe:
- J. de Jong i in., Into the depths: Unveiling ELAIS-N1 with LOFAR’s deepest sub-arcsecond wide-field images,
- Uniwersytet w Lejdzie, komunikat o LoTSS-DR3,
- Stacje polskie: Centrum Badań Kosmicznych PAN, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski oraz Obserwatorium Astronomiczne UJ
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Wolisz czytać regularnie? Dołącz do cotygodniowego newslettera 🚀
