Dzięki nowemu przeglądowi nieba udało się zbadać dziesiątki tysięcy galaktyk – aż do dalekich krańców Wszechświata. Do obserwacji użyto europejskiej sieci radioteleskopów LOFAR. Na zdjęciu ilustracyjnym Droga Mleczna obserwowana w nieoznaczonej lokalizacji (john Greece / Pixabay)
Międzynarodowy zespół astronomów z Polakami w składzie opublikował najdokładniejszą znaną mapę Wszechświata w zakresie niskich częstotliwości radiowych. Dzięki nowemu przeglądowi nieba udało się zbadać dziesiątki tysięcy galaktyk – aż do dalekich krańców Wszechświata. Do obserwacji użyto europejskiej sieci radioteleskopów LOFAR, której trzy stacje znajdują się na terenie naszego kraju.
Obserwacje radiowe skupiały się dotąd przede wszystkim na najjaśniejszych emisjach odbieranych z kosmosu, np. pochodzących od masywnych czarnych dziur w centrach galaktyk – wskazano w komunikacie dotyczącym nowego przeglądu nieba. Natomiast obraz uzyskany dzięki sieci LOFAR na niskich częstotliwościach radiowych jest tak głęboki, że większość widocznych na nim obiektów to galaktyki – takie jak nasza Droga Mleczna, ale znajdujące się bardzo daleko i widoczne w momencie, gdy jeszcze się tworzyły.
Dzięki obserwacjom na falach radiowych można zajrzeć w głąb obszarów z dużą ilością pyłu, którego chmury występują w obszarach narodzin gwiazd (i przesłaniają widok w zakresie widzialnym). Naukowcom udało się wyznaczyć związek pomiędzy jasnością galaktyk w zakresie radiowym a tempem formowania się gwiazd. Doprecyzowano też oszacowania liczby nowych gwiazd, jakie tworzyły się w młodym Wszechświecie, zbadano emisje z okolic masywnych czarnych dziur w kwazarach czy zderzenia galaktyk.
Ponieważ obserwacje fragmentów nieba były powtarzane co pewien czas, można było też badać zmienność niektórych źródeł. W ten sposób natrafiono na egzotyczną gwiazdę – czerwonego karła CR Draconis, u którego wykryto wybuchy emisji radiowej podobne do występujących na Jowiszu. Mogą one być powodowane przez oddziaływania gwiazdy z nieznaną planetą w w tym układzie, albo sama gwiazda niezwykle szybko rotuje.
An amazing result for LOFAR, with an international team of astronomers we have created the most sensitive images of the…
Opublikowany przez ASTRON – Netherlands Institute for Radio Astronomy Środa, 7 kwietnia 2021
Do opracowania radiowych obrazów nieba potrzebne są olbrzymie ilości danych. W przypadku opisywanych wyników połączono sygnały od 70 tys. anten wchodzących w skład sieci LOFAR. Łącznie były to ponad cztery petabajty surowych danych, co odpowiada pojemności około miliona płyt DVD. Obserwowany obszar nieba był ok. 300 razy większy niż Księżyc w pełni.
„Mapa obejmuje część nieba północnego. Obszary obserwacji zostały wybrane w ten sposób, aby można je było jak najpełniej wykorzystać: wyselekcjonowano tak zwane głębokie pola, które są bardzo dobrze znane astronomom i były obserwowane w wielu różnych zakresach widma – głównie od ultrafioletu po daleką podczerwień” – tłumaczy uczestniczka badań dr hab. Katarzyna Małek z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
Badaczka wskazuje też, że mapa pozwala na precyzyjniejsze opracowanie modeli ewolucyjnych i dzięki temu opisanie młodego Wszechświata, a także na poszukiwanie nowych, nieznanych dotąd obiektów astrofizycznych.
International Low Frequency Array, w skrócie LOFAR, to europejska sieć anten radiowych, której centrum znajduje się w Exloo w Holandii. Krajami partnerskimi w tym projekcie są Francja, Irlandia, Łotwa, Holandia, Niemcy, Polska, Szwecja, Wielka Brytania i Włochy. Polskim udziałem kieruje grupa POLFARO, w której skład wchodzą Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie oraz Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe w Poznaniu. Utrzymanie polskich stacji LOFAR finansowane jest przez Ministerstwo Edukacji i Nauki.
W projekcie LOFAR wykorzystuje się sieć kilkudziesięciu stacji zbudowanych z ponad stu tysięcy niewielkich i nieskomplikowanych w budowie prostych dipolowych anten rozsianych po Europie. Na zdjęciu centralne skupisko anten sieci LOFAR w Holandii (LOFAR / ASTRON / CC BY 3.0 / Wikimedia)
Jak tłumaczy prof. Krzysztof Chyży z Uniwersytetu Jagiellońskiego, LOFAR pracuje jako interferometr radiowy. Sygnał z pojedynczej stacji (pola antenowego) jest zamieniany na dane cyfrowe, które przesyłane są online do superkomputera w Groningen (tzw. korelatora) i łączone z innymi sygnałami z pozostałych stacji.
„Ciekawostką w pracy LOFAR-a jest to, że jego anteny są nieruchome, nie jest możliwe ich obracanie czy przesuwanie, jak w standardowych radioteleskopach. Wybór kierunku, w jakim ma patrzeć teleskop, odbywa się software’owo, poprzez odpowiednie korekty cyfrowego sygnału. Z tych danych przez tzw. transformatę Fouriera tworzy się radiową mapę (obraz) nieba. Tak wygląda cały proces w skrócie, ale jest też cały szereg czasochłonnych kroków pośrednich, od których zależy jakość uzyskiwanych na końcu map” – wyjaśnia naukowiec.
W Polsce mamy trzy z 52 stacji LOFAR. Zostały one wybudowane w 2015 roku i pracują: w Łazach k. Bochni, Bałdach k. Olsztyna i Borówcu k. Poznania. Za pomocą szybkiego, specjalnie przygotowanego łącza internetowego stacje połączone są z centrum komputerowym LOFAR w Groningen (Holandia), do którego w trybie ciągłym przekazywane są dane z obserwacji.
„Nasze stacje zostały wpisane na Polską Mapę Infrastruktury Badawczej Ministerstwa Edukacji i Nauki, dzięki czemu będzie realizowany program dalszego rozwoju tego systemu – LOFAR 2.0. Głównym celem modernizacji będzie utrzymanie pozycji najlepszego na świecie interferometru radiowego niskich częstotliwości, przynajmniej przez najbliższą dekadę” – mówi prof. Chyży.
Wyniki przeglądu głębokich pól w ramach LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) przedstawiono w specjalnym wydaniu czasopisma „Astronomy and Astrophysics”, w którym zawarto aż czternaście prac badawczych opisujących sposób powstawania map i pierwsze wyniki naukowe. Zespołem badawczym kierował prof. Philip Best z University of Edinburgh (Wielka Brytania). W badaniach uczestniczyli także astronomowie z Polski: prof. Krzysztof Chyży, dr Arti Goyal, dr hab. Marek Jamrozy, dr Błażej Nikiel-Wroczyński z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie; dr hab. Magdalena Kunert-Bajraszewska, Aleksandra Wołowska z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu; dr hab. Katarzyna Małek z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
Źródło: PAP.
