Niezwykle szczegółową radiową mapę Wszechświata (LoTSS-DR3) opracowała międzynarodowa grupa naukowców przy użyciu radioteleskopu Low Frequency Array (LOFAR). Artykuł, w którym opisano przegląd, opublikowało czasopismo Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/202557749)

Polscy naukowcy wśród mapujących Wszechświat

W gronie badaczy zaangażowanych w projekt LoTSS-DR3 znaleźli się naukowcy m.in. z Holandii, Niemiec, Francji, Wielkiej Brytanii, Włoch, Szwecji, Irlandii, Łotwy czy Bułgarii oraz astronomowie z polskich ośrodków: Uniwersytetu Jagiellońskiego, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN oraz Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.

O dokonaniu poinformowali w przesłanym komunikacie członkowie konsorcjum naukowego.

„Opublikowane dane są wynikiem ponad dziesięciu lat obserwacji, przetworzenia ogromnej ilości danych i wnikliwych analiz naukowych przeprowadzonych przez międzynarodowy zespół badawczy” – wytłumaczył, cytowany w komunikacie dr Timothy Shimwell, główny autor publikacji, astronom pracujący w Netherlands Institute for Radio Astronomy (ASTRON) oraz na Uniwersytecie w Lejdzie w Holandii.

Obserwacje nieba na niskich częstotliwościach radiowych ujawniają zupełnie inny obraz Wszechświata niż ten, który jest widoczny w zakresie światła odbieranego przez nasze oczy. Obserwacje radiowe pozwalają astronomom śledzić bardzo energetyczne zjawiska, takie jak np. burzliwe procesy formowania gwiazd zachodzące w galaktykach w różnych epokach kosmologicznych. Głębokie jak jeszcze nigdy dotąd mapy radiowe Wszechświata już teraz umożliwiły astronomom przeprowadzenie setek nowych analiz, dostarczając cennych informacji na temat powstawania i ewolucji struktur kosmicznych, przyspieszania cząstek do ekstremalnych energii oraz konfiguracji kosmicznych pól magnetycznych.

„Mapy LOFAR-a pozwalają na drobiazgową analizę ośrodka międzygwiazdowego w galaktykach. Ujawniają one konfigurację i natężenie pola magnetycznego oraz obecność relatywistycznych cząstek promieniowania kosmicznego” – powiedział prof. Krzysztof Chyży z Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Zebrane dane są dokładnie analizowane pod kątem rzadkich zjawisk astrofizycznych, a zespół badawczy odkrył już kilka z nich, w tym sporadyczne i zmienne źródła radiowe, nieznane wcześniej pozostałości po supernowych, jedne z największych i najstarszych znanych radiogalaktyk oraz emisję radiową pochodzącą z oddziaływania planet pozasłonecznych z ich macierzystymi gwiazdami.

LOFAR ma już trzy stacje w Polsce

Osiągnięcie to efekt współpracy Europejskiego Konsorcjum Infrastruktury Badawczej LOFAR (European Research Infrastructure Consortium LOFAR ERIC). Unikalna konstrukcja interferometru LOFAR obejmuje 38 stacji w Holandii i 14 stacji międzynarodowych rozsianych po całej Europie, przy czym najbardziej odległe są od siebie oddalone o prawie 2000 kilometrów, tworząc jeden z największych, najbardziej czułych i precyzyjnych radioteleskopów na świecie.

„W Polsce działają trzy stacje interferometru LOFAR: w Borówcu koło Poznania, należąca do Centrum Badań Kosmicznych, w Bałdach koło Olsztyna, której właścicielem jest Uniwersytet Warmińsko-Mazurski oraz w Łazach koło Bochni, należąca do Uniwersytetu Jagiellońskiego” – wyjaśnił prof. Marek Jamrozy z Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Przetwarzanie danych obserwacyjnych wymagało opracowania nowych technik, które precyzyjnie poprawiały poważne zniekształcenia sygnałów radiowych spowodowane przez obecność górnej warstwy atmosfery zawierającej naładowane cząstki - jonosfery Ziemi. By przetworzyć 13 tys. godzin obserwacji analizę danych oparto na wydajnej automatyzacji i optymalizacji.

„Projektowanie, udoskonalanie i optymalizacja algorytmów zajęły nam lata, ale teraz pozwalają nam one rutynowo uzyskiwać niezwykle ostre i szczegółowe obrazy nieba w zakresie fal radiowych o niskiej częstotliwości. Dane o dużej rozdzielczości czasowej pozwalają na przykład na poszukiwanie zmiennych w czasie sygnałów generowanych przez gwiazdy posiadające planety” - wskazał dr Cyril Tasse z Obserwatorium Paryskiego we Francji, kierujący zespołem odpowiedzialnym za opracowanie algorytmów.

W związku z trwającą modernizacją teleskopu LOFAR do wersji LOFAR2.0, konsorcjum planuje wykorzystać wyniki obecnego projektu (LoTSS-DR3), a także opracować algorytmy przetwarzania danych w taki sposób, aby podwoić ich prędkość pracy. Dodatkowo, najnowsze osiągnięcia w dziedzinie przetwarzania danych pozwolą na łatwiejsze tworzenie map na podstawie obserwacji radiowych o znacznie wyższej rozdzielczości, a to otworzy drzwi do jeszcze bardziej szczegółowych badań – dotychczas niedostępnych.

„LoTSS-DR3 nie jest zwieńczeniem badań, ale ważnym kamieniem milowym. Nowe instrumenty takie jak LOFAR2.0 pozwolą mapować Wszechświat na falach radiowych z jeszcze większą czułością i rozdzielczością, przenosząc obecne badania daleko w przyszłość” - podsumował dr Wendy Williams z obserwatorium Square Kilometer Array Observatory.