Ett internationellt team med mer än 200 astronomer från 18 länder har publicerat den första fasen av en stor ny radiohimmelundersökning med oöverträffad känslighet med hjälp av Low Frequency Array (LOFAR) teleskopet. Undersökningen avslöjar hundratusentals tidigare oupptäckta galaxer, kastar nytt ljus över många forskningsområden, inklusive fysiken hos svarta hål och hur galaxhopar utvecklas. Ett specialnummer av Astronomi &Astrofysik är tillägnad de första tjugosex forskningsartiklarna som beskriver undersökningen och dess första resultat.

Radioastronomi avslöjar processer i universum som inte kan ses med optiska instrument. I denna första del av skyundersökningen, LOFAR observerade en fjärdedel av norra halvklotet vid låga radiofrekvenser. Vid denna tidpunkt, cirka 10 procent av dessa uppgifter har släppts till allmänheten. Det kartlägger 300, 000 källor, nästan alla är galaxer i det avlägsna universum; deras radiosignaler har färdats miljarder ljusår för att nå jorden.

Svarta hål

Huub Röttgering, Leiden University (Nederländerna) säger, "Om vi ​​tar ett radioteleskop och tittar upp mot himlen, vi ser främst utsläpp från den omedelbara miljön av massiva svarta hål. Med LOFAR, vi hoppas kunna svara på den fascinerande frågan:Var kommer de svarta hålen ifrån?" Forskare vet att svarta hål är smutsiga ätare. När gas faller på dem, de sänder ut strålar av material som kan ses vid radiovåglängder.

Philip Best, University of Edinburgh (U.K.), säger, "LOFAR har en anmärkningsvärd känslighet och det låter oss se att dessa jetstrålar finns i alla de mest massiva galaxerna, vilket innebär att deras svarta hål aldrig slutar äta."

Kluster av galaxer

Galaxhopar är ensembler av hundratals till tusentals galaxer. Det har varit känt i decennier att när två galaxhopar smälter samman, de kan producera radiostrålar som sträcker sig över miljontals ljusår. Detta utsläpp tros komma från partiklar som accelereras under fusionsprocessen. Amanda Wilber, Universitetet i Hamburg (Tyskland), säger, "Med radioobservationer kan vi upptäcka strålning från det tunna medium som finns mellan galaxer. Denna strålning genereras av energiska stötar och turbulens. LOFAR tillåter oss att upptäcka många fler av dessa källor och förstå vad som driver dem."

Annalisa Bonafede, Universitetet i Bologna och INAF (Italien), säger, "Vad vi börjar se med LOFAR är att i vissa fall, kluster av galaxer som inte smälter samman kan också visa denna emission, om än på en mycket låg nivå som tidigare var omöjlig att upptäcka. Denna upptäckt säger oss att förutom fusionshändelser, det finns andra fenomen som kan utlösa partikelacceleration över stora skalor."

Magnetiska fält

"Magnetiska fält genomsyrar kosmos, och vi vill förstå hur detta hände. Att mäta magnetfält i det intergalaktiska rymden kan vara svårt, eftersom de är väldigt svaga. Dock, den oöverträffade noggrannheten i LOFAR-mätningarna har gjort det möjligt för oss att mäta effekten av kosmiska magnetfält på radiovågor från en gigantisk radiogalax som är 11 miljoner ljusår stor. Detta arbete visar hur vi kan använda LOFAR för att hjälpa oss förstå ursprunget till kosmiska magnetfält, " förklarar Shane O"Sullivan, Hamburgs universitet.

Högkvalitativa bilder

Att skapa lågfrekventa radiohimmelkartor tar både betydande teleskop- och beräkningstid och kräver stora team för att analysera data. "LOFAR producerar enorma mängder data – vi måste behandla motsvarande 10 miljoner DVD-skivor med data. LOFAR-undersökningarna möjliggjordes nyligen av ett matematiskt genombrott i hur vi förstår interferometri, säger Cyril Tasse, Observatoire de Paris—Station de radio astronomie à Nançay (Frankrike).

"Vi har arbetat tillsammans med SURF i Nederländerna för att effektivt omvandla de enorma mängderna data till bilder av hög kvalitet. Dessa bilder är nu offentliga och kommer att tillåta astronomer att studera utvecklingen av galaxer i oöverträffad detalj, " säger Timothy Shimwell, Netherlands Institute for Radio Astronomy (ASTRON) och Leiden University.

SURF:s dator- och datacenter beläget vid SURFsara i Amsterdam drivs på 100 procent förnybar energi och är värd för över 20 petabyte LOFAR-data. "Detta är mer än hälften av all data som hittills samlats in av LOFAR-teleskopet. Det är den största astronomiska datainsamlingen i världen. Att bearbeta de enorma datamängderna är en enorm utmaning för forskare. Det som normalt skulle ha tagit århundraden på en vanlig dator bearbetades på mindre än ett år med hjälp av high throughput compute cluster (Grid) och expertis, säger Raymond Oonk (SURFsara).

LOFAR

LOFAR-teleskopet, lågfrekvensarrayen, är unik i sin förmåga att kartlägga himlen i fina detaljer vid meters våglängder. LOFAR drivs av ASTRON i Nederländerna och anses vara världens ledande teleskop i sitt slag. "Denna himmelkarta kommer att vara ett underbart vetenskapligt arv för framtiden. Det är ett vittnesbörd för designers av LOFAR att detta teleskop presterar så bra, säger Carole Jackson, Generaldirektör för ASTRON.

Nästa steg

De 26 forskningsartiklarna i specialnumret av Astronomi &Astrofysik gjordes med endast de två första procenten av skyundersökningen. Teamet strävar efter att göra känsliga högupplösta bilder av hela norra himlen, som kommer att avslöja 15 miljoner radiokällor totalt. "Föreställ dig bara några av upptäckterna vi kan göra på vägen. Jag ser verkligen fram emot det, " säger Jackson. "Och bland dessa kommer det att finnas de första massiva svarta hålen som bildades när universum bara var en "bebis", "med en ålder några procent av sin nuvarande ålder, ", tillägger Röttgering.