Les imatges més detallades de la història de les galàxies revelades amb LOFAR

Després de gairebé una dècada de treball, un equip internacional d'astrònoms ha publicat les imatges més detallades fins ara de les galàxies més enllà de la nostra, revelant el seu funcionament intern amb un detall sense precedents. Les imatges van ser creades a partir de les dades recollides pel Low Frequency Array (LOFAR), un radiotelescopi construït i mantingut per ASTRON. LOFAR és una xarxa de més de 70.000 petites antenes repartides per nou països europeus, amb la seva central a Exloo, Holanda. Els resultats són fruit dels anys de treball de l'equip, dirigit per la Dra. Leah Morabito, de la Universitat de Durham. L'equip va comptar amb el suport del Consell d'Instal·lacions Científiques i Tecnològiques (STFC) del Regne Unit. 

A més de donar suport a la explotació científica, el STFC també finança la subscripció del Regne Unit a LOFAR, inclosos els costos d'actualització i el funcionament de la seva estació LOFAR a Hampshire. 

Revelant un univers ocult de llum en HD

L'univers està inundat de radiació electromagnètica, de la qual la llum visible és només una petita part. Des dels raigs gamma i els raigs X de longitud d'ona curta, fins a les microones i les ones de ràdio de longitud d'ona llarga, cada part de l'espectre lluminós revela una cosa única sobre l'univers.

La xarxa LOFAR capta imatges en freqüències de ràdio FM que, a diferència de les fonts de longitud d'ona més curta com la llum visible, no són bloquejades pels núvols de pols i gas que poden cobrir els objectes astronòmics. Regions de l'espai que semblen fosques als nostres ulls, en realitat cremen amb força a les ones de ràdio, el que permet als astrònoms treure el nas a les regions de formació d'estrelles o a el cor de les pròpies galàxies.

Les noves imatges, que han estat possibles gràcies al caràcter internacional de la col·laboració, amplien els límits del que sabem sobre les galàxies i els forats negres supermassius. Un número especial de la revista científica Astronomy & Astrophysics està dedicat a 11 articles d'investigació que descriuen aquestes imatges i els resultats científics.

Clic per engrandir. Un recull dels resultats científics. Crèdits d'esquerra a dreta començant
per dalt: N. Ramírez-Olivencia et el. [Ràdio]; NASA, ESA, the Hubble Heritage Team
(STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration i A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/
NRAO/Stony Brook University), editat per R. Cumming [òptic], C. Groeneveld, R. Timmerman;
LOFAR & Hubble Space Telescope, Kukreti; LOFAR & Sloan Digital Sky Survey, A. Kappes,
F. Sweijen; LOFAR & DESI Legacy Imaging Survey, S. Badole; NASA, ESA & L. Calçada,
Graphics: W.L. Williams.

 Millor resolució treballant junts

Les imatges revelen el funcionament intern de les galàxies properes i llunyanes amb una resolució 20 vegades més nítida que les imatges típiques de LOFAR. Això va ser possible gràcies a la forma única en què l'equip va utilitzar el conjunt.

Les més de 70.000 antenes de LOFAR estan repartides per tot Europa, la majoria als Països Baixos. En el funcionament estàndard, només es combinen els senyals de les antenes situades en els Països Baixos, i es crea un telescopi "virtual" amb una "lent" col·lectora de 120 km de diàmetre. A l'utilitzar els senyals de totes les antenes europees, l'equip ha augmentat el diàmetre de la "lent" a gairebé 2.000 km, el que multiplica per vint la resolució.

A diferència dels conjunts d'antenes convencionals que combinen múltiples senyals en temps real per produir imatges, LOFAR utilitza un nou concepte en el qual els senyals recollides per cada antena es digitalitzen, es transporten al processador central i es combinen per crear una imatge. Cada imatge de LOFAR és el resultat de combinar els senyals de més de 70.000 antenes, el que fa possible la seva extraordinària resolució. 

Clic per engrandir. Aquí es mostren radiogalàxies reals de Morabito et al. (2021). El gif
s'esvaeix de la resolució estàndard a l'alta resolució, mostrant el detall que podem veure
utilitzant les noves tècniques. Crèdit: L.K. Morabito; LOFAR Surveys KSP.

Revelació de dolls i fluxos de sortida de forats negres supermassius

Els forats negres supermassius es troben en el cor de moltes galàxies i molts d'ells són forats negres "actius" que devoren la matèria que cau i la tornen al cosmos en forma de potents dolls i fluxos de radiació. Aquests dolls són invisibles a simple vista, però brillen en les ones de ràdio i en ells s'han centrat les noves imatges d'alta resolució.

El Dr Neal Jackson, de la Universitat de Manchester, va dir: "Aquestes imatges d'alta resolució ens permeten apropar-nos per veure el que realment passa quan els forats negres supermassius llancen dolls de ràdio, el que no era possible abans en freqüències properes a la banda de ràdio FM".

El treball de l'equip constitueix la base de nou estudis científics que revelen nova informació sobre l'estructura interna dels dolls de ràdio en una varietat de galàxies diferents.

Clic per engrandir. Hèrcules A està impulsat per un forat negre supermassiu situat en
el seu centre, que s'alimenta del gas circumdant i canalitza part d'aquest gas en raigs
extremadament ràpids. Les noves observacions d'alta resolució preses amb LOFAR han
revelat que aquest raig es fa més fort i més feble cada pocs centenars de milers d'anys.
Aquesta variabilitat produeix les belles estructures que es veuen en els lòbuls gegants, cadascuns
dels quals és tan gran com la Via Làctia. Crèdit: R. Timmerman; LOFAR & Hubble Space Telescope.

Un repte d'una dècada

Fins i tot abans que LOFAR comencés a funcionar el 2012, l'equip europeu d'astrònoms va començar a treballar per afrontar el colossal repte de combinar els senyals de més de 70.000 antenes situades a 2.000 km de distància. El resultat, una línia de processament de dades disponible públicament, que es descriu en detall en un dels articles científics, permetrà als astrònoms de tot el món utilitzar LOFAR per obtenir imatges d'alta resolució amb relativa facilitat. 

La Dra. Leah Morabito, de la Universitat de Durham, va dir: "El nostre objectiu és que això permeti a la comunitat científica utilitzar tota la xarxa europea de telescopis LOFAR per a la seva pròpia ciència, sense haver de passar anys per convertir-se en un expert".

Les super imatges requereixen superordinadors

La relativa facilitat de l'experiència per a l'usuari final desmenteix la complexitat del repte computacional que fa possible cada imatge. Atès que LOFAR no es limita a "fer fotos" del cel nocturn, ha d'unir les dades recollides per més de 70.000 antenes, fet que suposa una enorme tasca computacional. Per produir una sola imatge, cal digitalitzar més de 13 terabits de dades brutes per segon (l'equivalent a més de tres-cents DVD), transportar-los a un processador central i combinar-los. 

Frits Sweijen, de la Universitat de Leiden, va dir: "Per processar volums de dades tan immensos hem d'utilitzar superordinadors. Aquests ens permeten transformar els terabytes d'informació d'aquestes antenes en uns pocs gigabytes de dades a punt per a la ciència, en només un parell de dies".

Recursos

Totes les imatges i vídeos que pertanyen a aquest comunicat de premsa poden trobar-se en alta resolució fent un clic aquí.

Sobre LOFAR

El telescopi internacional LOFAR és una xarxa transeuropea d'antenes de ràdio, la central es troba a Exloo (Països Baixos). LOFAR funciona combinant els senyals de més de 70.000 dipols d'antena individuals, situats en "estacions d'antena" als Països Baixos i a països europeus associats. Les estacions estan connectades per una xarxa de fibra òptica d'alta velocitat, amb potents ordinadors que processen els senyals de ràdio per simular una antena de ràdio transeuropea que s'estén al llarg de 1.300 quilòmetres. El telescopi internacional LOFAR és únic, donada la seva sensibilitat, el seu ampli camp de visió i la resolució o claredat de les seves imatges. L'arxiu de dades de LOFAR és la major col·lecció de dades astronòmiques del món.

LOFAR va ser dissenyat, construït i actualment és operat per ASTRON, l'Institut Holandès d'Radioastronomia. França, Alemanya, Irlanda, Itàlia, Letònia, els Països Baixos, Polònia, Suècia i el Regne Unit són països associats al Telescopi Internacional LOFAR.  

Ho he vist aquí.