Een internationaal team van meer dan 200 astronomen uit 18 landen heeft de eerste fase gepubliceerd van een groots nieuw radiografisch hemelonderzoek met een ongekende gevoeligheid met behulp van de Low Frequency Array (LOFAR)-telescoop. Het onderzoek onthult honderdduizenden voorheen onopgemerkte sterrenstelsels, nieuw licht werpen op veel onderzoeksgebieden, waaronder de fysica van zwarte gaten en hoe clusters van sterrenstelsels evolueren. Een speciaal nummer van Astronomie en astrofysica is gewijd aan de eerste zesentwintig onderzoekspapers die het onderzoek en de eerste resultaten ervan beschrijven.

Radioastronomie legt processen in het heelal bloot die met optische instrumenten niet te zien zijn. In dit eerste deel van het hemelonderzoek, LOFAR observeerde een kwart van het noordelijk halfrond op lage radiofrequenties. Op dit punt, ongeveer 10 procent van die gegevens is vrijgegeven aan het publiek. Het brengt 300 in kaart, 000 bronnen, bijna allemaal sterrenstelsels in het verre heelal; hun radiosignalen hebben miljarden lichtjaren gereisd om de aarde te bereiken.

Zwarte gaten

Huub Röttgering, Universiteit Leiden (Nederland) zegt, "Als we een radiotelescoop nemen en naar de lucht kijken, we zien vooral emissie uit de directe omgeving van massieve zwarte gaten. Met LOFAR, we hopen de fascinerende vraag te beantwoorden:waar komen die zwarte gaten vandaan?" Onderzoekers weten wel dat zwarte gaten rommelige eters zijn. Als er gas op valt, ze zenden materiaalstralen uit die op radiogolflengten te zien zijn.

Filip Beste, Universiteit van Edinburgh (VK), zegt, "LOFAR heeft een opmerkelijke gevoeligheid en dat stelt ons in staat om te zien dat deze jets aanwezig zijn in alle van de meest massieve sterrenstelsels, wat betekent dat hun zwarte gaten nooit stoppen met eten."

Clusters van sterrenstelsels

Clusters van sterrenstelsels zijn ensembles van honderden tot duizenden sterrenstelsels. Het is al tientallen jaren bekend dat wanneer twee clusters van sterrenstelsels samensmelten, ze kunnen radio-emissies produceren die miljoenen lichtjaren overspannen. Deze emissie is vermoedelijk afkomstig van deeltjes die tijdens het fusieproces worden versneld. Amanda Wilber, Universiteit van Hamburg (Duitsland), zegt, "Met radio-observaties kunnen we straling detecteren van het ijle medium dat bestaat tussen sterrenstelsels. Deze straling wordt gegenereerd door energetische schokken en turbulentie. LOFAR stelt ons in staat om veel meer van deze bronnen te detecteren en te begrijpen waardoor ze worden aangedreven."

Annalisa Bonafede, Universiteit van Bologna en INAF (Italië), zegt, "Wat we met LOFAR beginnen te zien, is dat in sommige gevallen, clusters van sterrenstelsels die niet samensmelten, kunnen deze emissie ook vertonen, zij het op een zeer laag niveau dat voorheen niet detecteerbaar was. Deze ontdekking vertelt ons dat naast fusiegebeurtenissen, er zijn andere verschijnselen die deeltjesversnelling over enorme schalen kunnen veroorzaken."

Magnetische velden

"Magnetische velden doordringen de kosmos, en we willen begrijpen hoe dit is gebeurd. Het meten van magnetische velden in de intergalactische ruimte kan moeilijk zijn, omdat ze erg zwak zijn. Echter, de ongekende nauwkeurigheid van de LOFAR-metingen heeft ons in staat gesteld het effect te meten van kosmische magnetische velden op radiogolven van een gigantisch radiostelsel dat 11 miljoen lichtjaar groot is. Dit werk laat zien hoe we LOFAR kunnen gebruiken om ons te helpen de oorsprong van kosmische magnetische velden te begrijpen, " legt Shane O'Sullivan uit, Universiteit van Hamburg.

Afbeeldingen van hoge kwaliteit

Het maken van laagfrequente radiokaarten kost zowel veel telescoop- als rekentijd en vereist grote teams om de gegevens te analyseren. "LOFAR produceert enorme hoeveelheden gegevens - we moeten het equivalent van 10 miljoen dvd's aan gegevens verwerken. De LOFAR-onderzoeken zijn onlangs mogelijk gemaakt door een wiskundige doorbraak in de manier waarop we interferometrie begrijpen, " zegt Cyril Tasse, Observatoire de Paris-Station de radio astronomie à Nançay (Frankrijk).

"We hebben samengewerkt met SURF in Nederland om de enorme hoeveelheden data efficiënt om te zetten in hoogwaardige beelden. Deze beelden zijn nu openbaar en stellen astronomen in staat om de evolutie van sterrenstelsels in ongekend detail te bestuderen, " zegt Timothy Shimwell, Nederlands Instituut voor Radioastronomie (ASTRON) en Universiteit Leiden.

Het reken- en datacenter van SURF bij SURFsara in Amsterdam draait op 100 procent duurzame energie en bevat meer dan 20 petabyte aan LOFAR-data. "Dit is meer dan de helft van alle gegevens die tot nu toe door de LOFAR-telescoop zijn verzameld. Het is de grootste astronomische gegevensverzameling ter wereld. Het verwerken van de enorme datasets is een enorme uitdaging voor wetenschappers. Wat normaal gesproken eeuwen zou hebben geduurd op een gewone computer werd in minder dan een jaar verwerkt met behulp van het high-throughput rekencluster (Grid) en expertise, ", zegt Raymond Oonk (SURFsara).

LOFAR

De LOFAR-telescoop, de laagfrequente array, is uniek in zijn mogelijkheden om de lucht tot in detail in kaart te brengen op metergolflengten. LOFAR wordt beheerd door ASTRON in Nederland en wordt beschouwd als 's werelds toonaangevende telescoop in zijn soort. "Deze hemelkaart zal een prachtige wetenschappelijke erfenis zijn voor de toekomst. Het is een getuigenis voor de ontwerpers van LOFAR dat deze telescoop zo goed presteert, " zegt Carole Jackson, directeur-generaal van ASTRON.

De volgende stap

De 26 onderzoekspapers in het speciale nummer van Astronomie en astrofysica werden gedaan met slechts de eerste twee procent van het luchtonderzoek. Het team wil gevoelige hoge resolutie beelden maken van de hele noordelijke hemel, die in totaal 15 miljoen radiobronnen zal onthullen. "Stel je enkele van de ontdekkingen voor die we onderweg kunnen doen. Ik kijk er zeker naar uit, ", zegt Jackson. "En onder deze zullen de eerste massieve zwarte gaten zijn die gevormd zijn toen het universum nog maar een 'baby' was, "met een leeftijd van een paar procent van zijn huidige leeftijd, ", voegt Röttgering toe.