Astronomen hebben tot nu toe de meest gedetailleerde beelden gepubliceerd van sterrenstelsels buiten de onze, onthullen hun innerlijke werking in ongekend detail.

De afbeeldingen zijn gemaakt op basis van gegevens die zijn verzameld door de Low Frequency Array (LOFAR), een netwerk van meer dan 70, 000 kleine antennes verspreid over negen Europese landen. De resultaten zijn het resultaat van het jarenlange werk van het team, geleid door Dr. Leah Morabito aan de Universiteit van Durham. Het team werd in het VK ondersteund door de Science and Technology Facilities Council (STFC).

Naast het ondersteunen van wetenschappelijke exploitatie, STFC financiert ook het Britse abonnement op LOFAR, inclusief upgradekosten en de exploitatie van het LOFAR-station in Hampshire.

Een verborgen universum van licht onthullen in HD

Het universum wordt overspoeld met elektromagnetische straling, waarvan zichtbaar licht slechts het kleinste plakje omvat. Van gammastraling met korte golflengte en röntgenstraling, op lange golflengte microgolf- en radiogolven, elk deel van het lichtspectrum onthult iets unieks over het universum.

Het LOFAR-netwerk legt beelden vast op FM-radiofrequenties die, in tegenstelling tot kortere golflengtebronnen zoals zichtbaar licht, worden niet geblokkeerd door de wolken van stof en gas die astronomische objecten kunnen bedekken.

Gebieden van de ruimte die in onze ogen donker lijken, eigenlijk fel branden in radiogolven. Hierdoor kunnen astronomen in stervormingsgebieden of in het hart van sterrenstelsels zelf turen.

De nieuwe beelden, mede mogelijk gemaakt door het internationale karakter van de samenwerking, verleg de grenzen van wat we weten over sterrenstelsels en superzware zwarte gaten. Een speciale uitgave van het wetenschappelijke tijdschrift 'Astronomy and Astrophysics' is gewijd aan elf onderzoeksartikelen waarin deze beelden en de wetenschappelijke resultaten worden beschreven.

Betere resolutie door samen te werken

De afbeeldingen onthullen de innerlijke werking van nabije en verre sterrenstelsels met een resolutie die 20 keer scherper is dan typische LOFAR-afbeeldingen. Dit werd mogelijk gemaakt door de unieke manier waarop het team gebruik maakte van de array.

de 70, 000+ LOFAR-antennes zijn verspreid over Europa, waarvan de meerderheid in Nederland gevestigd is. Bij standaard bedrijf, alleen de signalen van in Nederland gevestigde antennes worden gecombineerd, en creëert een 'virtuele' telescoop met een verzamel 'lens' met een diameter van 120 km.

Door de signalen van alle Europese antennes te gebruiken, het team heeft de diameter van de 'lens' vergroot tot bijna 2, 000 km, wat zorgt voor een twintigvoudige toename van de resolutie.

In tegenstelling tot conventionele array-antennes die meerdere signalen in realtime combineren om beelden te produceren, LOFAR hanteert een nieuw concept. Waardoor, de signalen die door elke antenne worden verzameld, worden gedigitaliseerd, getransporteerd naar de centrale processor, en vervolgens gecombineerd om een ​​afbeelding te maken. Elk LOFAR-beeld is het resultaat van het combineren van de signalen van meer dan 70, 000 antennes, dat is wat hun buitengewone resolutie mogelijk maakt.

Superzware zwarte gaten begrijpen

In het hart van veel sterrenstelsels liggen superzware zwarte gaten op de loer. Veel van dit zijn 'actieve' zwarte gaten die invallende materie verslinden en terug de kosmos in blazen als krachtige stralen en uitstromende straling. Deze jets zijn onzichtbaar voor het blote oog, maar ze branden helder in radiogolven en het zijn deze waarop de nieuwe afbeeldingen met hoge resolutie zich hebben gericht.

Dr. Neal Jackson van de Universiteit van Manchester, zei, "Deze afbeeldingen met hoge resolutie stellen ons in staat om in te zoomen om te zien wat er werkelijk aan de hand is wanneer superzware zwarte gaten radiojets lanceren, wat voorheen niet mogelijk was op frequenties in de buurt van de FM-radioband."

Het werk van het team vormt de basis van negen wetenschappelijke studies die nieuwe informatie onthullen over de interne structuur van radiojets in verschillende sterrenstelsels.

Een uitdaging van tien jaar

Zelfs voordat LOFAR in 2012 van start ging, het Europese team van astronomen begon te werken aan de kolossale uitdaging om de signalen van meer dan 70 te combineren, 000 antennes op maar liefst 2, 000 km van elkaar. Het resultaat, een openbaar beschikbare pijplijn voor gegevensverwerking, die in detail wordt beschreven in een van de wetenschappelijke artikelen, stelt astronomen van over de hele wereld in staat om met LOFAR relatief gemakkelijk afbeeldingen met een hoge resolutie te maken.

Dr. Leah Morabito van de Universiteit van Durham, zei, "Ons doel is dat de wetenschappelijke gemeenschap hierdoor het hele Europese netwerk van LOFAR-telescopen kan gebruiken voor hun eigen wetenschap, zonder jaren te hoeven besteden om een ​​expert te worden."

Superafbeeldingen vereisen supercomputers

Het relatieve gemak van de ervaring voor de eindgebruiker logenstraft de complexiteit van de rekenkundige uitdaging die elk beeld mogelijk maakt. Omdat LOFAR niet alleen 'foto's maakt' van de nachtelijke hemel, het moet de gegevens samenvoegen die zijn verzameld door meer dan 70, 000 antennes, wat een enorme rekenopgave is.

Om een ​​enkel beeld te produceren, meer dan 13 terabits aan onbewerkte gegevens per seconde, het equivalent van meer dan 300 dvd's, moet worden gedigitaliseerd, naar een centrale processor getransporteerd en vervolgens gecombineerd.

Frits Sweijen van de Universiteit Leiden, zei, "Om zulke immense datavolumes te verwerken, moeten we supercomputers gebruiken. Deze stellen ons in staat om de terabytes aan informatie van deze antennes om te zetten in slechts enkele gigabytes aan wetenschappelijke gegevens, in slechts een paar dagen."