Радиотелескоп LOFAR показал почти 63 000 источников радиосигнала во Вселенной с рекордной детализацией
iXBT.com ·
Учёные из Лейденского университета (Нидерланды) и международная команда астрономов создали самое детальное и чувствительное на сегодняшний день изображение неба в низкочастотном радиодиапазоне. Для этого они использовали радиотелескоп LOFAR (Low Frequency Array), распределённую по Европе систему антенн, работающую на радиоволнах. На участке неба ELAIS-N1 размером 2,5 × 2,5 градуса удалось составить каталог из 62 916 отдельных радиоисточников. Это активные ядра галактик, области звездообразования и другие объекты, излучающие радиоволны.
Угловое разрешение изображения достигает 0,33 × 0,39 угловой секунды. Для сравнения: такая детализация позволила бы различить монету с расстояния около 10 км. Полная карта содержит около 8 млрд пикселей и охватывает участок неба площадью почти в 25 полных лунных дисков. По чувствительности и детализации она превосходит предыдущие изображения LOFAR этого участка: по сравнению с прежней высокодетальной картой чувствительность улучшилась в 2,6 раза, для её получения использовали в 6 раз больше времени наблюдений — 200 часов вместо 32.
Получить такой результат удалось благодаря объединению данных 25 наблюдений в диапазоне частот 115–168 МГц. Исходный массив составил около 400 ТБ. Раньше обработка столь большого объёма радиоданных с сохранением субсекундной детализации (разрешения меньше одной угловой секунды) требовала практически недоступных вычислительных ресурсов. Команда усовершенствовала методы калибровки и обработки сигналов, в том числе научилась объединять данные разных наблюдений без существенной потери точности. Это позволило сократить вычислительные затраты более чем в 10 раз по сравнению с первоначальными подходами. Вся обработка заняла несколько месяцев на вычислительной платформе Spider нидерландского национального центра SURF. Общие затраты составили почти 750 000 процессорных часов.
Особую ценность новая карта представляет для изучения активных ядер галактик — компактных ярких областей в их центрах, где сверхмассивные чёрные дыры поглощают окружающее вещество. Часть материи при этом выбрасывается в виде мощных потоков плазмы — релятивистских джетов, способных простираться далеко за пределы галактики. На прежних радиокартах с меньшим разрешением такие структуры часто выглядели размытыми пятнами: было сложно определить, принадлежат ли разные участки излучения одной галактике, нескольким объектам или протяжённому джету. Новые данные позволяют различать отдельные компоненты и прослеживать форму радиоджетов, а значит, изучать их взаимодействие с окружающей средой и изменения на протяжении космической истории.
Вторая крупная группа обнаруженных объектов — галактики с активным звездообразованием. Радионаблюдения особенно полезны для их изучения: в отличие от видимого и инфракрасного света, радиоволны проходят сквозь пылевые облака, которые могут скрывать области рождения новых звёзд. Поэтому LOFAR позволяет обнаруживать процессы звездообразования, остающиеся незаметными для оптических телескопов, в том числе в далёких галактиках. Сопоставление радиокарты с уже имеющимися наблюдениями ELAIS-N1 в оптическом, инфракрасном и рентгеновском диапазонах поможет астрономам определять расстояния до источников, оценивать их массы и разделять вклад звездообразования и активности чёрных дыр в общее излучение галактик.
Команда также продемонстрировала возможности изучения поляризации радиосигналов с высоким разрешением. После коррекции инструментальных помех утечка сигнала между компонентами линейной поляризации составила 0,12% — в 2 раза меньше типичного показателя для предыдущих обзоров LOFAR с разрешением 6 угловых секунд. Это открывает дополнительные возможности для изучения магнитных полей и свойств плазмы в галактиках, хотя подробный анализ поляризационных данных авторы оставили для следующих работ.
Все изображения и каталоги уже опубликованы в открытом доступе, чтобы астрономы могли объединять их с данными других телескопов. Работа также демонстрирует готовность LOFAR к следующему этапу развития: модернизированная система LOFAR2.0 должна обеспечить более чувствительные и широкие обзоры с высоким разрешением. Авторы считают, что отработанные методы обработки позволят масштабировать наблюдения до тысяч часов и сохранять ценность телескопа в эпоху строящегося радиоинтерферометра SKA в Южной Африке и Австралии.