Polacy pokazali Wszechśwat
Do tej pory radiowe obserwacje nieba w głównej mierze skupiały się na najjaśniejszej emisji, jaką można odebrać, czyli tej pochodzącej od masywnych czarnych dziur znajdujących się w centrum swoich galaktyk. Połączenie bezprecedensowej czułości przeglądu Międzynarodowego Teleskopu LOFAR (LOw Frequency ARray) i jego dużego obszaru na niebie – ok. 300 razy większego niż Księżyc w pełni – pozwoliło na wykrycie dziesiątek tysięcy galaktyk podobnych do naszej Drogi Mlecznej i położonych nawet na krańcach Wszechświata, w momencie, gdy jeszcze się tworzyły.
Co więcej, powstawanie gwiazd zwykle zachodzi w chmurach pyłu, które w zakresie fal widzialnych przesłaniają nam widok. Tymczasem fale radiowe przenikają przez pył, dzięki czemu można uzyskać pełny obraz tworzenia się gwiazd w galaktykach. Bardzo dokładne obserwacje wykonane za pomocą instrumentu LOFAR umożliwiły precyzyjne wyznaczenie związku między jasnością galaktyk w zakresie fal radiowych, a tempem formowania się nowych gwiazd, a także pomogły w dokładniejszych ocenach liczby nowych gwiazd tworzących się w młodym Wszechświecie.
Ponadto, unikatowy zbiór danych pochodzących z przeglądu LOFAR umożliwił przeprowadzenie szeregu innych badań naukowych, takich jak badanie emisji radiowej pochodzącej z masywnych czarnych dziur w kwazarach, czy też ze zderzeń olbrzymich gromad galaktyk. Analiza zebranych danych przyniosła pewne zaskakujące rezultaty. Na przykład, powtarzane co pewien czas obserwacje fragmentu nieba pozwoliły na badanie źródeł o zmiennej jasności. Doprowadziło to m.in. do wykrycia czerwonego karła – gwiazdy CR Draconis. Gwiazda ta wykazuje wybuchy emisji radiowej, które bardzo przypominają te pochodzące z Jowisza i mogą być wywołane interakcją gwiazdy z nieznaną wcześniej planetą lub być wynikiem bardzo szybkiej rotacji gwiazdy.
Obrazy radiowe nieba uzyskuje się w wyniku przetworzenia ogromnej ilości danych. Aby stworzyć obrazy z LOFAR-a, połączono sygnały pochodzące z ponad 70 000 anten wchodzących w skład tego instrumentu, co dało ponad 4 petabajty surowych danych, czyli ok. miliona płyt DVD. Przetworzenie tej olbrzymiej ilości informacji i interpretacja uzyskanych obrazów możliwa była dzięki zastosowaniu najnowszych osiągnięć matematycznych z zakresu analizy danych.
Badaniami kierował prof. Philip Best z Uniwersytetu w Edynburgu w Wielkiej Brytanii, a wzięli w nich udział również polscy astronomowie: prof. Krzysztof Chyży, dr Arti Goyal, dr hab. Marek Jamrozy i dr Błażej Nikiel-Wroczyński z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, dr hab. Magdalena Kunert-Bajraszewska i mgr Aleksandra Wołowska z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu i dr hab. Katarzyna Małek z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
***
Dr hab. Katarzyna Małek, Zakład Astrofizyki NCBJ:
Opublikowana mapa Wszechświata w zakresie radiowym pozwala między innymi na znacznie dokładniejszą analizę młodych obszarów gwiazdowych w galaktykach tworzących gwiazdy. Dzięki niej możemy sprawdzić czy obecne modele opisujące ewolucje galaktyk, opracowane bez dogłębnej znajomosci ich właściwości fizycznych w zakresie radiowym, są wystarczająco dokładne i przewidują tempo tworzenia się nowych gwiazd na poziomie zaobserwowanym przez LOFAR. Równocześnie mapa ta pozwala na bardziej precyzyjne opracowanie modeli ewolucyjnych i dzięki temu na lepsze opisanie młodego Wszechświata. Oczywiście pozwala także na poszukiwanie nowych, nieznanych dotąd obiektów astrofizycznych.
Prof. dr hab. Krzysztof Chyży, Uniwersytet Jagielloński:
LOFAR pracuje jako interferometr radiowy. Sygnał z pojedynczej stacji (pola antenowego) jest zamieniany na dane cyfrowe, które przesyłane są online do superkomputera w Groningen (tzw. korelatora) i łączone z innymi sygnałami z pozostałych stacji. Ciekawostką w pracy LOFAR-a jest to, że jego anteny są nieruchome, nie jest możliwe ich obracanie czy przesuwanie, jak w standardowych radioteleskopach. Wybór kierunku w jakim ma „patrzeć teleskop” odbywa się softwarowo, poprzez odpowiednie korekty cyfrowego sygnału. Z tych danych przez tzw. transformatę Fouriera tworzy się radiową mapę (obraz) nieba. To w skrócie, ale jest cały szereg kroków pośrednich, niestety czasochłonnych, od których zależy jakość uzyskiwanych na końcu map. Sygnały ze stacji zniekształcone są bowiem przez ziemskie zakłócenia, będące tworem naszej cywilizacji, jak różne urządzenia elektryczne, czy nadajniki radiowe pracujące w zakresie fal FM i DAB. Specjalne cyfrowe filtry wyłapują te niechciane sygnały w danych LOFAR-a i je usuwają. Drugim źródłem problemów jest ziemska jonosfera, która na tych niskich częstotliwościach obserwacji zniekształca fazę i amplitudę dochodzących z kosmosu i przechodzących przez nią sygnałów radiowych. Wstępną metodą uwalniania się od wpływu jonosfery jest zastosowanie modelu jej własności, do czego służą dane uzyskiwane z satelitów GPS. To jednak nie wystarcza i konieczne jest zastosowanie specjalnych algorytmów wprowadzających korekty sygnałów zależne od kierunku na niebie i momentu obserwacji.
____________________________________________
źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych