Астрономы недавно обнаружили, что пространство пространства-времени в пределах диапазона наших телескопов - «вселенная» - это лишь малая часть последствий Большого взрыва. В новом, ошеломляющем проекте международная команда астрономов нанесла на карту 300 000 ранее неизвестных объектов с помощью телескопа Low Frequency Array (LOFAR), почти все из которых являются галактиками в далекой вселенной; их радиосигналы распространяются на миллиарды световых лет, чтобы достичь Земли.
Мы ожидаем найти гораздо больше галактик, расположенных за горизонтом, которые не будут видны современным оптическим телескопам, говорит великий британский астрофизик Мартин Рис, «каждая из которых (наряду с любыми цивилизациями, в которых она находится) будет развиваться скорее как наша».
Международная команда из более чем 200 астрономов из 18 стран опубликовала первую фазу нового крупного обзора радиоволн с беспрецедентной чувствительностью с использованием телескопа с низкой частотой (LOFAR). Исследование выявило сотни тысяч ранее необнаруженных галактик, пролив новый свет на многие области исследований, включая физику черных дыр и эволюцию скоплений галактик.
Одним из самых фундаментальных известных неизвестных в астрономии является то, сколько галактик содержит Вселенная. Снимки, сделанные в глубоком поле Хаббла в середине 1990-х годов, показали неисчислимое количество слабых галактик. Было подсчитано, что наблюдаемая Вселенная содержит от 100 до 200 миллиардов галактик.
«Уму непостижимо, что более 90% галактик во Вселенной еще предстоит изучить. Кто знает, что мы найдем, когда будем наблюдать за этими галактиками с помощью телескопов следующего поколения », - говорит астроном Кристофер Конселис из Ноттингемского университета, который возглавлял команду, которая открыла, что во вселенной в десять раз больше галактик, чем предполагалось ранее, и еще более широкое пространство для поиска внеземной жизни.
«Может быть, вселенная имеет преимущество прямо за пределами расстояния Хаббла от нас, и за этим находятся морские чудовища», - говорит Артур Б. Косовский , профессор физики Питтсбургского университета, чьи исследования направлены на космологию и смежные вопросы теоретической физики. «Но поскольку вся вселенная, которую мы можем наблюдать, выглядит относительно похожей и однородной, это было бы крайне странным положением дел».
Радиоастрономия раскрывает процессы во вселенной, которые невозможно увидеть с помощью оптических инструментов. В этой первой части нового обзора неба LOFAR наблюдал четверть северного полушария на низких радиочастотах. На данный момент, примерно 10 процентов этих данных были опубликованы для общественности.
«Если мы возьмем радиотелескоп и посмотрим на небо, то увидим в основном излучение из непосредственной среды массивных черных дыр», - говорит Хууб Реттринг, Лейденский университет (Нидерланды). «С LOFAR мы надеемся ответить на захватывающий вопрос: откуда взялись эти черные дыры?» Исследователи знают, что черные дыры - это грязные пожиратели. Когда газ падает на них, они испускают струи материала, которые можно увидеть на радиоволнах.
«LOFAR обладает замечательной чувствительностью, и это позволяет нам видеть, что эти джеты присутствуют во всех самых массивных галактиках, что означает, что их черные дыры никогда не прекращают есть», - говорит Филип Бест, Университет Эдинбурга.
Галактический кластер Abell 1314, показанный выше, расположен в Большой Медведице на расстоянии приблизительно 460 миллионов световых лет от Земли. Здесь размещается масштабное радиоизлучение, вызванное слиянием с другим кластером. Нетепловое радиоизлучение, обнаруженное с помощью телескопа LOFAR, показано красным и розовым, а тепловое рентгеновское излучение, обнаруженное с помощью телескопа Chandra, показано серым цветом, наложенное на оптическое изображение. (Аманда Уилбер / Исследовательская группа LOFAR / НАСА / CXC)
Галактические скопления представляют собой ансамбли от сотен до тысяч галактик. Уже несколько десятилетий известно, что при слиянии двух скоплений галактик они могут излучать радиоизлучения, охватывающие миллионы световых лет. Считается, что это излучение происходит от частиц, которые ускоряются в процессе слияния.
«С помощью радионаблюдений мы можем обнаружить излучение слабой среды, существующей между галактиками», - говорит Аманда Уилбер из Гамбургского университета. «Это излучение генерируется энергетическими ударами и турбулентностью. LOFAR позволяет нам обнаружить еще много таких источников и понять, что их питает ».
На рисунке ниже показано, как радиотелескоп LOFAR открывает новый взгляд на Вселенную. На снимке изображено скопление галактик Abell 1314. В оттенках серого можно увидеть кусочек неба, каким мы его знаем, в видимом свете. Оранжевые оттенки показывают радиоизлучение в той же части неба. Радиоизображение выглядит совершенно иначе и меняет наши предположения о том, как возникают и развиваются галактики. Эти объекты расположены на расстоянии примерно 460 миллионов световых лет от Земли. В середине каждой галактики есть черная дыра. Когда материя попадает в нее, высвобождается невероятное количество энергии, и электроны выбрасываются как фонтан. Эти ускоренные электроны производят радиоизлучение, которое может распространяться на гигантские расстояния и не видно на оптических длинах волн. (Рафаэль Мостерт / LOFAR Surveys Team / Sloan Digital Sky Survey DR13)
«Что мы начинаем видеть с LOFAR, так это то, что в некоторых случаях скопления галактик, которые не сливаются, также могут показывать это излучение, хотя и на очень низком уровне, который ранее был необнаружим», - говорит Аннализа Бонэйфед, Университет Болоньи и INAF ( Италия). «Это открытие говорит нам, что помимо событий слияния существуют и другие явления, которые могут вызвать ускорение частиц в огромных масштабах».
«Магнитные поля пронизывают космос, и мы хотим понять, как это произошло. Измерение магнитных полей в межгалактическом пространстве может быть затруднено, потому что они очень слабые. Тем не менее, беспрецедентная точность измерений LOFAR позволила нам измерить влияние космических магнитных полей на радиоволны от гигантской радиогалактики, размер которой составляет 11 миллионов световых лет. Эта работа показывает, как мы можем использовать LOFAR, чтобы помочь нам понять происхождение космических магнитных полей », - объясняет Шейн О» Салливан, Университет Гамбурга.
Изображение выше показывает M51, также известный как Галактика Водоворота. Это 15-35 миллионов световых лет от Земли и около 60 000 световых лет в диаметре. В центре спиральной галактики находится сверхмассивная черная дыра. С данными LOFAR (желтый и красный оттенки) мы можем видеть, что спиральная галактика и ее спутник взаимодействуют, потому что к ним присоединяется мост излучения. Предоставлено: Шон Муни / Исследовательская группа LOFAR / Цифровое небесное исследование
Создание низкочастотных карт радио-неба требует значительных телескопических и вычислительных затрат и требует больших групп для анализа данных. «LOFAR производит огромные объемы данных - мы должны обработать эквивалент 10 миллионов DVD-дисков данных. Исследования LOFAR недавно стали возможны благодаря математическому прорыву в том, как мы понимаем интерферометрию », - говорит Кирилл Тасс, Обсерватория Парижа - Радиоастрономическая станция в Нанчай (Франция).
«Мы работаем вместе с SURF в Нидерландах, чтобы эффективно преобразовать огромные объемы данных в высококачественные изображения. Эти изображения теперь являются общедоступными и позволят астрономам изучать эволюцию галактик в беспрецедентных деталях », - говорит Тимоти Шимвелл, Нидерландский институт радиоастрономии (ASTRON) и Лейденский университет.
Центр вычислений и данных SURF, расположенный в SURFsara в Амстердаме, работает на 100% возобновляемой энергии и содержит более 20 петабайт данных LOFAR.
«Это более половины всех данных, собранных на сегодняшний день телескопом LOFAR. Это крупнейший в мире сбор астрономических данных. Обработка огромных массивов данных является огромной проблемой для ученых. То, что обычно занимало бы столетия на обычном компьютере, было обработано менее чем за год с использованием высокопроизводительного вычислительного кластера (Grid) и опыта », - говорит Рэймонд Оонк (SURFsara).
Телескоп LOFAR, Low Frequency Array, уникален в своих возможностях отображать небо в мельчайших деталях на метровых длинах волн. LOFAR управляется компанией ASTRON в Нидерландах и считается ведущим в мире телескопом такого типа. «Эта карта неба станет замечательным научным наследием будущего. Это свидетельство разработчиков LOFAR, что этот телескоп работает так хорошо », - говорит Кэрол Джексон, генеральный директор ASTRON.
Следующий шаг: 26 исследовательских работ в специальном выпуске «Астрономия и астрофизика» были выполнены только с первыми двумя процентами обзора неба. Команда стремится сделать чувствительные изображения с высоким разрешением всего северного неба, что в общей сложности выявит 15 миллионов радиоисточников.
«Представьте себе некоторые открытия, которые мы можем сделать по пути. Я, конечно, с нетерпением жду этого », - говорит Джексон. «И среди них будут первые массивные черные дыры, которые образовались, когда Вселенная была всего лишь« ребенком », с возрастом в несколько процентов ее нынешнего возраста», - добавляет Роттгеринг.
The Daily Galaxy через Нидерландский институт радиоастрономии (ASTRON)
