Международная группа астрономов опубликовала самую точную из известных карт Вселенной в низком радиодиапазоне. Благодаря новому обзору неба были изучены десятки тысяч галактик - вплоть до самых дальних концов Вселенной. Для наблюдений использовалась европейская сеть радиотелескопов LOFAR.
Специальный выпуск научного журнала «Астрономия и астрофизика» посвящен четырнадцати исследовательским работам, описывающим способы создания карт и первые научные результаты. Низкочастотные изображения сети радиотелескопов LOFAR настолько глубокие, что большинство видимых на них объектов - это галактики, подобные нашему Млечному Пути, но очень далекие и видимые в момент своего формирования.
Наблюдения на радиоволнах позволяют заглядывать в области, закрытые пылью в видимом диапазоне, и такие ситуации возникают в областях звездообразования. Благодаря новому исследованию ученые смогли точно определить взаимосвязь между яркостью галактики в радиодиапазоне и скоростью звездообразования. Были даны более подробные оценки количества новых звезд, образующихся в молодой Вселенной.
Уникальный сбор новых данных также позволил провести множество других научных исследований. Например, изучались выбросы из окрестностей массивных черных дыр при столкновениях квазаров и галактик. Поскольку наблюдения областей неба время от времени повторялись, появилась возможность изучить переменность некоторых источников. Это дало неожиданные результаты.
Была обнаружена экзотическая звезда, красный карлик CR Дракона, которая показывает вспышки радиоизлучения, подобные тем, что происходят на Юпитере. Они могут быть вызваны взаимодействием этой звезды с неизвестной планетой. Вторая возможность - чрезвычайно быстрое вращение звезды.
Чтобы получить радиоизображения неба, необходимо обработать огромные объемы данных. Эти карты были созданы путем объединения сигналов от 70 000 антенн радиотелескопа LOFAR, что дало в общей сложности более 4 петабайт необработанных данных, что соответствует емкости около миллиона DVD. Наблюдаемый участок неба был примерно в 300 раз больше, чем полная Луна.
Результаты глубинной съемки в рамках двухметрового обзора неба LOFAR (LoTSS) являются результатом работы международной группы ученых под руководством проф. Филипа Беста из Эдинбургского университета (Великобритания).
International Low Frequency Array или сокращенно LOFAR - это европейская сеть радиоантенн, базирующаяся в Экслоо, Нидерланды. Инструмент был разработан, построен и в настоящее время эксплуатируется ASTRON, Голландским радиоастрономическим институтом. Страны-партнеры проекта - Франция, Ирландия, Латвия, Нидерланды, Германия, Польша, Швеция, Великобритания и Италия.
Радиотелескоп LOFAR
LOFAR работает как радиоинтерферометр. Сигнал от одной станции преобразуется в цифровые данные, которые отправляются в режиме онлайн на суперкомпьютер в Гронингене (так называемый коррелятор) и комбинируются с другими сигналами от других станций. Интересным фактом о работе LOFAR является то, что его антенны неподвижны, их нельзя вращать или сдвигать, как в стандартных радиотелескопах. Выбор направления, в котором должен «смотреть» телескоп, основан на программном обеспечении с помощью соответствующих корректировок цифрового сигнала. Исходя из этих данных, так называемое Преобразование Фурье создает радиокарту (изображение) неба.
Это вкратце, но есть целый ряд промежуточных шагов, к сожалению, отнимающих много времени, от которых зависит качество получаемых в конце карт. Сигналы от станций искажаются земными возмущениями, создаваемыми нашей цивилизацией, такими как различные электрические устройства или радиопередатчики, работающие в диапазонах волн FM и DAB. Специальные цифровые фильтры улавливают эти нежелательные сигналы в данных LOFAR и удаляют их. Второй источник проблем - это ионосфера Земли, которая на этих низких частотах наблюдения искажает фазу и амплитуду радиосигналов, исходящих из космоса и проходящих через него. Первоначальный метод освобождения от влияния ионосферы - использование модели ее свойств, для чего используются данные, полученные со спутников GPS.
Наибольшее количество, а именно 38 станций LOFAR, находится в Нидерландах, следующие 6 находятся в Германии, 3 в Польше, и по одной в Швеции, Великобритании, Франции, Ирландии и Латвии. Еще одна станция в Италии находится в стадии строительства. Все 52 станции работают как один инструмент наблюдения.
Результаты обзора неба LoTSS
Опубликованная радиокарта Вселенной позволяет, среди прочего, гораздо более детально анализировать молодые галактики, образующие новые звезды. Благодаря чему можно проверить, достаточно ли точны текущие модели, описывающие эволюцию галактик, разработанные без глубоких знаний их физических свойств в радиодиапазоне, и предсказывать скорость образования новых звезд на уровне, наблюдаемом LOFAR. В то же время эта карта позволяет уточнить эволюционные модели и таким образом описать молодую Вселенную. Конечно, это также позволяет искать новые, доселе неизвестные астрофизические объекты.
Маштаб наблюдений
К сожалению, карта покрывает только часть северного неба. Районы наблюдения были выбраны таким образом, чтобы их можно было использовать в максимально возможной степени: были выбраны так называемые глубокие поля в северном небе, которые очень хорошо известны астрономам и наблюдались во многих различных спектральных диапазонах: в основном от ультрафиолета до дальнего инфракрасного диапазона.
Кроме того, для многих галактик в этих областях ранее проводились наблюдения спектральных линий, позволяющие анализировать их химический состав. Добавление информации о характеристиках радиоволн в этот набор данных дополнит имеющиеся знания и позволит провести чрезвычайно подробный анализ и проверку существующих моделей и, возможно, разработку новых. Кроме того, сами по себе радионаблюдения не позволяют определить расстояние до данного объекта, поэтому чрезвычайно важны более ранние наблюдения, сделанные с помощью других инструментов.
Оценка звездной массы активных галактик
Звездная масса - это основной физический параметр галактики, позволяющий оценить последующие характеристические величины. Дополнительные сведения о скорости звездообразования позволяют провести его первоначальную классификацию по эволюционным путям.
Звездные массы галактик определяются путем моделирования их энергетических спектров на основе фотометрических наблюдений в оптическом диапазоне, в котором видны более старые звезды, и в ультрафиолетовом диапазоне, в котором наблюдаюцца молодые звездные популяции. Основное предположение метода моделирования - восстановить излучение звезд в галактике и сравнить его с существующими моделями. Добавление радиоинформации к этому анализу позволит более точно определять массу очень молодых звезд.
Источник: LOFAR
