Радиотелескоп LOFAR с рекордной детализацией запечатлел почти 63 000 источников радиосигнала во Вселенной

Исследователи Лейденского университета в Нидерландах и их коллеги из международной команды астрономов получили самое детальное и чувствительное на сегодняшний день изображение неба в низкочастотном радиодиапазоне. Для этого они воспользовались LOFAR (Low Frequency Array) — сетью радиоантенн, размещённых по всей Европе. На участке неба ELAIS-N1 размером 2,5 × 2,5 градуса учёные выявили и внесли в каталог 62 916 отдельных радиоисточников, среди которых активные ядра галактик, области звездообразования и другие объекты, испускающие радиоволны.

Угловое разрешение изображения составляет 0,33 × 0,39 угловой секунды. Для сравнения: такая детализация позволила бы разглядеть монету с расстояния около 10 км. Полная карта насчитывает примерно 8 млрд пикселей и охватывает участок неба площадью почти в 25 дисков полной Луны. По чувствительности и детализации она превосходит прежние изображения этого участка, полученные с помощью LOFAR. В сравнении с предыдущей высокодетальной картой чувствительность выросла в 2,6 раза, а время наблюдений увеличилось примерно в шесть раз — с 32 до 200 часов.

Карту составили, объединив данные 25 наблюдений в диапазоне 115–168 МГц. Объём исходного массива достиг примерно 400 ТБ. Прежде обработка такого количества радиоданных с сохранением разрешения менее одной угловой секунды требовала практически недоступных вычислительных ресурсов. Исследователи усовершенствовали методы калибровки и обработки сигналов, в том числе разработали способ объединения результатов разных наблюдений без существенной потери точности. Это позволило сократить вычислительные затраты более чем в десять раз по сравнению с первоначальными методами. Обработка данных на платформе Spider нидерландского национального центра SURF заняла несколько месяцев и потребовала почти 750 000 процессорных часов.

Особенно полезной карта будет для исследования 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, которые могут простираться далеко за пределы галактики. На прежних радиокартах с более низким разрешением эти структуры нередко выглядели размытыми пятнами. Из-за этого было трудно установить, относятся ли разные участки излучения к одной галактике, нескольким объектам или протяжённому джету. Новые данные позволяют выделять отдельные компоненты и прослеживать форму радиоджетов, а также изучать их взаимодействие с окружающей средой и изменения на протяжении космической истории.

Другую крупную группу обнаруженных объектов составляют галактики с активным звездообразованием. Радионаблюдения особенно важны для их изучения: в отличие от видимого и инфракрасного света, радиоволны проходят сквозь пылевые облака, способные скрывать области рождения звёзд. Благодаря этому LOFAR помогает обнаруживать звездообразование, невидимое для оптических телескопов, в том числе в далёких галактиках. Сравнение радиокарты с существующими наблюдениями ELAIS-N1 в оптическом, инфракрасном и рентгеновском диапазонах поможет астрономам определять расстояния до источников, оценивать их массы и разграничивать вклад звездообразования и активности чёрных дыр в общее излучение галактик.

Команда также показала, что новые данные позволяют изучать поляризацию радиосигналов с высоким разрешением. После исправления инструментальных помех утечка сигнала между компонентами линейной поляризации составила 0,12% — вдвое меньше типичного значения для предыдущих обзоров LOFAR с разрешением 6 угловых секунд. Это расширяет возможности исследования магнитных полей и свойств плазмы в галактиках, хотя подробный анализ поляризационных данных учёные оставили для будущих работ.

Все изображения и каталоги опубликованы в открытом доступе, чтобы астрономы могли сопоставлять их с данными других телескопов. Работа также демонстрирует готовность LOFAR к следующему этапу развития: модернизированная система LOFAR2.0 должна обеспечить более чувствительные и масштабные обзоры с высоким разрешением. По мнению авторов, отработанные методы обработки позволят увеличить продолжительность наблюдений до тысяч часов и сохранить научную ценность телескопа в эпоху радиоинтерферометра SKA, который строится в Южной Африке и Австралии.

Источник: iXBT