Na bijna tien jaar werk heeft een internationaal team van astronomen de meest gedetailleerde beelden gepubliceerd die tot nu toe zijn gezien van sterrenstelsels buiten de onze, waarbij hun innerlijke werking in ongekend detail wordt onthuld. De beelden zijn gemaakt op basis van gegevens die zijn verzameld door de Low Frequency Array (LOFAR), een radiotelescoop gebouwd en onderhouden door ASTRON. LOFAR is een netwerk van meer dan 70.000 kleine antennes verspreid over negen Europese provincies, met als kern Exloo, Nederland. De resultaten zijn het resultaat van jarenlang werk van het team, geleid door dr. Leah Morabito van de Durham University. Het team werd in het VK ondersteund door de Science and Technology Facilities Council (STFC).
Een verborgen universum van licht onthullen in HD
Het heelal wordt overspoeld met elektromagnetische straling, waarvan het zichtbare licht slechts het kleinste schijfje bevat. Elk deel van het lichtspectrum onthult iets unieks over het universum, van kortegolf gammastraling en röntgenstraling tot microgolf- en radiogolven met lange golflengte. Het LOFAR-netwerk legt beelden vast op FM-radiofrequenties die, in tegenstelling tot bronnen met een kortere golflengte, zoals zichtbaar licht, niet worden geblokkeerd door de wolken van stof en gas die astronomische objecten kunnen bedekken. Ruimtegebieden die voor onze ogen donker lijken, branden in feite helder in radiogolven - waardoor astronomen in stervormingsgebieden of in het hart van sterrenstelsels zelf kunnen kijken.
De nieuwe beelden, mogelijk gemaakt door het internationale karakter van de samenwerking, verleggen de grenzen van wat we weten over sterrenstelsels en superzware zwarte gaten. Een speciale uitgave van het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics is gewijd aan 11 onderzoekspapers die deze beelden en de wetenschappelijke resultaten beschrijven.
Betere resolutie door samen te werken
De afbeeldingen onthullen de innerlijke werking van nabije en verre sterrenstelsels met een resolutie die 20 keer scherper is dan typische LOFAR-afbeeldingen. Dit werd mogelijk gemaakt door de unieke manier waarop het team gebruik maakte van de array. De 70.000+ LOFAR-antennes zijn verspreid over Europa, waarvan het merendeel in Nederland. In standaardbedrijf worden alleen de signalen van in Nederland gevestigde antennes gecombineerd en ontstaat er een 'virtuele' telescoop met een opvanglens met een diameter van 120 km. Door de signalen van alle Europese antennes te gebruiken, heeft het team de diameter van de 'lens' vergroot tot bijna 2.000 km, wat een twintigvoudige toename van de resolutie oplevert.
In tegenstelling tot conventionele array-antennes die meerdere signalen in realtime combineren om beelden te produceren, gebruikt LOFAR een nieuw concept waarbij de signalen die door elke antenne worden verzameld, worden gedigitaliseerd, naar de centrale processor worden getransporteerd en vervolgens worden gecombineerd om een beeld te creëren. Elk LOFAR-beeld is het resultaat van het combineren van de signalen van meer dan 70.000 antennes, wat hun buitengewone resolutie mogelijk maakt.
Jets en uitstromen van superzware zwarte gaten onthullen
Superzware zwarte gaten kunnen op de loer liggen in het hart van veel sterrenstelsels en veel van deze zijn 'actieve' zwarte gaten die invallende materie verslinden en terug de kosmos in blazen als krachtige stralen en uitstromende straling. Deze jets zijn onzichtbaar voor het blote oog, maar ze branden helder in radiogolven en het zijn deze waarop de nieuwe hoge-resolutiebeelden zijn gericht. Dr. Neal Jackson van de Universiteit van Manchester, zei: "Deze afbeeldingen met hoge resolutie stellen ons in staat om in te zoomen om te zien wat er werkelijk aan de hand is wanneer superzware zwarte gaten radiojets lanceren, wat voorheen niet mogelijk was op frequenties in de buurt van de FM-radioband ” Het werk van het team vormt de basis van negen wetenschappelijke studies die nieuwe informatie onthullen over de interne structuur van radiojets in verschillende sterrenstelsels.
Een uitdaging van tien jaar
Zelfs voordat LOFAR in 2012 van start ging, begon het Europese team van astronomen te werken aan de kolossale uitdaging van het combineren van de signalen van meer dan 70.000 antennes die tot wel 2.000 km van elkaar verwijderd zijn. Het resultaat, een openbaar beschikbare pijplijn voor gegevensverwerking, die in detail wordt beschreven in een van de wetenschappelijke artikelen, zal astronomen van over de hele wereld in staat stellen LOFAR te gebruiken om relatief gemakkelijk afbeeldingen met een hoge resolutie te maken. Dr. Leah Morabito van Durham University, zei: "Ons doel is dat de wetenschappelijke gemeenschap hierdoor het hele Europese netwerk van LOFAR-telescopen voor hun eigen wetenschap kan gebruiken, zonder dat het jaren hoeft te kosten om een expert te worden."
Superafbeeldingen vereisen supercomputers
Het relatieve gemak van de ervaring voor de eindgebruiker logenstraft de complexiteit van de rekenkundige uitdaging die elk beeld mogelijk maakt. Omdat LOFAR niet alleen 'foto's maakt' van de nachtelijke hemel, moet het de gegevens die zijn verzameld door meer dan 70.000 antennes aan elkaar plakken, wat een enorme rekentaak is. Om een enkel beeld te produceren, moeten meer dan 13 terabit ruwe data per seconde – het equivalent van meer dan driehonderd dvd’s – worden gedigitaliseerd, naar een centrale processor worden getransporteerd en vervolgens worden gecombineerd.
Frits Sweijen van de Universiteit Leiden: “Om zulke immense datavolumes te verwerken, moeten we supercomputers gebruiken. Hiermee kunnen we de terabytes aan informatie van deze antennes in slechts een paar dagen omzetten in slechts enkele gigabytes aan wetenschappelijke data.”
Over LOFAR
De International LOFAR Telescope is een trans-Europees netwerk van radioantennes, met een kern in Exloo in Nederland. LOFAR werkt door het combineren van de signalen van meer dan 70.000 afzonderlijke antennedipolen, die zich bevinden in 'antennestations' in heel Nederland en in partnerlanden van Europa. De stations zijn verbonden door een supersnel glasvezelnetwerk, met krachtige computers die de radiosignalen verwerken om een trans-Europese radioantenne te simuleren die zich over 1.300 kilometer uitstrekt. De International LOFAR Telescope is uniek, gezien zijn gevoeligheid, brede gezichtsveld en beeldresolutie of helderheid. Het LOFAR data-archief is de grootste astronomische dataverzameling ter wereld. LOFAR is ontworpen, gebouwd en wordt momenteel beheerd door ASTRON, het Nederlands Instituut voor Radioastronomie. Frankrijk, Duitsland, Ierland, Italië, Letland, Nederland, Polen, Zweden en het VK zijn allemaal partnerlanden van de International LOFAR Telescope.
Bron: Nederlands Instituut voor Radioastronomie
