Een internationaal team van meer dan 200 astronomen uit 18 landen heeft de eerste fase gepubliceerd van een grote nieuwe, ongekend gevoelige radiosurvey van de hemel die is uitgevoerd met de Low Frequency Array (LOFAR) telescoop. De survey toont honderdduizenden nooit eerder waargenomen sterrenstelsels en werpt nieuw licht op tal van onderzoeksterreinen, waaronder de fysica van zwarte gaten en de evolutie van clusters van sterrenstelsels.
Het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics heeft een speciaal nummer gewijd aan de eerste 26 onderzoeksartikelen die de survey en zijn eerste resultaten beschrijven. De radioastronomie toont processen in het heelal die we met optische instrumenten niet kunnen waarnemen. Bij het eerste deel van de hemelsurvey heeft LOFAR een kwart van de noordelijke hemel op lage radiofrequenties waargenomen. Ongeveer tien procent van deze gegevens is nu openbaar gemaakt. De vrijgegeven data omvatten 300.000 bronnen, bijna allemaal sterrenstelsels in het verre heelal. Hun radiosignalen hebben miljarden lichtjaren afgelegd voordat ze de aarde bereikten.
Zwarte gaten
Huub Röttgering van de Universiteit Leiden: ‘Als we een radiotelescoop op de hemel richten zien we voornamelijk straling uit de onmiddellijke omgeving van enorme zwarte gaten. Met LOFAR hopen we het antwoord te vinden op de fascinerende vraag waar al deze zwarte gaten vandaan komen.’ Wat we al weten is dat zwarte gaten nogal slordige eters zijn. Wanneer er gas op hen valt, stoten ze jets van materie uit die op radiogolflengten waarneembaar zijn.
Philip Best van de Universiteit van Edinburgh (VK) voegt daaraan toe: ‘LOFAR heeft een uitzonderlijke gevoeligheid en daardoor kunnen we zien dat de meest massarijke sterrenstelsels stuk voor stuk jets vertonen. Dat betekent dat hun zwarte gaten onophoudelijk aan het ‘eten’ zijn.’
Clusters van sterrenstelsels
Clusters zijn groepen van honderden tot duizenden sterrenstelsels. Al tientallen jaren is bekend dat wanneer twee van die clusters samensmelten, ze over afstanden van miljoenen lichtjaren radio-emissie kunnen produceren. Vermoed wordt dat deze straling afkomstig is van deeltjes die tijdens het samengaan van de clusters worden versneld. Amanda Wilber van de Universiteit van Hamburg (Duitsland) licht dat nader toe: ‘Met radiowaarnemingen kunnen we straling detecteren van het ijle medium tussen de sterrenstelsels. Deze straling wordt opgewekt door krachtige schokken en turbulentie. LOFAR stelt ons in staat om veel meer van deze bronnen te detecteren en te begrijpen wat hen aandrijft.’
Annalisa Bonafede van de Universiteit van Bologna en INAF (Italië) voegt daaraan toe: ‘Wat we met LOFAR beginnen te zien is dat ook sommige clusters die níét samensmelten deze emissie vertonen, zij het op een heel laag niveau dat voorheen niet detecteerbaar was. Deze ontdekking vertelt ons dat er, naast onderlinge fusies, ook andere verschijnselen bestaan die een grootschalige versnelling van deeltjes kunnen veroorzaken.’
Magnetisch velden
‘Overal in het heelal kom je magnetisch velden tegen, en we willen begrijpen hoe dit komt. Het meten van magnetische velden in de intergalactische ruimte is vaak moeilijk, omdat zij heel erg zwak zijn. De ongekende nauwkeurigheid van de LOFAR-waarnemingen heeft ons in staat gesteld om het effect te meten van kosmische magnetische velden op radiogolven van een reusachtig radiosterrenstelsel met een diameter van 11 miljoen lichtjaar. Dit onderzoek laat zien hoe we LOFAR kunnen gebruiken om de oorsprong van kosmische magnetische velden beter te leren begrijpen’, legt Shane O’Sullivan van de Universiteit van Hamburg uit.
Beelden van hoge kwaliteit
Het maken van laagfrequente radiokaarten van de hemel kost aanzienlijke hoeveelheden telescoop- en rekentijd, en er zijn grote teams nodig om de verzamelde gegevens te analyseren. ‘LOFAR produceert enorme hoeveelheden data – we moeten het equivalent van tien miljoen dvd’s met gegevens verwerken. De LOFAR-surveys zijn onlangs mogelijk geworden dankzij een wiskundige doorbraak in de wijze waarop we de interferometrie begrijpen’, zegt Cyril Tasse van de radioastronomische waarneempost van de Sterrenwacht van Parijs in Nançay (Frankrijk).
‘We hebben samengewerkt met SURF in Nederland om de enorme hoeveelheden data op efficiënte wijze om te zetten in beelden van hoge kwaliteit. Deze beelden zijn nu openbaar en zullen astronomen in staat stellen om de evolutie van sterrenstelsels ongekend gedetailleerd te onderzoeken’, zegt Timothy Shimwell van ASTRON en de Universiteit Leiden.
Het reken- en datacentrum van SURF, dat bij SURFsara in Amsterdam is ondergebracht, werkt voor 100 procent op duurzame energie en slaat meer dan 20 petabytes aan LOFAR-data op. ‘Dat is meer dan de helft van alle gegevens die de LOFAR-telescoop tot op heden heeft verzameld. Het is de grootse verzameling van astronomische gegevens ter wereld. Het verwerken van al die data stelt wetenschappers voor een grote uitdaging. Wat normaal gesproken eeuwen aan rekentijd op een gewone computer had gekost, is met behulp van het snelle rekencluster (Grid) en onze expertise in minder dan een jaar verwerkt’, zegt Raymond Oonk (SURFsara).
De LOFAR-telescoop, de Low Frequency Array, heeft het unieke vermogen om de hemel gedetailleerd in kaart te brengen op metergolflengten. LOFAR wordt beheerd door ASTRON en geldt als de voornaamste telescoop in zijn soort. ‘Deze hemelkaart zal een prachtige wetenschappelijke nalatenschap voor de toekomst zijn. Het siert de ontwerpers van LOFAR dat deze telescoop zo goed presteert’, zegt Carole Jackson, algemeen directeur van ASTRON.
De 26 onderzoeksartikelen in het speciale nummer van Astronomy & Astrophysics zijn gebaseerd op slechts de eerste twee procent van de hemelsurvey. Het team streeft ernaar om gevoelige hoge-resolutiebeelden van de hele noordelijke hemel te maken, waarop alles bij elkaar 15 miljoen radiobronnen te zien zullen zijn. ‘Stel je eens voor welke ontdekkingen dat kan opleveren. Ik kijk ernaar uit’, zegt Jackson. ‘Daartussen zullen de eerste zware zwarte gaten zitten die zich vormden toen het heelal nog maar een ‘baby’ was, van slechts een paar procent van zijn huidige leeftijd’, voegt Röttgering daaraan toe.
