Gli astronomi hanno pubblicato le immagini più dettagliate mai viste di galassie oltre la nostra, rivelando il loro funzionamento interno con dettagli senza precedenti.

Le immagini sono state create dai dati raccolti dal Low Frequency Array (LOFAR), una rete di oltre 70, 000 piccole antenne sparse in nove paesi europei. I risultati vengono dagli anni di lavoro del team, guidato dalla dottoressa Leah Morabito alla Durham University. Il team è stato supportato nel Regno Unito dal Science and Technology Facilities Council (STFC).

Oltre a sostenere lo sfruttamento della scienza, STFC finanzia anche l'abbonamento del Regno Unito a LOFAR, compresi i costi di aggiornamento e il funzionamento della sua stazione LOFAR nell'Hampshire.

Rivelare un universo nascosto di luce in HD

L'universo è inondato di radiazioni elettromagnetiche, di cui la luce visibile comprende solo la più piccola fetta. Dai raggi gamma a breve lunghezza d'onda e dai raggi X, a microonde e onde radio a lunga lunghezza d'onda, ogni parte dello spettro luminoso rivela qualcosa di unico sull'universo.

La rete LOFAR acquisisce immagini a frequenze radio FM che, a differenza delle sorgenti a lunghezza d'onda più corte come la luce visibile, non sono bloccati dalle nuvole di polvere e gas che possono coprire oggetti astronomici.

Regioni di spazio che ai nostri occhi sembrano oscure, effettivamente bruciare brillantemente nelle onde radio. Ciò consente agli astronomi di scrutare nelle regioni di formazione stellare o nel cuore delle galassie stesse.

Le nuove immagini, reso possibile dal carattere internazionale della collaborazione, spingere i confini di ciò che sappiamo sulle galassie e sui buchi neri supermassicci. Un numero speciale della rivista scientifica "Astronomy and Astrophysics" è dedicato a undici articoli di ricerca che descrivono queste immagini ei risultati scientifici.

Migliore risoluzione lavorando insieme

Le immagini rivelano il funzionamento interno delle galassie vicine e lontane con una risoluzione 20 volte più nitida rispetto alle tipiche immagini LOFAR. Ciò è stato reso possibile dal modo unico in cui il team ha utilizzato l'array.

il 70, Più di 000 antenne LOFAR sono sparse in tutta Europa, con la maggioranza che si trova nei Paesi Bassi. Nel funzionamento standard, vengono combinati solo i segnali delle antenne situate nei Paesi Bassi, e crea un telescopio 'virtuale' con una 'lente' collettore del diametro di 120 km.

Utilizzando i segnali di tutte le antenne europee, il team ha aumentato il diametro della "lente" a quasi 2, 000 chilometri, che fornisce un aumento di venti volte della risoluzione.

A differenza delle antenne array convenzionali che combinano più segnali in tempo reale per produrre immagini, LOFAR utilizza un nuovo concetto. Per cui, i segnali raccolti da ciascuna antenna sono digitalizzati, trasportato al processore centrale, e poi combinati per creare un'immagine. Ogni immagine LOFAR è il risultato della combinazione dei segnali provenienti da più di 70, 000 antenne, che è ciò che rende possibile la loro straordinaria risoluzione.

Capire i buchi neri supermassicci

I buchi neri supermassicci si trovano in agguato nel cuore di molte galassie. Molti di questi sono buchi neri "attivi" che divorano la materia in caduta e la eruttano nuovamente nel cosmo sotto forma di potenti getti e flussi di radiazioni. Questi getti sono invisibili ad occhio nudo, ma bruciano luminose nelle onde radio ed è su queste che si sono concentrate le nuove immagini ad alta risoluzione.

Dott. Neal Jackson dell'Università di Manchester, disse, "Queste immagini ad alta risoluzione ci consentono di ingrandire per vedere cosa sta realmente accadendo quando i buchi neri super-massicci lanciano getti radio, che prima non era possibile a frequenze vicine alla banda radio FM."

Il lavoro del team costituisce la base di nove studi scientifici che rivelano nuove informazioni sulla struttura interna dei getti radio in una varietà di galassie diverse.

Una sfida decennale

Anche prima che LOFAR iniziasse ad operare nel 2012, il team europeo di astronomi ha iniziato a lavorare per affrontare la colossale sfida di combinare i segnali provenienti da oltre 70, 000 antenne situate fino a 2, 000 km di distanza. Il risultato, una pipeline di elaborazione dei dati disponibile al pubblico, che è descritto in dettaglio in uno dei lavori scientifici, consentirà agli astronomi di tutto il mondo di utilizzare LOFAR per realizzare immagini ad alta risoluzione con relativa facilità.

Dott.ssa Leah Morabito dell'Università di Durham, disse, "Il nostro obiettivo è che ciò consenta alla comunità scientifica di utilizzare l'intera rete europea di telescopi LOFAR per la propria scienza, senza dover spendere anni per diventare un esperto."

Le super immagini richiedono supercomputer

La relativa facilità dell'esperienza per l'utente finale smentisce la complessità della sfida computazionale che rende possibile ogni immagine. Perché LOFAR non si limita a "fotografare" il cielo notturno, deve unire i dati raccolti da più di 70, 000 antenne, che è un enorme compito computazionale.

Per produrre una singola immagine, più di 13 terabit di dati grezzi al secondo, l'equivalente di più di 300 DVD, deve essere digitalizzato, trasportati a un processore centrale e quindi combinati.

Frits Sweijen dell'Università di Leiden, disse, "Per elaborare volumi di dati così immensi dobbiamo utilizzare i supercomputer. Questi ci consentono di trasformare i terabyte di informazioni provenienti da queste antenne in pochi gigabyte di dati scientifici, in un paio di giorni».