De mest detaljerede billeder af galakser nogensinde afsløret

Astronomer har offentliggjort de mest detaljerede billeder, der er set af galakser ud over vores egen endnu, afslører deres indre virke i hidtil usete detaljer.

Billederne blev skabt ud fra data indsamlet af Low Frequency Array (LOFAR), et netværk på mere end 70, 000 små antenner fordelt på ni europæiske lande. Resultaterne kommer fra teamets mange års arbejde, ledet af Dr. Leah Morabito ved Durham University. Holdet blev støttet i Storbritannien af ​​Science and Technology Facilities Council (STFC).

Udover at støtte videnskabelig udnyttelse, STFC finansierer også det britiske abonnement på LOFAR, inklusive opgraderingsomkostninger og drift af dets LOFAR-station i Hampshire.

Afslører et skjult univers af lys i HD

Universet er oversvømmet med elektromagnetisk stråling, hvoraf synligt lys kun udgør den mindste skive. Fra kortbølgelængde gammastråler og røntgenstråler, til langbølgede mikrobølger og radiobølger, hver del af lysspektret afslører noget unikt om universet.

LOFAR-netværket optager billeder ved FM-radiofrekvenser, i modsætning til kilder med kortere bølgelængde som synligt lys, er ikke blokeret af de støv- og gasskyer, der kan dække astronomiske objekter.

Områder i rummet, der virker mørke for vores øjne, faktisk brænder stærkt i radiobølger. Dette giver astronomer mulighed for at kigge ind i stjernedannende områder eller ind i hjertet af galakser selv.

De nye billeder, muliggjort på grund af samarbejdets internationale karakter, rykker grænserne for, hvad vi ved om galakser og supermassive sorte huller. Et særnummer af det videnskabelige tidsskrift "Astronomy and Astrophysics" er dedikeret til elleve forskningsartikler, der beskriver disse billeder og de videnskabelige resultater.

Bedre opløsning ved at arbejde sammen

Billederne afslører den indre funktion af nærliggende og fjerne galakser med en opløsning, der er 20 gange skarpere end typiske LOFAR-billeder. Dette blev muliggjort af den unikke måde, holdet brugte arrayet på.

De 70, 000+ LOFAR-antenner er spredt over hele Europa, med størstedelen i Holland. I standarddrift, kun signalerne fra antenner placeret i Holland kombineres, og skaber et 'virtuelt' teleskop med en samle-'linse' med en diameter på 120 km.

Ved at bruge signalerne fra alle de europæiske antenner, holdet har øget diameteren af ​​'linsen' til næsten 2, 000 km, hvilket giver en tyve gange stigning i opløsning.

I modsætning til konventionelle array-antenner, der kombinerer flere signaler i realtid for at producere billeder, LOFAR bruger et nyt koncept. Hvorved, de signaler, der indsamles af hver antenne, digitaliseres, transporteres til central processor, og derefter kombineret for at skabe et billede. Hvert LOFAR-billede er resultatet af at kombinere signalerne fra mere end 70, 000 antenner, hvilket er det, der gør deres ekstraordinære løsning mulig.

Forståelse af supermassive sorte huller

Supermassive sorte huller kan findes i hjertet af mange galakser. Mange af disse er 'aktive' sorte huller, der fortærer nedfaldende stof og bøvser det tilbage ud i kosmos som kraftige stråler og udstrømninger af stråling. Disse jetfly er usynlige for det blotte øje, men de brænder stærkt i radiobølger, og det er disse, de nye højopløselige billeder har fokuseret på.

Dr. Neal Jackson fra University of Manchester, sagde, "Disse billeder i høj opløsning giver os mulighed for at zoome ind for at se, hvad der virkelig sker, når supermassive sorte huller sender radiojetfly, hvilket ikke var muligt før på frekvenser nær FM-radiobåndet."

Holdets arbejde danner grundlag for ni videnskabelige undersøgelser, der afslører ny information om den indre struktur af radiostråler i en række forskellige galakser.

En årtier lang udfordring

Allerede før LOFAR startede sin drift i 2012, det europæiske hold af astronomer begyndte at arbejde på at løse den kolossale udfordring med at kombinere signalerne fra mere end 70, 000 antenner placeret så meget som 2, 000 km fra hinanden. Resultatet, en offentligt tilgængelig databehandlingspipeline, som er beskrevet detaljeret i en af ​​de videnskabelige artikler, vil give astronomer fra hele verden mulighed for at bruge LOFAR til at lave billeder i høj opløsning med relativ lethed.

Dr. Leah Morabito fra Durham University, sagde, "Vores mål er, at dette gør det muligt for det videnskabelige samfund at bruge hele det europæiske netværk af LOFAR-teleskoper til deres egen videnskab, uden at skulle bruge år på at blive ekspert."

Superbilleder kræver supercomputere

Den relative lette oplevelse for slutbrugeren modsiger kompleksiteten af ​​den beregningsmæssige udfordring, der gør hvert billede muligt. Fordi LOFAR ikke kun 'tager billeder' af nattehimlen, den skal sammenføje de indsamlede data med mere end 70, 000 antenner, hvilket er en kæmpe beregningsopgave.

For at producere et enkelt billede, mere end 13 terabit rådata pr. sekund, hvad der svarer til mere end 300 dvd'er, skal digitaliseres, transporteret til en central processor og derefter kombineret.

Frits Sweijen fra Leiden Universitet, sagde, "For at behandle sådanne enorme datamængder er vi nødt til at bruge supercomputere. Disse giver os mulighed for at omdanne terabytes af information fra disse antenner til blot nogle få gigabyte videnskabsklare data, på kun et par dage."