– LOw Frequency ARray, czyli Sieć Radiowa Niskiej Częstotliwości (LOFAR), to innowacyjna infrastruktura diagnostyki radiowej. Już od dziesięciu lat rewolucjonizuje badania w dziedzinie radioastronomii i fizyki kosmosu – mówi dr hab. Hanna Rothkaehl. Uczona kieruje stacją LOFAR, mieszczącą się w Obserwatorium Astrogeodynamicznym Centrum Badań Kosmicznych PAN w Borówcu pod Poznaniem.

Trzy polskie stacje LOFAR

To jedna z trzech polskich stacji tego olbrzymiego radioteleskopu. Zaangażowanie Polski w projekt LOFAR zaowocowało wybudowaniem w 2015 roku stacji:

  • PL-610 w Borówcu (koło Poznania), należącej do CBK PAN,
  • PL-611 w Łazach (koło Krakowa), przynależnej do Uniwersytetu Jagiellońskiego,
  • PL-612 w Bałdach (koło Olsztyna), będącej własnością Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego.

Polskie stacje zostały włączone do systemu LOFAR w 2016 roku. Rozpoczęły prowadzenie obserwacji radioastronomicznych i monitorowanie przestrzeni kosmicznej w ramach tzw. Kluczowych Projektów Naukowych (ang. Key Science Projects) LOFAR.

Największy radioteleskop na świecie

 – Dane pozyskiwane dzięki tym radioteleskopom są wyjątkowo cenne i generują liczne odkrycia i publikacje naukowe. Teraz LOFAR ERIC, będąc oficjalnym podmiotem w Unii Europejskiej, planuje znaczącą modernizację infrastruktury LOFAR 2.0. Otrzymamy niezwykły instrument, oferujący nowoczesne możliwości obserwacji i przetwarzania danych dla całej wielkiej społeczności astronomicznej. LOFAR 2.0 pozwoli też na monitorowanie tzw. pogody kosmicznej i utworzenie całego programu skoncentrowanego na obserwacji i modelowaniu warunków panujących wokół Ziemi – mówi dr hab. Rothkaehl. Podkreśla też, że modernizacja infrastruktury otworzy społeczności naukowej nowe możliwości obserwacji Wszechświata i diagnostyki plazmy kosmicznej na skalę do tej pory nieosiągalną.

Na jakiej zasadzie działa ten rozproszony radioteleskop? Interferometria – to słowo kluczowe, gdy mówimy o takiej strukturze. LOFAR to interferometr radiowy, obserwujący kosmos w zakresie bardzo niskich częstotliwości. Ten radioteleskop jest tak duży, jak rozpiętość pomiędzy jego stacjami. W tej chwili sieć obejmuje 52 stacje, połączone ze sobą za pomocą bardzo szybkiego łącza internetowego.

Zdecydowana większość, bo aż 38 stacji, działających w ramach systemu LOFAR, znajduje się w Holandii. Kolejne 6 stacji usytuowanych jest w Niemczech, 3 w Polsce, a po jednej w Szwecji, Wielkiej Brytanii, Francji, Irlandii i na Łotwie. Planowane są też trzy kolejne stacje.

Ponadnarodowy ośrodek badawczy

W dodatku wszystko wskazuje na to, że projekt będzie się rozrastał i uzyska stabilność finansowo-prawną. W ostatnich dniach stycznia 2024 roku zainaugurowano działanie konsorcjum LOFAR ERIC. Tym samym konsorcjum stało się oficjalnym podmiotem w Unii Europejskiej.

LOFAR ERIC umożliwi przejrzysty dostęp do wielu usług badawczych. Wesprze współpracę naukową i umożliwi realizację innowacyjnych projektów na dużą skalę w różnych dziedzinach nauki. Będą to m.in.:

  • badania właściwości odległego młodego Wszechświata,
  • obserwacje procesów formowania się i ewolucji galaktyk,
  • fizyka pulsarów i przejściowych zjawisk radiowych,
  • natura cząstek kosmicznych o ultrawysokiej energii,
  • badanie warunków w ośrodku międzygwiazdowym i struktury kosmicznych pól magnetycznych,
  • badanie Słońca i plazmowego otoczenia Ziemi.

Radiowa mapa Wszechświata

Konsorcjum zapewni też organizację koordynującą współpracę między ośrodkami naukowymi pracującymi z LOFAR-em. Wszystko po to, by – tak jak stacje LOFAR-a tworzą jeden wielki radioteleskop – naukowcy pracujący z nim również tworzyli wielką ponadnarodową organizację badawczą.

Właśnie taka ponadnarodowa współpraca zaowocowała m.in. najdokładniejszą i największą radiową mapą Wszechświata. Została ona oficjalnie pokazana w 2021 roku. Na mapie znajduje się ponad 4 miliony obiektów. Z czego około milion to obiekty nowe, w tym 25 tysięcy czarnych dziur. W obserwacjach wykryto dziesiątki tysięcy galaktyk, podobnych do naszej Drogi Mlecznej i położonych nawet na krańcach Wszechświata.

W oparciu o dane zawarte na mapie uruchomiono projekt nauki obywatelskiej (ang. citizen science), pomagający w odnajdywaniu nowych czarnych dziur. Projekt nazywa się Radio Galaxy Zoo: LOFAR. Został stworzony w dużej mierze przez Polaków.

Pogoda kosmiczna przez teleskop

 – Zakład Fizyki Plazmy z CBK PAN od początku swojej aktywności w ramach sieci LOFAR skupiał się na tematyce związanej z pogodą kosmiczną. A także z wykorzystaniem stacji interferometru do prowadzenia nowatorskich badań dotyczących właściwości plazmy okołoziemskiej – wyjaśnia dr hab. Rothkaehl.

Podkreśla, że otworzyło to badaczom z Centrum drogę do uczestnictwa w wielu ciekawych inicjatywach badawczych. W tym w projekcie LOFAR dla Pogody Kosmicznej (LOFAR4SW), realizowanym w programie Horyzont 2020. Celem projektu i jego kontynuacji jest dostosowanie infrastruktury interferometru LOFAR dla celów obserwacji pogody kosmicznej.

– Umożliwi to m.in. monitorowanie aktywności Słońca, wyznaczanie parametrów wiatru słonecznego, badanie drobno- i wielkoskalowych zmian zachodzących w jonosferze. A także w unikatowy sposób zapewni powiązanie z globalnymi pomiarami międzyplanetarnego pola magnetycznego – kluczowego parametru w prognozowaniu nasilenia burz geomagnetycznych. Dane obserwacyjne ze stacji PL610 są udostępniane również w ramach europejskich projektów VESPA i PITHIA-NRF – podsumowuje dr hab. Rothkaehl.