Przez 18 dni anteny radioteleskopu LOFAR (ang. LOw Frequency ARray, sieć radiowa niskich częstotliwości) obserwowały wycinek nieba o powierzchni odpowiadającej czterem tarczom Księżyca. Celem obserwacji był obszar nazwany Abell 2255. Jest to gromada tysięcy galaktyk znajdująca się około miliarda lat świetlnych od Ziemi, w kierunku konstelacji Smoka.
Pierwsza tak szczegółowa obserwacja gromady galaktyk
Gromady galaktyk są najbardziej zagęszczonymi regionami Wszechświata. Składają się z setek, a nawet z tysięcy galaktyk. Pomiędzy galaktykami znajduje się rozrzedzony gaz wysokoenergetycznych cząstek. Jest tam też obecne słabe pole magnetyczne. Niewiele wiadomo o pochodzeniu gazu oraz o tym, jak cząstki i pola magnetyczne wpływają na siebie nawzajem.
Informacje zebrane przez LOFAR pozwoliły po raz pierwszy szczegółowo uchwycić emisję radiową z tak ogromnego obszaru. Dane z obserwacji zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym „Science Advances”.
– Możliwość obserwacji rozległych obszarów długofalowej emisji radiowej to jedna z największych zalet radioteleskopu LOFAR – komentuje prof. Leszek Błaszkiewicz, radioastronom z Uniwersytetu Warmińsko Mazurskiego w Olsztynie. Tam też usytuowana jest jedna z polskich stacji LOFAR.
Europejski radioteleskop LOFAR tak wielki, jak jego skrajne punkty
Warto zaznaczyć, że jednym z parametrów charakteryzujących przyrządy astronomiczne jest ich zdolność rozdzielcza, czyli możliwość rozdzielenia dwóch punktów na sferze niebieskiej. Zależy ona od wielkości instrumentu, także takiego jak interferometr. Dlatego wielkie narzędzia mają lepszą rozdzielczość.
Niestety rozdzielczość jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali. To stawia LOFAR, obserwujący fale od 1 metra (240 MHz) do około 17 metrów (30 MHz) w nie najlepszej sytuacji w stosunku do interferometrów obrazujących niebo na falach centymetrowych czy milimetrowych (powyżej 1 GHz).
– Ale ta z pozoru wada jest ogromną zaletą. Bo tam, gdzie inne przyrządy obserwują detale budowy poszczególnych galaktyk aktywnych, LOFAR dostrzega wcześniej niezbadane obszary naokoło tych rejonów. Uwidacznia słabą emisję i pozwala na snucie domysłów co do mechanizmów fizycznych rządzących dynamiką materii i pól magnetycznych. Gdy dodamy do tego fakt, że czułość LOFAR-a jest obecnie znakomita, a metody przetwarzania zbieranych informacji coraz lepsze, wyłoni się obraz znakomitego instrumentu astronomicznego – dodaje prof. Błaszkiewicz.
Powstawanie gromady Abell 2255. / fot. Science Advances
– Obserwacje obszaru Abel 2255 to kolejny przykład niezwykle interesujących badań astronomicznych, które są możliwe dzięki wyjątkowości interferometru LOFAR. Dotyczy to przede wszystkim zakresu częstotliwości, w jakim instrument pracuje. Obserwacje na niskich częstotliwościach są możliwe nawet do 30 MHz. Wymaga to jednak obserwacji prowadzonych całą siecią anten radioteleskopu – wyjaśnia Barbara Matyjasiak z Zakładu Fizyki Plazmy Centrum Badań Kosmicznych PAN, pracująca przy należącej do CBK PAN stacji LOFAR w Borówcu pod Poznaniem.
Tak się formują gromady galaktyk
Nowo wykonane obrazy gromady galaktyk są zdecydowanie wyraźniejsze, zawierają więcej szczegółów i mają dużo mniej szumów niż wcześniejsze obrazy radiowe badanego obszaru wykonane prekursorem LOFAR-a. Warto nadmienić, że ilość danych powstających podczas obserwacji LOFAR-em jest tak ogromna, iż zespół badaczy musiał opracować nowe techniki przetwarzania uzyskanych informacji.
– Uważamy, że emisja radiowa z Abell 2255 została wygenerowana podczas formowania się gromady – mówi kierownik badań Andrea Botteon, radioastronom pracujący m.in. na uniwersytetach w Lejdzie i w Bolonii. Dodaje, że po raz pierwszy astronomowie badali te procesy tak bardzo daleko od centrum gromady.
– Zakładamy, że cząstki są przyspieszane przez ogromne turbulencje i wstrząsy wytwarzane podczas formowania się gromady. Z kolei ruchy te mogą również wzmacniać pola magnetyczne – twierdzi Botteon.
– Oznacza to, że podczas tworzenia się obiektu powstają dynamiczne obszary plazmy, która powoduje zmiany pola magnetycznego. Pole magnetyczne z kolei oddziałuje na ładunki elektryczne, powodując ich przyspieszanie. Plazma, poruszając się, wzmaga pole magnetyczne, a pole działa na naładowane cząstki – wyjaśnia profesor Błaszkiewicz.
Planowane są dalsze obserwacje z wykorzystaniem LOFAR
– Ogromny wpływ na możliwości przełomowych odkryć ma konstrukcja samego instrumentu. Pozwala ona na praktycznie całkowite cyfrowe sterowanie LOFARem i jednoczesne obserwacje wielu źródeł. Zostało to wykorzystane również w przypadku analizy opublikowanej w artykule. Rozmiary całego interferometru, rozumianego jako sieć pojedynczych stacji, to 1200 na 1800 kilometrów. Właśnie to pozwoliło na wykonanie 145 MHz-owych obserwacji o szumie 60-krotnie niższym i rozdzielczości kątowej 25 razy wyższej niż te wykonane za pomocą Teleskopu Radiowego w Westerbork, które do tej pory były najgłębszymi obserwacjami tej gromady – wyjaśnia Barbara Matyjasiak.
Naukowcy zamierzają ponownie przyjrzeć się Abell 2255 i nawet wydłużyć czas obserwacji. Mają nadzieję, że pomoże to dowiedzieć się więcej o kosmicznej sieci łączącej galaktyki.
Źródło: Science Advances
