De onderzoekers richtten zich op ELAIS-N1, een al vaak bestudeerd deel van de noordelijke hemel waarin veel zwakke, verre sterrenstelsels te vinden zijn. De opname is twintig keer scherper dan de voorheen meest gevoelige LOFAR-opname van dit hemelgebied. Ter vergelijking: de resolutie is hoog genoeg om op een afstand van ongeveer tien kilometer een muntstuk te kunnen onderscheiden. Bij deze resolutie bevat het volledige LOFAR-beeld 8 miljard pixels.
De gegevens voor deze opname werden verzameld gedurende 200 uur en besloegen in totaal 400 terabyte. Jarenlang was het onmogelijk om zo’n grote hoeveelheid data van radiotelescopen met een dergelijk hoge resolutie te verwerken tot één beeld van 8 miljard pixels. Dankzij verbeterde kalibratie- en dataverwerkingsmethoden, ontwikkeld door het team en hun partners, zijn de rekenkosten de afgelopen jaren echter met meer dan een factor tien gedaald. “De volledige dataset kon in slechts enkele maanden worden verwerkt op Spider, het krachtige dataverwerkingsplatform van SURF in Nederland”, vertelt Jurjen de Jong, die het onderzoek leidde en als postdoc verbonden is aan de Sterrewacht Leiden en ASTRON.
De data zijn openbaar toegankelijk gemaakt voor de astronomische gemeenschap. Een groot deel van de wetenschappelijke waarde van deze nieuwe dataset schuilt in het combineren ervan met opnames van hetzelfde hemelgebied door andere telescopen, bijvoorbeeld in het optische, infrarode of röntgenbereik. Hierdoor kunnen astronomen eigenschappen afleiden, zoals de afstand en de massa van elke radiobron in de opname.
Radiostralen aangedreven door zwarte gaten
Een van de meest voorkomende objecten in de nieuwe opname zijn actieve kernen van sterrenstelsels (active galactic nuclei): deze compacte en heldere gebieden worden aangedreven door materie die met een spiraalbeweging naar een superzwaar zwart gat valt. Deze kernen kunnen krachtige, straalstromen ofwel jets veroorzaken. LOFAR is uitermate geschikt om deze te detecteren, dankzij zijn grote gevoeligheid voor uitgestrekte en zwakke radio-emissie.
Op beelden met een lage resolutie zien verre sterrenstelsels en radiojets eruit als vormloze vlekken en het is lastig te bepalen of ze bijvoorbeeld uit meerdere sterrenstelsels bestaan. Ook is het moeilijk vast te stellen of de radiostraling afkomstig is van een jet of van stervorming in het sterrenstelsel. LOFAR kan deze onderdelen dus van elkaar onderscheiden, veel jets zijn tot in detail zichtbaar. “Met deze scherpe en gevoelige blik op onze hemel bij lage radiofrequenties hebben we een manier om de wisselwerking van radiojets met hun omgeving te bestuderen. We zien zo hoe dit zich in de loop van de kosmische geschiedenis ontwikkelt”, zegt Reinout van Weeren, universitair hoofddocent aan de Sterrewacht Leiden en medeauteur van het artikel.
Andere radiobronnen op de beelden zijn kleine sterrenstelsels waar actief sterren worden gevormd. Omdat radiogolven dwars door het stof heen dringen – dat stervorming onzichtbaar maakt voor optische of infraroodtelescopen – bieden deze radio-waarnemingen een onbelemmerd beeld van dit soort processen in verre sterrenstelsels. Astronomen bestuderen zo de evolutie van de allereerste sterrenstelsels tot aan exemplaren in het huidige heelal.
Gevoeligere en bredere beelden met LOFAR2.0
Volgens de wetenschappers toont dit werk de potentie van LOFAR2.0, de upgrade van de telescoop die ASTRON momenteel samen met zijn Europese partners uitvoert. Hiermee worden gevoeligere en bredere opnames met een hoge resolutie mogelijk. De Jong stelt dat LOFAR2.0 hiermee laat zien concurrerend te blijven in het tijdperk van de toekomstige Square Kilometre Array, het grootschalige en gevoelige radio-observatorium dat momenteel in Zuid-Afrika en Australië wordt gebouwd.
Deze video voert je door het ELAIS-N1-veld, zoals waargenomen door LOFAR. Credit: De Jong et al.