LOFAR revela as suas imagens mais detalhadas de galáxias

Uma imagem que mostra o aspeto da emissão de rádio de alta resolução do LOFAR, usando uma galáxia de Morabito et al. (2021). A maior resolução significa que podemos ver todos os detalhes dos jatos. Crédito: L.K. Morabito/DESI Legacy Imaging Surveys

Os astrónomos publicaram as imagens mais detalhadas já vistas de galáxias para lá da nossa, revelando o seu funcionamento interno com detalhes sem precedentes. As imagens foram criadas a partir de dados recolhidos pelo LOFAR (Low Frequency Array), uma rede de mais de 70.000 pequenas antenas espalhadas por nove países europeus. Os resultados vêm de anos de trabalho da equipa, liderada pela Dra. Leah Morabito, da Universidade de Durham. 

Revelando um universo oculto de luz em HD 

O Universo está inundado de radiação eletromagnética, da qual a luz visível compreende apenas uma fatia mais ínfima. De raios-gama e raios-X, a ondas de rádio e micro-ondas, cada parte do espectro da luz revela algo único sobre o Universo. A rede LOFAR captura imagens em frequências de rádio FM que, ao contrário de fontes de comprimento de onda mais curto, como a luz visível, não são bloqueadas pelas nuvens de poeira e gás que podem cobrir objetos astronómicos. 

Regiões no espaço que parecem escuras aos nossos olhos, na verdade brilham intensamente no rádio. Isto permite que os astrónomos observem as regiões de formação estelar ou o coração das próprias galáxias. 

As novas imagens, possíveis graças à natureza internacional da colaboração, empurram os limites do que sabemos sobre galáxias e buracos negros supermassivos. Uma edição especial da revista Astronomy & Astrophysics é dedicada a onze artigos científicos que descrevem estas imagens e os resultados científicos. 

Melhor resolução, trabalhando juntos 

As imagens revelam o funcionamento interno de galáxias próximas e distantes com uma resolução 20 vezes mais nítida do que as imagens típicas do LOFAR. Isto foi possível graças à maneira única como a equipa usou a rede. As mais de 70.000 antenas do LOFAR estão espalhadas pela Europa, sendo a maioria localizada nos Países Baixos. Na operação normal, apenas os sinais de antenas localizadas nos Países Baixos são combinados, criando um telescópio "virtual" com uma "lente" que tem um diâmetro de 120 km. 

Ao usar os sinais de todas as antenas europeias, a equipa aumentou o diâmetro da "lente" para quase 2000 km, o que fornece um aumento de vinte vezes na resolução. 

Ao contrário das redes de antenas convencionais que combinam sinais múltiplos em tempo real para produzir imagens, o LOFAR usa um novo conceito. Neste, os sinais recolhidos por cada antena são digitalizados, transportados para um processador central e, em seguida, combinados para criar uma imagem. Cada imagem LOFAR é o resultado da combinação dos sinais de mais de 70.000 antenas, o que torna possível a sua extraordinária resolução. 

Compreendendo buracos negros supermassivos 

Os buracos negros supermassivos podem ser encontrados à espreita no coração de muitas galáxias. Muitos são buracos negros "ativos" que devoram matéria em queda e a expelem de volta para o cosmos na forma de poderosos jatos e fluxos de radiação. Estes jatos são invisíveis a olho nu, mas brilham no rádio e é neles que as novas imagens de alta resolução se concentraram. 

O Dr. Neal Jackson, da Universidade de Manchester, disse: "Estas imagens de alta resolução permitem-nos ampliar e ver o que está realmente a acontecer quando buracos negros supermassivos lançam jatos de rádio, o que não era antes possível em frequências perto da banda de rádio FM. 

O trabalho da equipa forma a base de nove estudos científicos que revelam novas informações sobre a estrutura interna dos jatos de rádio numa variedade de galáxias diferentes. 

O desafio de uma década 

Mesmo antes do LOFAR iniciar as suas operações em 2012, a equipa europeia de astrónomos começou a trabalhar para enfrentar o desafio colossal de combinar os sinais de mais de 70.000 antenas localizadas até 2000 km de distância. O resultado, um "pipeline" de processamento de dados disponível ao público, que é descrito em detalhe num dos artigos científicos, permitirá que os astrónomos de todo o mundo usem o LOFAR para fazer imagens de alta resolução com relativa facilidade. 

Morabito acrescentou: "O nosso objetivo é que isto permita com que a comunidade científica use toda a rede europeia de telescópios LOFAR para a sua própria ciência, sem ter que gastar anos para se tornar um especialista." 

Superimagens requerem supercomputadores 

A relativa facilidade da experiência para o utilizador final desmente a complexidade do desafio computacional que torna cada imagem possível. Porque o LOFAR não tira apenas "fotos" do céu noturno, tem também que juntar os dados recolhidos por mais de 70.000 antenas, o que é uma enorme tarefa computacional.  

Para produzir uma única imagem, mais de 13 terabits de dados brutos por segundo têm que ser digitalizados, transportados para um processador central e então combinados. Isto é o equivalente a mais de 300 DVDs. 

Frits Sweijen da Universidade de Leiden, explicou: "Para processar volumes de dados tão imensos, precisamos de usar supercomputadores. Isto permite-nos, num par de dias, transformar os terabytes de informação destas antenas em apenas alguns gigabytes de dados científicos.

Fonte: Astronomia OnLine