De kleine stippen in deze afbeelding zijn geen sterren of sterrenstelsels. Het zijn zwarte gaten

De afbeelding hierboven lijkt misschien een vrij gewone afbeelding van de nachtelijke hemel, maar waar je naar kijkt is specialer dan alleen de fonkelende sterren. Elk van die witte stippen is een actief superzwaar zwart gat.

En al die zwarte gaten Het verslindt materie in het hart van een melkwegstelsel op miljoenen lichtjaren afstand – zo zou het ooit kunnen worden bepaald.

Met in totaal 25.000 van dergelijke punten creëerden astronomen begin 2021 de meest gedetailleerde kaart tot nu toe van zwarte gaten bij lage radiofrequenties, een prestatie die jaren in beslag nam en een radiotelescoop ter grootte van Europa om in elkaar te zetten.

“Dit is het resultaat van vele jaren werken aan extreem moeilijke gegevens”, zei hij. De astronoom Francesco de Gasperin legde uit: van de Universiteit van Hamburg in Duitsland. “We moesten nieuwe manieren bedenken om radiosignalen om te zetten in beelden van de lucht.”

(LOFAR/LOL-scan)

Wanneer zwarte gaten niet veel werk doen, zenden ze geen detecteerbare straling uit, waardoor ze nog moeilijker te vinden zijn. Wanneer een zwart gat actief materie creëert – opgeslagen uit een schijf van stof en gas die eromheen draait zoals water in een afvoerbaan draait – genereren de intense krachten die daarbij optreden straling op meerdere golflengten die we door de uitgestrektheid van de ruimte kunnen detecteren.

Wat de bovenstaande afbeelding zo speciaal maakt, is dat deze extreem lage radiogolflengten dekt, zoals blijkt uit LOw Frequency ARray (belooft) in Europa. Dit interferometrische netwerk bestaat uit ongeveer 20.000 radioantennes, verspreid over 52 locaties in Europa.

Momenteel is LOFAR het enige netwerk van radiotelescopen dat in staat is tot diepe beeldvorming met hoge resolutie bij frequenties onder 100 MHz, wat een ongeëvenaard zicht op de lucht biedt. Deze gegevensrelease, die vier procent van de noordelijke hemel beslaat, was de eerste voor het ambitieuze plan van het netwerk om de hele noordelijke hemel op extreem lage frequenties in beeld te brengen, de LOFAR LBA Sky Survey (LoLSS).

Omdat het op de grond is gebaseerd, heeft LOFAR een groot obstakel te overwinnen dat geen invloed heeft op ruimtetelescopen: de ionosfeer. Dit is Vooral problematisch voor ultralaagfrequente radiogolven, die kan worden teruggekaatst in de ruimte. Bij frequenties onder 5 MHz is de ionosfeer om deze reden ondoorzichtig.

De frequenties die de ionosfeer binnendringen, kunnen variëren afhankelijk van de atmosferische omstandigheden. Om dit probleem te omzeilen, gebruikte het team supercomputers waarvan de algoritmen elke vier seconden ionosferische interferentie corrigeren. In de 256 uur dat LOFAR naar de lucht heeft gestaard, zijn er veel correcties geweest.

Dit gaf ons een duidelijk zicht op de lucht bij zeer lage frequenties.

“Na zoveel jaren van softwareontwikkeling is het geweldig om te zien dat dit echt heeft gewerkt”, Astronoom Hope Rutgering zei: Van de Leidse Sterrewacht in Nederland.

Het corrigeren voor de ionosfeer heeft ook nog een ander voordeel: het zou astronomen in staat stellen om LoLSS-gegevens te gebruiken om de ionosfeer zelf te bestuderen. ionosferische reisgolven, flash, en de relatie van de ionosfeer tot zonnecycli kan veel gedetailleerder worden beschreven met LoLSS. Hierdoor kunnen wetenschappers de ionosfeermodellen beter inperken.

Het onderzoek zal nieuwe gegevens opleveren over allerlei soorten astronomische objecten en fenomenen, evenals over niet-gedetecteerde of niet-gedetecteerde objecten in de regio onder de 50 megahertz.

“De definitieve versie van het onderzoek zal vooruitgang op een groot aantal gebieden van astronomisch onderzoek vergemakkelijken,” De onderzoekers schreven in hun paper:.

“[This] Het zal de studie van meer dan een miljoen laagfrequente radiospectrum mogelijk maken, wat unieke inzichten oplevert in fysieke modellen van sterrenstelsels, actieve kernen, clusters van sterrenstelsels en andere onderzoeksgebieden. Dit experiment vertegenwoordigt een unieke poging om de ultralaagfrequente lucht met een hoge resolutie en hoekdiepte te verkennen.”

De resultaten zijn gepubliceerd in Astronomie en astrofysica.

Een versie van dit artikel is voor het eerst gepubliceerd in februari 2021.