LOFAR DR3-Durchmusterung erfasst 13,7 Millionen Radioquellen

Ein internationales Team von Astronomen hat unter Verwendung des Low Frequency Array (LOFAR) die detaillierteste niederfrequente Radiokarte des Himmels veröffentlicht, die jemals erstellt wurde, und dabei eine Rekordzahl von 13,7 Millionen kosmischen Radioquellen identifiziert. Die am 23. Februar 2026 veröffentlichte LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 3 (LoTSS-DR3) bietet eine beispiellose Bestandsaufnahme aktiv wachsender supermassereicher Schwarzer Löcher im gesamten beobachtbaren Universum. Diese monumentale Leistung unter der Leitung von Timothy Shimwell von ASTRON und der Leiden University ist das Ergebnis von über einem Jahrzehnt an Beobachtung und Datenverarbeitung und bietet eine bemerkenswert andere Perspektive auf den Kosmos im Vergleich zu herkömmlichen optischen Teleskopen.

Wie viele Radioquellen wurden im Rahmen des LOFAR-DR3-Surveys entdeckt?

Der LOFAR-DR3-Survey entdeckte etwa 13,7 Millionen kosmische Radioquellen und katalogisierte dabei spezifisch 13.664.379 einzelne Objekte aus hochauflösenden Stokes-Mosaiken. Diese Datenveröffentlichung dient als die bisher umfassendste niederfrequente Durchmusterung, deckt einen riesigen Teil des Nordhimmels ab und enthüllt Millionen von supermassereichen Schwarzen Löchern und sternbildenden Galaxien, die für weniger empfindliche Instrumente zuvor unsichtbar waren.

Das Ausmaß dieser Durchmusterung ist das Ergebnis eines massiven verteilten Netzwerks, das aus 38 niederländischen LOFAR-Stationen und 14 internationalen Stationen besteht, die über ganz Europa verteilt sind, einschließlich Großbritannien, Deutschland, Frankreich und Italien. Durch die Nutzung einer Basislänge, die sich über fast 2.000 Kilometer erstreckt, erreicht das Array eine Auflösung und Empfindlichkeit, die alle bisherigen Bemühungen in der niederfrequenten Radioastronomie übertrifft. Dies ermöglicht es Forschenden, zwischen den Jets einzelner Schwarzer Löcher und diffusen Emissionen aus fernen Galaxienhaufen zu unterscheiden, was eine hochpräzise Roadmap des hochenergetischen Universums liefert.

Was sind „aktiv wachsende“ Schwarze Löcher im LOFAR-Kontext?

Im LOFAR-Kontext sind „aktiv wachsende“ Schwarze Löcher supermassereiche Einheiten, die derzeit Materie akkretieren – ein Prozess, der den Ausstoß gewaltiger relativistischer Jets auslöst. Diese Jets beschleunigen Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit, was dazu führt, dass sie spiralförmig durch Magnetfelder rasen und niederfrequente Radiowellen aussenden, die LOFAR über Millionen von Lichtjahren im intergalaktischen Raum hinweg detektieren kann.

Laut Martin Hardcastle von der University of Hertfordshire ermöglichen diese Radiokarten den Wissenschaftlern, Schwarze Löcher in verschiedenen Entwicklungsstadien zu beobachten. Im Gegensatz zu optischem Licht, das durch kosmischen Staub verdeckt werden kann, durchdringen Radiowellen diese Barrieren und offenbaren die Wechselwirkung zwischen dem Schwarzen Loch und seiner Wirtsgalaxie. Die Durchmusterung hat eine vielfältige Auswahl an Systemen identifiziert, die von jungen, kompakten Quellen bis hin zu uralten Radiogalaxien reichen, deren emittierende Strukturen gigantische Ausmaße angenommen haben und unser Verständnis darüber verändern, wie diese kosmischen Riesen ihre Umgebung beeinflussen.

Warum ist der LOFAR-Radiohimmel-Survey wichtig für das Verständnis des Universums?

Der LOFAR-Radiohimmel-Survey ist von entscheidender Bedeutung, da er den Energiefluss durch das Universum nachzeichnet, indem er relativistische Teilchen und Magnetfelder im tiefen Weltraum kartiert. Durch die Erfassung von 88 % des Nordhimmels bei Frequenzen zwischen 120–168 MHz enthüllt er schwer fassbare Phänomene wie kollidierende Galaxienhaufen, schwache Supernova-Überreste und die magnetischen Wechselwirkungen zwischen Exoplaneten und ihren Wirtssternen.

Untersuchungen von Galaxienhaufen haben besonders von den LoTSS-DR3-Daten profitiert. Andrea Botteon vom INAF in Bologna berichtet, dass die Karten riesige Schockwellen und Turbulenzen aufgedeckt haben, die die Teilchenbeschleunigung in Regionen antreiben, die sich über Millionen von Lichtjahren erstrecken. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass solche hochenergetischen Prozesse weit verbreiteter sind als bisher angenommen. Durch die Bereitstellung einer einheitlichen und tiefen Durchmusterung ermöglicht LOFAR es Astronomen, die Eigenschaften einzelner supermassereicher Schwarzer Löcher mit den großräumigen Strukturen des kosmischen Netzes zu verknüpfen, was einen ganzheitlichen Blick auf die kosmische Entwicklung bietet.

Überwindung atmosphärischer und computergestützter Herausforderungen

Wissenschaftlicher Fortschritt dieser Größenordnung erforderte bedeutende technologische Durchbrüche, um die verzerrenden Effekte der Ionosphäre der Erde zu mildern. Diese elektrisch geladene Schicht der oberen Atmosphäre wirkt wie eine gefrostete Linse für niederfrequente Radiowellen, indem sie eingehende Signale beugt und verschwimmen lässt. Der Algorithmenspezialist Cyril Tasse vom Pariser Observatorium verbrachte Jahre damit, Kalibrierungs- und Bildgebungstechniken zu verfeinern, um die scharfen, stabilen Bilder zu liefern, die in der aktuellen Veröffentlichung zu sehen sind. Diese neuen Software-Pipelines ermöglichen es dem Teleskop, eine hohe Winkelauflösung über weite Bereiche des Himmels beizubehalten, sodass selbst das am weitesten entfernte Schwarze Loch im Fokus bleibt.

Das schiere Datenvolumen, das durch das Array erzeugt wurde, stellte eine zweite, ebenso gewaltige Herausforderung für die internationale Zusammenarbeit dar. Alexander Drabent von der Thüringer Landessternwarte stellte fest, dass das Projekt 18,6 Petabyte an Rohdaten verarbeitet hat, was mehr als 20 Millionen Kernstunden an Rechenzeit erforderte. Dieser Aufwand beinhaltete das Extrahieren von 13.000 Beobachtungsstunden aus Archiven und das Verteilen der Rechenlast auf mehrere Hochleistungseinrichtungen. Ein solches Kunststück war nur durch das LOFAR European Research Infrastructure Consortium (ERIC) möglich, das Ressourcen aus zehn verschiedenen Nationen bündelt.

Implikationen für die Zukunft der Radioastronomie

Die Veröffentlichung von LoTSS-DR3 markiert einen Wendepunkt für die Astrophysik und bereitet den Weg für noch empfindlichere zukünftige Durchmusterungen. Die Kollaboration bereitet bereits den Übergang zum LOFAR 2.0-Upgrade vor, von dem erwartet wird, dass es die Geschwindigkeit der Durchmusterung verdoppelt und die Auflösung erheblich verbessert. Dieses Upgrade wird die erneute Verarbeitung vorhandener Daten in noch größerer Detailgenauigkeit ermöglichen, was potenziell die internen Strukturen von Jets Schwarzer Löcher und die frühesten Stadien der Galaxienbildung im jungen Universum enthüllen könnte.

Wendy Williams, eine Wissenschaftlerin am Square Kilometre Array Observatory (SKAO), betont, dass diese Datenveröffentlichung ein Meilenstein ist, der als Roadmap für die nächste Generation von Teleskopen dienen wird. Wenn das SKA in den kommenden Jahren den Betrieb aufnimmt, werden die aus der LOFAR-Bestandsaufnahme Schwarzer Löcher gewonnenen Erkenntnisse entscheidend sein, um noch tiefere Sonden in die Geschichte des Kosmos zu kalibrieren. Bis dahin bleiben die 13,7 Millionen in dieser Durchmusterung identifizierten Quellen der primäre Datensatz für Astronomen, die versuchen, die energetischen Kräfte zu verstehen, die unser Universum über Milliarden von Jahren geformt haben.

• Datenveröffentlichung: LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 3 (LoTSS-DR3)
• Gesamtzahl der Quellen: 13.664.379 radioemittierende Objekte
• Rechenaufwand: 18,6 Petabyte über 20 Millionen Kernstunden
• Federführende Institutionen: ASTRON, Leiden University, University of Hertfordshire, INAF, Pariser Observatorium
• Wichtigste Entdeckungen: Jets supermassereicher Schwarzer Löcher, Schockwellen in Galaxienhaufen und Radiosignaturen von Exoplaneten