Przegląd LOFAR DR3 wykrywa 13,7 miliona źródeł radiowych

Międzynarodowy zespół astronomów korzystający z Low Frequency Array (LOFAR) opublikował najbardziej szczegółową niskoczęstotliwościową radiową mapę nieba, jaka kiedykolwiek powstała, identyfikując rekordowe 13,7 miliona kosmicznych źródeł radiowych. Opublikowany 23 lutego 2026 roku zbiór danych LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 3 (LoTSS-DR3) stanowi bezprecedensowy spis aktywnie rosnących supermasywnych czarnych dziur w całym obserwowalnym wszechświecie. To monumentalne osiągnięcie, kierowane przez Timothy'ego Shimwella z ASTRON i Uniwersytetu w Lejdzie, jest wynikiem ponad dekady obserwacji i przetwarzania danych, oferując uderzająco inną perspektywę kosmosu w porównaniu z tradycyjnymi teleskopami optycznymi.

Ile źródeł radiowych wykryto w przeglądzie LOFAR DR3?

W ramach przeglądu LOFAR DR3 wykryto około 13,7 miliona kosmicznych źródeł radiowych, katalogując dokładnie 13 664 379 odrębnych obiektów na podstawie mozaik Stokesa o wysokiej rozdzielczości. Niniejsza publikacja danych służy jako najbardziej wszechstronny dotychczasowy przegląd niskoczęstotliwościowy, obejmujący rozległą część północnego nieba i ujawniający miliony supermasywnych czarnych dziur oraz galaktyk gwiazdotwórczych, które wcześniej były niewidoczne dla mniej czułych instrumentów.

Skala tego przeglądu jest wynikiem działania ogromnej, rozproszonej sieci składającej się z 38 holenderskich stacji LOFAR oraz 14 stacji międzynarodowych rozsianych po całej Europie, w tym w Wielkiej Brytanii, Niemczech, Francji i Włoszech. Dzięki wykorzystaniu bazy pomiarowej o długości blisko 2000 kilometrów, sieć ta osiąga rozdzielczość i czułość przewyższającą wszelkie dotychczasowe wysiłki w dziedzinie radioastronomii niskich częstotliwości. Pozwala to naukowcom odróżnić dżety poszczególnych czarnych dziur od rozproszonej emisji pochodzącej z odległych gromad galaktyk, dostarczając niezwykle precyzyjną mapę wysokoenergetycznego wszechświata.

Czym są „aktywnie rosnące” czarne dziury w kontekście LOFAR?

W kontekście LOFAR „aktywnie rosnące” czarne dziury to supermasywne obiekty, które obecnie akreują materię – proces ten wyzwala wyrzut potężnych dżetów relatywistycznych. Dżety te przyspieszają cząstki do prędkości bliskich prędkości światła, co sprawia, że poruszają się one spiralnie w polach magnetycznych i emitują niskoczęstotliwościowe fale radiowe, które LOFAR może wykryć z odległości milionów lat świetlnych w przestrzeni międzygalaktycznej.

Według Martina Hardcastle’a z Uniwersytetu w Hertfordshire, te mapy radiowe pozwalają naukowcom obserwować czarne dziury na różnych etapach ewolucji. W przeciwieństwie do światła widzialnego, które może być przesłonięte przez pył kosmiczny, fale radiowe przenikają przez te bariery, ujawniając interakcje między czarną dziurą a jej macierzystą galaktyką. Przegląd zidentyfikował różnorodne systemy, od młodych, zwartych źródeł po starożytne radiogalaktyki, których struktury emisyjne rozrosły się do gigantycznych rozmiarów, zmieniając nasze rozumienie tego, jak ci kosmiczni giganci wpływają na swoje otoczenie.

Dlaczego przegląd radiowy nieba LOFAR jest ważny dla zrozumienia wszechświata?

Radiowy przegląd nieba LOFAR ma kluczowe znaczenie, ponieważ śledzi przepływ energii we wszechświecie poprzez mapowanie cząstek relatywistycznych i pól magnetycznych w głębokiej przestrzeni kosmicznej. Rejestrując 88% północnego nieba na częstotliwościach od 120 do 168 MHz, ujawnia on nieuchwytne zjawiska, takie jak zderzające się gromady galaktyk, słabe pozostałości po supernowych oraz oddziaływania magnetyczne między egzoplanetami a ich gwiazdami macierzystymi.

Badania gromad galaktyk szczególnie skorzystały na danych z LoTSS-DR3. Andrea Botteon z INAF w Bolonii donosi, że mapy te ujawniły gigantyczne fale uderzeniowe i turbulencje, które napędzają przyspieszanie cząstek w regionach rozciągających się na miliony lat świetlnych. Wyniki te sugerują, że takie procesy wysokoenergetyczne są znacznie częstsze, niż wcześniej teoretyzowano. Dostarczając jednolity i głęboki przegląd, LOFAR umożliwia astronomom powiązanie właściwości poszczególnych supermasywnych czarnych dziur z wielkoskalowymi strukturami kosmicznej sieci, oferując holistyczne spojrzenie na ewolucję kosmosu.

Przezwyciężanie wyzwań atmosferycznych i obliczeniowych

Postęp naukowy tej skali wymagał znaczących przełomów technologicznych w celu złagodzenia zniekształcającego wpływu ziemskiej jonosfery. Ta naładowana elektrycznie warstwa górnej atmosfery działa jak zmatowiona soczewka dla niskoczęstotliwościowych fal radiowych, uginając i rozmywając nadchodzące sygnały. Specjalista ds. algorytmów Cyril Tasse z Obserwatorium Paryskiego spędził lata na dopracowywaniu technik kalibracji i obrazowania, aby dostarczyć ostre i stabilne obrazy widoczne w obecnej publikacji. Te nowe potoki oprogramowania pozwalają teleskopowi utrzymać wysoką rozdzielczość kątową na rozległych obszarach nieba, zapewniając, że nawet najodleglejsza czarna dziura pozostaje wyraźna.

Sama objętość danych generowanych przez sieć stanowiła drugie, równie trudne wyzwanie dla międzynarodowej współpracy. Alexander Drabent z Turyńskiego Obserwatorium Państwowego zauważył, że w ramach projektu przetworzono 18,6 petabajtów surowych danych, co wymagało ponad 20 milionów godzin procesora (core hours) czasu obliczeniowego. Wysiłek ten obejmował wydobycie 13 000 godzin obserwacji z archiwów i rozdzielenie obciążenia obliczeniowego między wiele placówek o wysokiej wydajności. Takie dokonanie było możliwe tylko dzięki LOFAR European Research Infrastructure Consortium (ERIC), które zrzesza zasoby z dziesięciu różnych krajów.

Implikacje dla przyszłości radioastronomii

Publikacja LoTSS-DR3 wyznacza punkt zwrotny dla astrofizyki, przygotowując grunt pod jeszcze czulsze przyszłe przeglądy. Współpraca już teraz przechodzi w fazę modernizacji do standardu LOFAR 2.0, co według przewidywań podwoi prędkość przeglądu i znacznie zwiększy rozdzielczość. Modernizacja ta pozwoli na ponowne przetworzenie istniejących danych z jeszcze większą szczegółowością, potencjalnie ujawniając wewnętrzne struktury dżetów czarnych dziur oraz najwcześniejsze etapy powstawania galaktyk w młodym wszechświecie.

Wendy Williams, naukowiec ze Square Kilometre Array Observatory (SKAO), podkreśla, że ta publikacja danych jest kamieniem milowym, który posłuży jako mapa drogowa dla następnej generacji teleskopów. Gdy SKA rozpocznie działalność w nadchodzących latach, wnioski wyciągnięte ze spisu czarnych dziur LOFAR będą niezbędne do kalibracji jeszcze głębszych sondowań historii kosmosu. Na razie 13,7 miliona źródeł zidentyfikowanych w tym przeglądzie pozostaje głównym zbiorem danych dla astronomów dążących do zrozumienia energetycznych sił, które kształtowały nasz wszechświat przez miliardy lat.

• Publikacja danych: LOFAR Two-metre Sky Survey Data Release 3 (LoTSS-DR3)
• Całkowita liczba źródeł: 13 664 379 obiektów emitujących fale radiowe
• Obciążenie obliczeniowe: 18,6 petabajta w ciągu 20 milionów godzin procesora
• Główne instytucje: ASTRON, Uniwersytet w Lejdzie, Uniwersytet w Hertfordshire, INAF, Obserwatorium Paryskie
• Kluczowe odkrycia: Dżety supermasywnych czarnych dziur, fale uderzeniowe w gromadach galaktyk i sygnatury radiowe egzoplanet