Благодаря сети радиотелескопов LOFAR, зафиксировавшей свыше десяти миллионов космических объектов, ученые создали первую подробную карту северного неба в низкочастотном диапазоне. Полученные данные содержат крупнейшую на сегодняшний день выборку активно поглощающих вещество сверхмассивных черных дыр и открывают возможность изучения процессов, которые трудно наблюдать в оптическом диапазоне.
Сверхмассивные черные дыры, или СМЧД, располагаются в центрах большинства крупных галактик. При поглощении вещества ими часть энергии выбрасывается в виде гигантских джетов — струй плазмы, разогнанной до околосветовых скоростей. Эти структуры могут влиять на эволюцию галактик и их окружение. Особенно ярко джеты и связанные с ними магнитные поля светятся в радиодиапазоне, позволяя астрономам прослеживать энергетические процессы, формирующие крупномасштабную структуру Вселенной.
Третий выпуск каталога LOFAR Two-metre Sky Survey охватывает 88 процентов северного полушария неба. Наблюдения проводились на протяжении более чем десяти лет при помощи распределенной сети антенн, расположенных в Нидерландах и других странах Европы. Благодаря работе этого астрономического инструмента в качестве единого интерферометра, удалось достичь разрешения в несколько угловых секунд и высокой чувствительности в диапазоне частот от 120 до 168 мегагерц. В общей сложности астрономы получили приблизительно 18,6 петабайт данных, обработка которых потребовала более 20 миллионов часов вычислительных ресурсов.
Искажение сигнала, возникающее при прохождении радиоволн через ионосферу Земли, представляет собой особую сложность. Для компенсации этих искажений ученые создали новые алгоритмы калибровки и автоматизированные системы обработки данных. Это позволило создать наиболее чувствительные на сегодняшний день широкоугольные радиокарты небесной сферы и каталог, содержащий 13,7 миллиона источников.
Изучение новой карты кардинально пересмотрело понимание многообразия активных ядер галактик. Ученые установили, что на формирование джетов влияют не только параметры черной дыры, но и особенности галактики, а также окружающая ее среда. Кроме того, анализ позволил определить скорость звездообразования в миллионах галактик, что оказывает воздействие на магнитные поля, охватывающие пространства в миллионы световых лет.
Кроме того, исследование показало наличие редких и уникальных объектов: остатки от взрывов сверхновых, некоторые из самых обширных и старых радиогалактик, радиоисточники с переменной интенсивностью и сигналы, которые, возможно, указывают на взаимодействие звезд и внесолнечных планет.
В итоге, полученные в ходе исследования данные, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, эти открытия послужили основой для множества последующих исследований и приблизили нас к более глубокому пониманию радиовселенной, в которой значительную роль играют магнитные поля, экстремальные ускорения частиц и мощные струи.