یکی از ابزارهای اصلی برای این کار، آرایه فرکانس پایین (LOFAR) است؛ یک تلسکوپ رادیویی عظیم با ایستگاههایی در سراسر اروپا. LOFAR بزرگترین و حساسترین تلسکوپ رادیویی جهان به شمار میرود و در فرکانسهای پایین (۱۰ تا ۲۴۰ مگاهرتز) فعالیت میکند. پس از ده سال رصد آسمان، همکاری LOFAR نقشه رادیویی دقیقترین و جامعترین جهان تاکنون را تولید کرده است.
این نقشه بخشی از سومین انتشار داده LOFAR است که با نام LoTSS-DR3 شناخته میشود. این انتشار شامل بزرگترین تعداد منابع رادیویی کیهانی ثبتشده در یک بررسی واحد (۱۳٫۷ میلیون منبع) است و کاملترین سرشماری تاکنون از سیاهچالههای کلانجرم در حال رشد (SMBHs) را ارائه میدهد. انتشار این نقشه نقطه عطفی مهم نه تنها برای اخترشناسی رادیویی، بلکه برای همکاریهای علمی در سراسر اروپا به حساب میآید. نتایج این کار در مقالهای با عنوان «The LOFAR Two-metre Sky Survey. VII. Third Data Release» در تاریخ ۱۹ فوریه در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شد.
این بررسی توسط کنسرسیوم تحقیقاتی زیرساخت اروپایی LOFAR (LOFAR ERIC) انجام شده که شامل مؤسسات از هشت کشور است. بیشتر تابشهایی که LOFAR و دیگر تلسکوپهای رادیویی دریافت میکنند، از ذرات بارداری ناشی میشود که با سرعت نزدیک به نور در میدانهای مغناطیسی حرکت میکنند. این ویژگی به اخترشناسان اجازه میدهد رویدادهای پرانرژی را ببینند؛ مانند تشکیل ستارگان جدید در دیسک کهکشانها یا جتهای نسبیتی که از سیاهچالههای کلانجرم در مرکز کهکشانها خارج میشوند.
آندرهآ بوتئون از مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF) در بیانیه مطبوعاتی NOVA گفت: «با استفاده از آمار، اکنون میتوانیم نشان دهیم که شتابگیری ذرات و تقویت میدانهای مغناطیسی چگونه توسط شوکها و آشفتگیها در مقیاس میلیونها سال نوری هدایت میشود.»
LOFAR توسط مؤسسه اخترشناسی رادیویی هلند (ASTRON) توسعه یافته و شامل ۵۲ تلسکوپ رادیویی است: ۳۸ ایستگاه در هلند و ۱۴ ایستگاه دیگر در آلمان، فرانسه، بریتانیا، لهستان، ایتالیا، سوئد، ایرلند، لتونی و بلغارستان. این تلسکوپها از طریق شبکههای فیبر نوری به هم متصل هستند و دادهها ترکیب میشوند تا تصاویر دقیقی از آسمان رادیویی به دست آید. گستردگی جغرافیایی ایستگاهها امکان رصد با رزولوشن بسیار بالا را فراهم میکند و LOFAR را به یکی از بزرگترین و حساسترین تلسکوپهای رادیویی جهان تبدیل کرده است.
رینوت ون ویرن از رصدخانه لیدن میگوید چالشهای فنی این بررسی بسیار بزرگ بودند. مهمترین آنها اثر مخرب یونوسفر زمین بود. برای مقابله با این مشکل، تیم الگوریتمهای جدیدی توسعه داد تا این اختلالات را فیلتر کند. این الگوریتمها همچنین برای پردازش ۱۸٫۶ پتابایت داده جمعآوریشده توسط آنتنهای LOFAR در طول ۱۳٬۰۰۰ ساعت رصد به کار رفتند. تیموتی شیمول، نویسنده اصلی مقاله از رصدخانه لیدن و ASTRON، تأکید کرد: «این انتشار داده نتیجه بیش از ده سال رصد، پردازش داده در مقیاس بزرگ و تحلیل علمی توسط تیمی بینالمللی است.»
دادههای حساس و با رزولوشن بالای این بررسی، اندازهگیریهای قابل اعتمادی از میلیونها سیاهچاله کلانجرم فراهم کرده است. این امر به اخترشناسان اجازه میدهد کل جمعیت سیاهچالهها را مطالعه کنند و به سؤالات کلیدی درباره چگونگی رشد سیاهچالهها در طول تاریخ کیهانی پاسخ دهند. کنسرسیوم LOFAR در حال جستجو در دادهها برای پدیدههای نادر اخترفیزیکی است و تاکنون شواهدی از منابع رادیویی گذرا و متغیر یافته؛ مانند بقایای ابرنواخترها، برخی از بزرگترین و قدیمیترین کهکشانهای رادیویی شناختهشده، و انتشارهای رادیویی که ممکن است ناشی از تعامل سیارات فراخورشیدی با ستارگان میزبانشان باشد.
این بررسی برای پژوهشگران جستجوی هوش فرازمینی (SETI) نیز بسیار جذاب خواهد بود. در سالهای آینده، آنها دادهها را برای منابع رادیویی غیرعادی که ممکن است نشانهای از انتقالهای فرازمینی باشند، بررسی خواهند کرد.
LoTSS-DR3 پوشش ۸۸ درصد از آسمان شمالی را در فرکانس حدود ۱۴۴ مگاهرتز (طول موج حدود ۲ متر) فراهم کرده و تصاویر با رزولوشن ۶ ثانیه قوسی (در برخی مناطق ۹ ثانیه) تولید کرده است. حساسیت میانی حدود ۹۲ میکروژانسی بر بیم است و دقت مقیاس شار حدود ۶ درصد (تصادفی) و ۲ درصد (سیستماتیک) دارد. دقت نجومی حدود ۰٫۲۴ ثانیه قوسی است و بیش از ۹۵ درصد منابع با شار یکپارچه بیش از ۹ برابر نویز محلی را شناسایی میکند.
این نقشه نه تنها منابع نقطهای، بلکه ساختارهای گسترده مانند لوبهای رادیویی عظیم ناشی از جتهای سیاهچالهها، هالههای کهکشانهای خوشهای، و انتشارهای دیفیوز ناشی از آشفتگیهای داخل خوشهها را نشان میدهد. بسیاری از این ساختارها برای اولین بار با چنین جزئیاتی دیده میشوند.
یکی از دستاوردهای کلیدی، درک بهتر از نقش سیاهچالههای کلانجرم در تکامل کهکشانهاست. جتهای رادیویی این سیاهچالهها میتوانند میلیونها سال نوری گسترش یابند و بر تشکیل ستارگان در کهکشان میزبان تأثیر بگذارند. LoTSS-DR3 تنوع زیادی از این سیستمها را نشان میدهد؛ از کهکشانهای فعال جوان تا سیستمهای قدیمی و کمنور.
علاوه بر این، بررسی به کشف بقایای ابرنواخترهای کهن و کهکشانهای رادیویی غولپیکر کمک کرده که اطلاعات ارزشمندی درباره تاریخ انفجارهای ستارهای و تکامل میدانهای مغناطیسی کیهانی ارائه میدهد. برخی انتشارها ممکن است به فعالیتهای ستارهای یا حتی تعاملات سیاره-ستاره مرتبط باشند که برای جستجوی سیارات فراخورشیدی رادیویی جالب است.
پردازش این حجم عظیم داده (۱۸٫۶ پتابایت) نیاز به میلیونها ساعت محاسباتی داشت و از ابررایانههایی مانند JUWELS در آلمان استفاده شد. الگوریتمهای جهتدار و جهتمستقل کالیبراسیون، اثرات ابزار و یونوسفر را اصلاح کردند.
با ارتقای LOFAR به نسخه ۲٫۰ (LOFAR2.۰)، سرعت بررسیها دو برابر خواهد شد و رزولوشن بالاتر امکانپذیر میشود. این پیشرفتها نوید کشفهای بیشتری در زمینه میدانهای مغناطیسی کیهانی، شتابگیری ذرات، و حتی نشانههای احتمالی حیات فرازمینی را میدهند.
LoTSS-DR3 نه تنها یک دستاورد فنی، بلکه نمادی از همکاری بینالمللی موفق است که دانش ما از جهان را به سطح جدیدی رسانده. دادهها عمومی هستند و هزاران پژوهش جدید را ممکن میسازند. آینده اخترشناسی رادیویی روشنتر از همیشه به نظر میرسد.
