Nr 11 2019

Pressmess från Chalmers:

Hundratusentals okända galaxer avslöjas i astronomernas nya karta

​Det unika radioteleskopet Lofar har skapat en ny karta över himlen som avslöjar hundratusentals hittills okända galaxer och ger nya insikter i svarta håls och galaxers liv. Lofar är Europas största och mest dataintensiva radioteleskop. Kartan är resultatet av ett forskningsprojekt där fler än 200 astronomer från 18 länder var inblandade, bland dem flera från Chalmers.

Radioteleskop avslöjar skeenden i universum som inte kan ses med vanliga teleskop. Lofar (kort för Low Frequency Array) är ett av världens mest avancerade radioteleskop, men en unik förmåga att upptäcka radiovågor med låga frekvenser (långa våglängder). Det består av tusentals antenner i 10 länder i norra Europa, bland annat vid Onsala rymdobservatorium i norra Halland.

Galaxhop Abell 1314: Lofar avslöjar vidsträckta moln av plasma (rosa/orange) i en storslagen samling av galaxer, 460 miljoner ljusår från jorden.  ​​​

Lofar har nu kartlagd en fjärdedel av himlens norra halva som den ser ut i radiovågor med våglängd kring 2 meter, och en första delmängd av mätningarna görs nu fritt tillgänglig för världens astronomer. I kartläggningen ingår tre hundra tusen källor, varav nästan alla är galaxer i det avlägsna universum, uppemot miljardtals ljusår från jorden.

Bildkälla: Astron

Kartläggningsprojektets upptäckter hittills presenteras nu i 26 artiklar i ett specialnummer av forskningstidskriften Astronomy & Astrophysics. I fem av artiklarna är chalmersastronomen Cathy Horellou medförfattare.

Den nya kartläggningen ger många nya insikter om bland annat svarta hål, galaxhopar och magnetfält i rymden, menar Cathy Horellou.

– Lofar visar oss en fantastisk ny bild av radiohimlen, som är full av galaxer i alla möjliga former, säger hon.

Cathy Horrelou vid sitt arbetsredskap på Onsala. Foto: Privat

De flesta ljuspunkter i den nya kartan är inte stjärnor, utan fjärran galaxer med supermassiva svarta hål som energikälla. Huub Röttgering, astronom vid Leidenuniversitetet, Nederländerna, förklarar:

– Om vi tar ett radioteleskop och tittar upp mot himlen ser vi huvudsakligen strålning från omgivningarna nära tunga svarta hål. Med hjälp av Lofar hoppas vi kunna svara på en fascinerande fråga, om varifrån dessa svarta hål kommer, säger han.

När gas faller mot ett svart hål skickas också ut strålar av materia som lyser och som radioteleskop kan registrera. De slarvar helt enkelt med bordsskicket, som Huub Röttgering uttrycker det.

– Tack vare Lofar:s imponerande känslighet kan vi se att sådana strålar finns i alla de tyngsta galaxer. Det betyder att deras svarta hål aldrig slutar att äta, tillägger Philip Best, astronom vid Edinburghs universitet i Storbritannien.

Familjer av uppemot tusentals galaxer som hänger ihop i rymden kallas galaxhopar. När två galaxhopar kolliderar och går samman alstras radiostrålning som radioteleskop kan upptäcka och som sträcker sig över gigantiska avstånd i rymden, miljontals ljusår tvärsöver. Bakom dessa stora former på himlen tros vara partiklar som accelereras under sammangåendet.  

– Med radioobservationer kan vi mäta upp strålning från det tunna mediet som finns mellan galaxerna. Strålningen uppstår tack vare energiska chockvågor och turbulens. Lofar gör det möjligt för oss att upptäcka nya källor av den här typen och att förstå vad som ligger bakom dem, förklarar Amanda Wilber, astronom vid Hamburgs universitet i Tyskland.

Annalisa Bonafede är astronom vid Bolognas universitet och INAF i Italien. 

– Nu med Lofar kan vi i vissa fall detektera den här strålningen även i galaxhopar som inte håller på att smälta samman. Denna upptäckt talar om för oss att det finns andra fenomen utöver kollisioner som kan trigga partikelacceleration över vidsträckta områden, tillägger hon.

Lofar:s förmåga att mäta upp polariserad radiostrålning ger nya möjligheter för att studera magnetism i universum, menar Cathy Horellou.

– Det är oerhört viktigt för undersökningar av kosmisk magnetism, och väldigt spännande, säger Cathy Horellou.

Kollegan Shane O’Sullivan vid Hamburgs universitet, Tyskland, berättar mer.

– Magnetfält genomsyrar hela kosmos, och vi vill veta varför det har blivit så. Att mäta upp magnetfält i rymden mellan galaxerna är svårt eftersom de är väldigt svaga. Men tack vare den oerhörda precisionen i Lofars mätningar har vi kunnat mäta upp hur kosmiska magnetfält har påverkat radiovågorna från en jättelik radiogalax som är 11 miljoner ljusår tvärsöver. Arbetet har visat hur vi kan använda Lofar för att hjälpa oss förstå de kosmiska magnetfältens ursprung, säger han.

Att skapa radiokartor vid låga frekvenser kräver både stora mängder teleskoptid och stora personalinsatser när mätningarna ska analyseras. Det menar Cyril Tasse vid Parisobservatoriets station för radioastronomi i Nançay, Frankrike.

– Lofar skapar gigantiska mängder data: det vi har arbetat med skulle kunna fylla 10 miljoner dvd-skivor. Att Lofar:s kartläggningsprojekt nu har kunnat genomföras är mycket tack vare ett genombrott inom matematiken bakom metoden interferometri, berättar han.

Timothy Shimwell, som forskar vid Astron, Nederländernas institute för radioastronomi och vid Universitetet i Leiden, Nederländerna, berättar hur man samarbetat med experter inom databehandling och IT.

– För att effektivt omvandla de gigantiska datamängderna till högkvalitetsbilder har vi arbetat tillsammans med SURF i Nederländerna. Dessa bilder är nu fritt tillgängliga och kommer att göra det möjligt för astronomer att detaljstudera galaxernas utveckling på sätt som inte tidigare varit möjliga.

SURF:s data- och beräkningscentrum vid SURFsara i Amsterdam använder 100 procent förnybar energi och är värd för mer än 20 petabyte av data från Lofar.

​Lofar är ingtet "vanligt" radioteleskop. Bildkälla: Wikipedia

– Det är mer än hälften av alla data som Lofar samlat in fram tills nu och världens största samling av astronomiska data. Att analysera mätningarna innebär en gigantisk utmaning för forskarna. Men med både experthjälp och ett datakluster med hög prestanda, Grid, kunde beräkingarna klaras av på mindre än ett år, säger Raymond Oonk vid SURFsara.

Lofar:s förmåga att kartlägga himlen i detalj vid våglängder kring en meter är oöverträffad. Lofar drivs av Astron i Nederländerna och är världens ledande teleskop i sitt slag. 

– Den här himmelskartan är ett underbart och viktigt bidrag till framtida forskning. Det hedrar de som konstruerat Lofar att teleskopet fungerar så bra, säger Carole Jackson, generaldirektör för Astron.

De 26 forskningsartiklarna som nu publiceras är baserade på bara de första två procent av kartläggningens totala storlek. Forskarlaget siktar nu på att i hög upplösning skapa känsliga bilder av hela den norra himmelshalvan. Det kommer att avslöja uppskattningsvis 15 miljoner radiokällor. 

– Tänk på vilka upptäckter som vi kan göra när vi gör detta! Det ser jag verkligen fram emot, säger Carole Jackson. 

– Och bland dessa kommer att finnas de första massiva svarta hålen som bildades när universum själv var en bebis på bara några få procent av sin nuvarande ålder, avslutar Huub Röttgering.