Onde radio. Sulla Terra le usiamo di continuo nella vita quotidiana: per guardare la televisione, rispondere al telefono, connetterci a internet e tanto altro. Ma anche dall’universo arrivano onde radio provenienti da tante sorgenti, rivelandoci un cosmo invisibile ai nostri occhi. La radioastronomia ha contribuito al progresso dell’astrofisica portando ad esempio alla scoperta di nuovi oggetti come pulsar, quasar e galassie attive, alcuni dei più estremi ed energetici processi dell’universo.
Usando il radiotelescopio Low Frequency Array (Lofar), un team guidato dalla Leiden University ha ottenuto l’immagine del cielo radio più nitida e sensibile mai realizzata a basse frequenze. L’immagine rivela quasi 63mila sorgenti radio in una zona di cielo circa venticinque volte l’area della luna piena. I risultati, già disponibili su arXiv in forma di preprint, sono stati accettati per la pubblicazione su Astronomy & Astrophysics.
Tre galassie con emissione radio. A sinistra, una sorgente compatta con emissione radio che ha origine da formazione stellare. Al centro, un getto radio con un nucleo luminoso causato da un buco nero. A destra, un getto incurvato. Crediti: De Jong et al.
I ricercatori hanno osservato Elais-n1, una zona del cielo settentrionale con molte galassie deboli e distanti. L’immagine è venti volte più nitida di quella più sensibile ottenuta in precedenza da Lofar per la stessa porzione di cielo. Per fare un confronto, la risoluzione della nuova immagine è tale che consentirebbe di vedere una moneta da una distanza di circa dieci chilometri. L’intera immagine contiene otto miliardi di pixel. I dati sono stati raccolti nell’arco di oltre duecento ore e ammontavano a quattrocento terabyte. Per anni, è stato impossibile elaborare una tale quantità di dati per una singola immagine da otto miliardi di pixel con radiotelescopi a una risoluzione così alta. Negli ultimi anni, però, i metodi di calibrazione e di riduzione dati sviluppati dal team di ricerca hanno consentito di comprimere i costi di oltre dieci volte.
«L’intero insieme di dati potrebbe essere elaborato in pochi mesi su Spider, la piattaforma di elaborazione dati ad alte prestazioni ospitata su Surf nei Paesi Bassi», dice Jurjen de Jong, ricercatore al Leiden Observatory e al Astron, primo autore dello studio.
I nuovi dati sono stati resi disponibili pubblicamente per la comunità astronomica. Gran parte del loro valore scientifico si otterrà combinando queste osservazioni con immagini della stessa zona di cielo ripresa da altri telescopi in altre frequenze, come la banda ottica, l’infrarosso e i raggi X. In questo modo i ricercatori possono ricavare proprietà come la distanza e la massa di ogni sorgente radio rivelata nella nuova immagine.
Tra gli oggetti presenti nell’immagine di Lofar ci sono i nuclei galattici attivi: i compatti e luminosi centri delle galassie, alimentati da materia che spiraleggia verso un buco nero supermassiccio. Questi oggetti possono generare potenti flussi in uscita, simili a getti, che i radiotelescopi come Lofar possono rivelare grazie alla sensibilità dello strumento alle emissioni radio deboli ed estese. Nelle immagini a bassa risoluzione, le galassie distanti e questi getti radio appaiono come masse informi, dove spesso è difficile stabilire se siano costituiti da più galassie o componenti. Inoltre è difficile capire se questa emissione radio proviene da un getto oppure da stelle in formazione nella galassia. Nei nuovi dati ad alta risoluzione di Lofar, invece, si possono distinguere più facilmente le diverse componenti e la sorgente delle emissioni radio e si possono tracciare in dettaglio questi getti.
«Con questa visione nitida e sensibile del cielo a basse frequenze radio, abbiamo una nuova finestra per studiare come questi getti radio interagiscono con il loro ambiente e come evolvono nel corso del tempo cosmico», spiega Reinout van Weeren del Leiden Observatory, co-autore dello studio.
Nell’immagine di Lofar ci sono anche altre sorgenti radio: piccole galassie con formazione stellare, che convertono attivamente gas in stelle. Dato che le onde radio possono attraversare la polvere che nasconde la formazione stellare ai telescopi ottici e a infrarossi, queste osservazioni radio forniscono un’immagine dettagliata di questi processi. Questo permette agli astronomi di studiare l’evoluzione dalle prime galassie fino all’universo attuale.
Secondo i ricercatori, questo studio dimostra il potenziale di Lofar2.0, l’upgrade del radiotelescopio che Astron sta attualmente portando avanti con i propri partner europei. L’aggiornamento permetterà di ottenere immagini più sensibili e ampie ad alta risoluzione.
Per saperne di più:
- Leggi su arXiv il preprint dell’articolo in uscita su Astronomy & Astrophysics “Pushing the frontiers of low-frequency radio astronomy: An ultra-deep sub-arcsecond Lofar image of Elais-n1” di J.M.G.H.J. de Jong, L.K. Morabito, R.J. van Weeren, J.B.R. Oon, A. Ahmadi, P.N. Best, C.L. Hale, R. Kondapally, G. Lusetti, H.J.A. Röttgering, T.W. Shimwell, F. Sweijen, R. Timmerman e M. van der Wild
Guarda il video della zona di cielo Elais-n1 vista con le immagini radio di Lofar: