Новая карта участка неба размером 2,5 × 2,5 градуса получена после 200 часов наблюдений и обработки 400 ТБ данных. На ней можно различить отдельные компоненты галактик и проследить структуру потоков вещества, выбрасываемых сверхмассивными чёрными дырами Учёные из Лейденского университета (Нидерланды) и международная команда астрономов создали самое детальное и чувствительное на сегодняшний день изображение неба в низкочастотном радиодиапазоне. Для этого они использовали радиотелескоп LOFAR (Low Frequency Array), распределённую по Европе систему антенн, работающую на радиоволнах. На участке неба ELAIS-N1 размером 2,5 × 2,5 градуса удалось составить каталог из 62 916 отдельных радиоисточников. Это активные ядра галактик, области звездообразования и другие объекты, излучающие радиоволны. Угловое разрешение изображения достигает 0,33 × 0,39 угловой секунды. Для сравнения: такая детализация позволила бы различить монету с расстояния около 10 км. Полная карта содержит около 8 млрд пикселей и охватывает участок неба площадью почти в 25 полных лунных дисков. По чувствительности и детализации она превосходит предыдущие изображения LOFAR этого участка: по сравнению с прежней высокодетальной картой чувствительность улучшилась в 2,6 раза, для её получения использовали в 6 раз больше времени наблюдений — 200 часов вместо 32. Получить такой результат удалось благодаря объединению данных 25 наблюдений в диапазоне частот 115–168 МГц. Исходный массив составил около 400 ТБ. Раньше обработка столь большого объёма радиоданных с сохранением субсекундной детализации (разрешения меньше одной угловой секунды) требовала практически недоступных вычислительных ресурсов. Команда усовершенствовала методы калибровки и обработки сигналов, в том числе научилась объединять данные разных наблюдений без существенной потери точности. Это позволило сократить вычислительные затраты более чем в 10 раз по сравнению с первоначальными подходами. Вся обработка заняла несколько месяцев на вычислительной платформе Spider нидерландского национального центра SURF. Общие затраты составили почти 750 000 процессорных часов. Три галактики с радиоизлучением. Слева — компактный источник, радиоизлучение которого обусловлено активным звездообразованием. В центре — радиоджет с ярким ядром, образованный чёрной дырой. Справа — изогнутый джет // Источник изображения: De Jong et al. Особую ценность новая карта представляет для изучения активных ядер галактик — компактных ярких областей в их центрах, где сверхмассивные чёрные дыры поглощают окружающее вещество. Часть материи при этом выбрасывается в виде мощных потоков плазмы — релятивистских джетов, способных простираться далеко за пределы галактики. На прежних радиокартах с меньшим разрешением такие структуры часто выглядели размытыми пятнами: было сложно определить, принадлежат ли разные участки излучения одной галактике, нескольким объектам или протяжённому джету. Новые данные позволяют различать отдельные компоненты и прослеживать форму радиоджетов, а значит, изучать их взаимодействие с окружающей средой и изменения на протяжении космической истории. Вторая крупная группа обнаруженных объектов — галактики с активным звездообразованием. Радионаблюдения особенно полезны для их изучения: в отличие от видимого и инфракрасного света, радиоволны проходят сквозь пылевые облака, которые могут скрывать области рождения новых звёзд. Поэтому LOFAR позволяет обнаруживать процессы звездообразования, остающиеся незаметными для оптических телескопов, в том числе в далёких галактиках. Сопоставление радиокарты с уже имеющимися наблюдениями ELAIS-N1 в оптическом, инфракрасном и рентгеновском диапазонах поможет астрономам определять расстояния до источников, оценивать их массы и разделять вклад звездообразования и активности чёрных дыр в общее излучение галактик. Команда также продемонстрировала возможности изучения поляризации радиосигналов с высоким разрешением. После коррекции инструментальных помех утечка сигнала между компонентами линейной поляризации составила 0,12% — в 2 раза меньше типичного показателя для предыдущих обзоров LOFAR с разрешением 6 угловых секунд. Это открывает дополнительные возможности для изучения магнитных полей и свойств плазмы в галактиках, хотя подробный анализ поляризационных данных авторы оставили для следующих работ. Все изображения и каталоги уже опубликованы в открытом доступе, чтобы астрономы могли объединять их с данными других телескопов. Работа также демонстрирует готовность LOFAR к следующему этапу развития: модернизированная система LOFAR2.0 должна обеспечить более чувствительные и широкие обзоры с высоким разрешением. Авторы считают, что отработанные методы обработки позволят масштабировать наблюдения до тысяч часов и сохранять ценность телескопа в эпоху строящегося радиоинтерферометра SKA в Южной Африке и Австралии.