LOFAR'dan alçak frekanslı radyo gökyüzünün en derin ve keskin görüntüsü: 62.916 kaynak

Avrupa'ya yayılmış LOFAR (Alçak Frekans Dizisi) radyo teleskobuyla, gökyüzünün alçak radyo frekanslarındaki şimdiye kadarki en derin ve en keskin görüntülerinden biri elde edildi. Leiden Üniversitesi'nden Jurjen de Jong'un başını çektiği 14 kişilik ekip, kuzey gökyüzünde iyi incelenmiş ELAIS-N1 alanına toplam 200 saat boyunca bakarak 2,5'e 2,5 derecelik bir bölgenin yay saniyesinin altında çözünürlüklü görüntüsünü üretti. Ekibin 4 Kasım'da arXiv'de paylaştığı ve Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlanmak üzere kabul edilen makaleye göre bu görüntüler, 1,28 gigahertzin altındaki frekanslarda bugüne kadarki en derin radyo görüntüleri ve her frekansta en derinler arasında.

Ekip bu verileri daha önceki 6 yay saniyesi çözünürlüklü derin LOFAR görüntüleriyle birleştirerek alanda toplam 62.916 ayrı radyo kaynağı içeren bir katalog derledi. Gözlemler 115 ile 168 megahertz arasındaki bantta yapıldı.

Rakamlarla görüntü

Görüntünün merkezinde nokta kaynaklar için ulaşılan duyarlılık ışın başına 5,3 mikrojansky, açısal çözünürlük ise 0,33'e 0,39 yay saniyesi. Yay saniyesi, bir derecenin 3.600'de biri; bu kadar ince bir ayrıntıyı alçak radyo frekanslarında yakalamak için yüzlerce kilometre uzaklıktaki antenlerin verilerini birlikte işlemek gerekiyor. LOFAR, merkezi Hollanda'da olan ve Avrupa'nın çeşitli ülkelerindeki uluslararası istasyonlarıyla yaklaşık 2.000 kilometreye varan taban çizgilerine ulaşan bir anten ağı.

Kaynakların gökteki konumları da çok hassas biçimde belirlendi. Ekip, görüntüyü Gaia uydusunun konumlarını çok iyi bildiği 95 kuasarla hizaladı; bu kaynaklarda konum sapması milisaniye mertebesinde kaldı. Ayrıca yay saniyesinin altındaki çözünürlükte derin kutuplanma çalışmalarının da mümkün olduğunu gösterdiler: Aletten kaynaklanan sızıntı yüzde 0,12'ye kadar indi; bu, 6 yay saniyesi çözünürlüklü LOFAR İki Metre Gökyüzü Taraması'ndaki tipik değerden yaklaşık iki kat daha iyi.

Önceki adımın altı katı veri

Aynı ekip 2024'te aynı alanın, 52 istasyonun tümünü ve Avrupa boyunca yaklaşık 2.000 kilometreye varan taban çizgilerini kullanan 32 saatlik verisinden bir görüntü yayımlamıştı. O çalışmada 0,3 yay saniyesi çözünürlükte merkezdeki gürültü düzeyi ışın başına 14 mikrojansky idi ve hesaplama maliyeti hâlâ yüksekti. Yeni çalışma, uzun taban çizgisi kalibrasyonu ve görüntülemedeki son gelişmelerle altı kat daha fazla veriyi işleyerek duyarlılığı belirgin biçimde artırdı. Yazarlar, geniş bir alanı yay saniyesinin altında çözünürlükte çok sayıda gözlemle görüntülemenin artık hesaplama açısından uygulanabilir olduğunu vurguluyor.

Kara delik jetleri ve gizli yıldız doğumu

Bu tür derin radyo görüntülerinde iki büyük kaynak topluluğu öne çıkıyor. Birincisi aktif gökada çekirdekleri: Merkezindeki dev kara deliğe madde akan ve çoğu zaman güçlü jetler fırlatan gökadalar. Alçak frekanslı radyo teleskopları, bu jetlerin geniş ve sönük yayılımına özellikle duyarlı. Düşük çözünürlüklü görüntülerde uzak gökadalar ve jetler biçimsiz lekeler gibi görünürken, yüksek çözünürlük bileşenlerin ayrılmasını ve radyo ışımasının bir jetten mi yoksa gökadaya yayılmış yıldız oluşumundan mı geldiğinin anlaşılmasını kolaylaştırıyor.

İkinci topluluk ise gazı hızla yıldıza dönüştüren gökadalar. Radyo dalgaları, optik ve kızılötesi teleskoplardan yıldız oluşumunu gizleyen tozun içinden geçebildiği için bu gözlemler uzak gökadalardaki yıldız doğumuna tozla örtülmemiş bir bakış sağlıyor. Veriler gökbilim topluluğuna açık; bilimsel değerin büyük kısmının, aynı alanın optik, kızılötesi ve X ışını görüntüleriyle birleştirilerek her kaynağın uzaklığı ve kütlesi gibi özelliklerinin çıkarılmasıyla ortaya çıkması bekleniyor.

LOFAR2.0 ve SKA çağına hazırlık

Yazarlar sonuçlarının alçak frekanslı radyo görüntülemede derinlik, çözünürlük ve alan genişliğini birleştirme açısından yeni bir ölçüt koyduğunu ve teleskobun yenilenmiş sürümü LOFAR2.0 ile Kare Kilometre Dizisi (SKA) döneminde daha derin ve geniş taramalara zemin hazırladığını belirtiyor. Güney Afrika ve Avustralya'da kurulmakta olan SKA, radyo gökbiliminin gelecek on yıllardaki en büyük aracı olacak. Açık soru, bu kadar keskin bir bakışın evrenin farklı dönemlerinde kara delik jetlerinin çevreleriyle nasıl etkileştiğine dair neler göstereceği.