Se obtienen las imágenes más detalladas de galaxias gracias a LOFAR, una red de 70.000 antenas

Ago 27, 2021 | Noticias

27 de agosto de 2021 – El IAA-CSIC encabeza uno de los once artículos que forman un número especial de la revista Astronomy & Astrophysics sobre los resultados de LOFAR

Tras casi una década de trabajo, un equipo científico internacional ha publicado las imágenes más detalladas nunca obtenidas de galaxias, que aportan información sobre su funcionamiento interno con un detalle sin precedentes. Las imágenes fueron creadas a partir de datos recopilados por LOFAR (Low Frequency Array), una red de más de 70.000 antenas pequeñas distribuidas a lo largo de Europa. Las imágenes y los resultados científicos asociados se han publicado en un número especial de la revista Astronomy & Astrophysics, uno de ellos encabezado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

Compilación de imágenes de LOFAR. Crédito, de izquierda a derecha y de arriba abajo: N. Ramírez-Olivencia et al. [radio]; NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University), editada por R. Cumming [optical], C. Groeneveld, R. Timmerman; LOFAR & Hubble Space Telescope,. Kukreti; LOFAR & Sloan Digital Sky Survey, A. Kappes, F. Sweijen; LOFAR & DESI Legacy Imaging Survey, S. Badole; NASA, ESA & L. Calcada, gráficos: W.L. Williams.

El universo se halla inundado de radiación electromagnética, de la que la luz visible, la que captan nuestros ojos, constituye solo una pequeña porción. Desde las longitudes de onda cortas, como los rayos gamma y los rayos X, hasta las de onda larga, como las de radio, cada parte del espectro de luz revela algo único sobre el universo.

La red LOFAR captura imágenes en frecuencias de radio que, a diferencia de las fuentes de longitud de onda más corta, como la luz visible, no son bloqueadas por las nubes de polvo y gas que pueden ocultar los objetos astronómicos. Así, las regiones del cielo que parecen oscuras a nuestros ojos brillan intensamente en ondas de radio, y los radiotelescopios permiten observar zonas oscurecidas por el polvo, como las regiones donde se forman las estrellas o el corazón de las galaxias.

Las nuevas imágenes obtenidas con la red LOFAR traspasan los límites de lo que conocemos sobre las galaxias y los agujeros negros supermasivos. Las imágenes revelan el funcionamiento interno de galaxias tanto cercanas y como distantes con una resolución veinte veces más nítida que las imágenes típicas de LOFAR, algo posible gracias a la forma única en que el equipo hizo uso de la red.

Esta imagen muestra las radiogalaxias observadas. El gif se desvanece de la resolución estándar a la alta resolución, mostrando el detalle que podemos ver usando las nuevas técnicas. Crédito: L.K. Morabito, LOFAR KSP.

Las más de 70.000 antenas LOFAR se hallan repartidas por Europa, y la mayoría se encuentra en los Países Bajos. En el funcionamiento estándar solo se combinan las señales de las antenas ubicadas en los Países Bajos y se crea un telescopio virtual con una superficie recolectora de unos 120 kilómetros de diámetro. Al utilizar las señales de todas las antenas europeas, el equipo ha aumentado el diámetro de la «lente» a casi dos mil kilómetros, lo que proporciona un aumento de veinte veces en la resolución.

Además, a diferencia de las antenas de matriz convencionales que combinan varias señales en tiempo real para producir imágenes, LOFAR utiliza un nuevo concepto en el que las señales recopiladas por cada antena se digitalizan, se transportan al procesador central y luego se combinan para crear una imagen. Cada imagen LOFAR es el resultado de combinar las señales de más de 70.000 antenas, lo que hace posible su extraordinaria resolución.

UN DESAFÍO DE UNA DÉCADA

Incluso antes de que LOFAR comenzara a operar en 2012, el equipo científico europeo comenzó a trabajar en el colosal desafío de combinar las señales de más de 70.000 antenas ubicadas a una distancia de hasta dos mil kilómetros. «Nuestro objetivo es que nuestro trabajo permita a la comunidad científica internacional utilizar toda la red europea de telescopios LOFAR para su propia ciencia, y crear imágenes de alta resolución con relativa facilidad sin tener que invertir años en adquirir los conocimientos», apunta Leah Morabito, investigadora de la Universidad de Durham que ha coordinado el trabajo.

Los resultados de LOFAR aportan nuevas perspectivas sobre galaxias conocidas, muestran en detalle su estructura y permiten detectar chorros y expulsiones de material que emergen desde los agujeros negros supermasivos de los núcleos galácticos.  Específicamente, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha contribuido con un estudio de la galaxia Arp-299, que destaca por su alta tasa de producción de supernovas, o explosiones producidas por la muerte de estrellas con más de ocho veces la masa del Sol.

«En el IAA llevamos años investigando esta galaxia, que debido a la interacción con la galaxia compañera está generando brotes de formación de estrellas -apunta Naím Ramírez-Olivencia, investigadora del IAA que encabeza el estudio-. Es, por tanto, un entorno muy interesante porque nos permite estudiar casi en tiempo real cómo las estrellas nacen, mueren e interaccionan con el medio circundante».

«Nuestro trabajo ha sido elegido para este compendio de artículos relacionado con LOFAR por ser de los primeros en mostrar las capacidades de este estupendo instrumento de bajas radiofrecuencias. Gracias a LOFAR hemos llegado a detectar, por ejemplo, un flujo de gas que emana de uno de los núcleos del sistema de galaxias Arp299, y con una escala comparable a la propia galaxia de la que emana. Un resultado así solo ha sido posible gracias a la gran sensibilidad y resolución de LOFAR, que en su configuración actual constituye un hito en la astronomía y nos abre un mundo de nuevos descubrimientos», concluye la investigadora.