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Rekordaufnahme: Radioteleskop LOFAR enthüllt verborgene Strukturen ferner Galaxien
Kosmos im Radiolicht: Eine neue Himmelskarte des europäischen Radioteleskops LOFAR zeigt ferne Galaxien bei niedrigen Radiofrequenzen ungewöhnlich scharf und empfindlich. Zusammen mit älteren Aufnahmen liefert sie einen Katalog von 62.916 Radioquellen auf nur 6,25 Quadratgrad. So lassen sich zuvor verschwommene Strahlungsstrukturen von schwarzen Löchern und Sternentstehungsgebieten besser auseinanderhalten.
Leiden (Niederlande). Die Radiowelt des Universums ist reich an verborgenen Strukturen. Wo herkömmliche Karten nur einen verwaschenen Fleck erkennen lassen, können sich ein aktiver Galaxienkern, ausgedehnte Teilchenstrahlen oder mehrere benachbarte Galaxien verbergen. Besonders schwache Radiosignale aus großer Entfernung sind schwer zugleich detailreich und empfindlich abzubilden.
Das liegt auch am technischen Dilemma der Radioastronomie: Eine hohe Winkelauflösung trennt kleine Details, während große Empfindlichkeit selbst schwache Strahlung sichtbar macht. Gerade bei niedrigen Frequenzen erschweren Störungen durch die Erdatmosphäre und die Datenflut großflächige, scharfe Aufnahmen. Die neue Karte des Himmelsfelds ELAIS-N1 verbindet beides in bislang unerreichtem Maß.
Forscher der Universität Leiden um Dr. Jurjen de Jong haben dafür 200 Stunden Beobachtungszeit des europäischen Antennennetzes Low Frequency Array (LOFAR) ausgewertet. Sie kombinierten Daten aus 25 Beobachtungsphasen bei Frequenzen zwischen 115 und 168 Megahertz. Das untersuchte Feld ELAIS-N1 umfasst 2,5 mal 2,5 Grad am Nordhimmel.
Die hochauflösende Aufnahme umfasst nach Angaben der beteiligten Einrichtung rund acht Milliarden Bildpunkte. Mit einer Winkelauflösung von etwa 0,3 bis 0,4 Bogensekunden zeigt sie rund 20-mal feinere Details als die bisher empfindlichste LOFAR-Aufnahme derselben Region. Das entspricht ungefähr der Möglichkeit, eine Münze aus zehn Kilometern Entfernung zu erkennen.
Aus den neuen, unterschiedlich scharfen Karten und einer früheren Aufnahme mit sechs Bogensekunden Auflösung entstand ein Katalog mit 62.916 unterschiedlichen Radioquellen. Darunter sind kompakte, strahlungsreiche Galaxienkerne und Gebiete intensiver Sternentstehung. Die Forschungsarbeit ist bislang als Preprint verfügbar, eine reguläre Fachveröffentlichung wurde laut Studienmitteilung bereits angenommen.
In vielen Galaxien fällt Gas in die Umgebung eines supermassereichen schwarzen Lochs. Dabei können gewaltige Jets entstehen, deren geladene Teilchen Radiowellen aussenden. Mit grober Auflösung erscheinen solche Strahlen oft nur als diffuse Radioflecken und lassen sich schwer von Sternentstehung unterscheiden.
Die schärferen Aufnahmen zeigen dagegen häufig den hellen Kern und ausgedehnte Jets getrennt. Bei anderen Quellen geht die Radiostrahlung von Sternentstehungsgebieten aus, die hinter Staubwolken verborgen sind. Radiowellen werden von diesem Staub kaum abgeschirmt und ergänzen daher optische, infrarote und Röntgenbilder.
„Mit diesem scharfen und empfindlichen Blick auf unseren Himmel bei niedrigen Radiofrequenzen haben wir ein neues Fenster, um zu untersuchen, wie diese Radiojets mit ihrer Umgebung wechselwirken und wie sie sich im Verlauf der kosmischen Geschichte entwickeln“, erklärt Reinout van Weeren von der Universität Leiden.
Die neue Aufnahme ist auch ein Fortschritt bei der Datenverarbeitung. Bei 200 Stunden Beobachtung fielen rund 400 Terabyte an Rohdaten an, die erst aufwendig kalibriert und miteinander kombiniert werden mussten. Neue Verfahren verringern den dafür nötigen Rechenaufwand gegenüber frühen hochauflösenden LOFAR-Auswertungen um mehr als das Zehnfache.