Uno spettacolo straordinario! Il radiotelescopio continentale Low Frequency Array (LOFAR) ha completato il rilascio del terzo dataset, contenente 13,7 milioni di oggetti celesti, consentendo la creazione di una rappresentazione radiofonica dell’Universo senza precedenti per accuratezza (due anni fa il dataset precedente includeva “appena” 4,4 milioni di elementi). Le informazioni provengono da un progetto collaborativo su scala globale, che vede coinvolto anche l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) italiano.
Una rappresentazione celeste mai vista prima
La rappresentazione mostra un’incredibile diversità di strutture generate da buchi neri, le cui radiazioni elettromagnetiche possono propagarsi per distanze di milioni di anni luce. Il nuovo censimento LOFAR Two-meter Sky Survey (LoTSS-DR3) costituisce un traguardo fondamentale per l’astronomia delle onde radio e per la cooperazione scientifica mondiale.
Secondo quanto riferiscono gli studiosi, scrutando lo spazio alle basse frequenze radio, il censimento offre una prospettiva dell’Universo radicalmente innovativa rispetto a quella ottenuta attraverso le lunghezze d’onda ottiche (che comprendono gli spettri del visibile e dell’infrarosso).
La maggior parte delle radiazioni intercettate origina infatti da particelle relativistiche che attraversano campi magnetici, permettendo così agli scienziati di identificare fenomeni energetici quali potenti flussi originati da buchi neri di massa enorme e sistemi galattici con formazione stellare intensissima attraverso le epoche cosmiche.
Per via del suo eccezionale grado di precisione, il censimento ha inoltre rivelato fenomeni rari e difficili da osservare, inclusi raggruppamenti di galassie in collisione, deboli tracce di esplosioni stellari e astri con brillamenti o in interazione reciproca, e sta già facilitando centinaia di nuove ricerche astronomiche, fornendo prospettive inedite sulla genesi e l’evoluzione delle architetture cosmiche, ad esempio su come le particelle raggiungano energie estreme e sui campi magnetici dell’Universo, rendendo disponibili le cartografie radio ad ampio spettro più sensibili mai generate.
Come LOFAR ha raggiunto questo risultato
Questa diffusione di informazioni riunisce più di dieci anni di osservazioni, elaborazione massiva di dati e analisi scientifica condotta da un gruppo di ricerca multinazionale – afferma Timothy Shimwell, principale autore dello studio – Questo traguardo evidenzia il modello del Consorzio Europeo per le Infrastrutture di Ricerca LOFAR (LOFAR ERIC), che aggrega competenze da Paesi Bassi, Germania, Francia, Regno Unito, Polonia, Italia, Svezia, Irlanda, Lettonia e Bulgaria
LOFAR è infatti un apparato “distribuito”, che comprende 38 installazioni nei Paesi Bassi e 14 sparse in tutta Europa, con quelle più lontane distanziate di quasi 2.000 chilometri, costituendo così uno dei radiotelescopi più estesi, ad alta definizione e più performanti del pianeta.
Possiamo analizzare una popolazione variegata di buchi neri supermassicci e i loro flussi radio in diversi stadi della loro evoluzione – aggiunge il coautore Martin Hardcastle – dimostrando come le loro caratteristiche dipendano non soltanto dal buco nero stesso, ma anche dalla galassia e dal contesto in cui si colloca
Le informazioni vengono esaminate meticolosamente alla ricerca di rari eventi astrofisici e il gruppo ne ha già identificati parecchi, tra cui sorgenti radio transienti e variabili, residui di esplosioni stellari precedentemente ignoti, alcune delle più vaste e antiche radiogalassie note ed emissioni radio compatibili con le interazioni tra pianeti extrasolari e le loro stelle.
Il processo di elaborazione
L’elaborazione ha necessitato lo sviluppo di metodologie innovative che correggono con precisione le severe distorsioni generate dalla ionosfera terrestre, lo strato elettricamente attivo dell’atmosfera superiore, attraverso una robusta automazione e ottimizzazione.
La sfida informatica è stata colossale – spiega Cyril Tasse, che ha coordinato lo sviluppo dell’algoritmo – Sono stati necessari anni per progettare, raffinare e ottimizzare gli algoritmi, ma ora questi ci consentono di generare regolarmente immagini estremamente nitide e ricche di dettagli del cielo radio a bassa frequenza e di cercare segnali variabili temporalmente provenienti da astri ed esopianeti
Last but not least, l’estrazione delle informazioni dagli archivi del telescopio e la ripartizione del carico computazionale su diversi sistemi di calcolo ad alte prestazioni hanno rappresentato un’ulteriore difficoltà.
Il volume di informazioni che abbiamo trattato, 18,6 petabyte complessivamente, era enorme e ha richiesto un’elaborazione e un controllo costanti per molti anni, utilizzando oltre 20 milioni di ore di calcolo
rivela Alexander Drabent, responsabile di questa componente della ricerca
I prossimi sviluppi (e le prospettive future)
LOFAR è attualmente in fase di potenziamento verso LOFAR2.0: la collaborazione intende costruire su LoTSS-DR3 e sfruttare il raddoppio della velocità di rilevamento garantita dallo strumento migliorato.
I recenti avanzamenti nell’elaborazione delle informazioni stanno inoltre rendendo sempre più praticabile la visualizzazione dei dati del censimento a una definizione notevolmente superiore, aprendo nuove possibilità per indagini ancora più approfondite.
LoTSS-DR3 non rappresenta una conclusione, ma un traguardo significativo – osserva Wendy Williams, coautrice dello studio – Nuove strutture come LOFAR2.0 ci permetteranno di cartografare l’universo radio con una sensibilità e una definizione ancora superiori, prolungando l’eredità di questo censimento ben oltre il futuro
Lo studio è stato pubblicato su Astronomy & Astrophysics.
Fonti: Astronomie / INAF / NOVAastronomieNL/Youtube / Astronomy & Astrophysics