Polskie stacje LOFAR-a wybudowane w 2015 roku pracują już rutynowo, tworząc razem z innymi, największy interferometr radiowy na świecie w dziedzinie niskich częstotliwości.
Na konferencji w Zandvoort w Holandii profesor Ger de Bruyn z Uniwersytetu Groningen przedstawił właśnie pierwsze obrazy nieba uzyskane dzięki polskim stacjom LOFAR. Obserwacje przeprowadzone w lutym tego roku ukazują strukturę kwazara 3C196, odległego od Ziemi o 7 mld lat świetlnych. Same stacje holenderskie są niewystarczające, widzą obiekt jako pojedynczą plamkę. Dopiero ich połączenie z antenami w Polsce i innymi stacjami międzynarodowymi pozwala spojrzeć z dziesięciokrotnie lepszą zdolnością rozdzielczą i ujawnić bogatą morfologię obiektu, obszerne loby promieniowania i zwarte obszary gorącej plazmy. Poprawne działanie stacji i ich połączenie przez 10 GB/s łącze internetowe z superkomputerem w Groningen to sukces współpracy pomiędzy Uniwersytetem Jagiellońskim, Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim, Centrum Badań Kosmicznych PAN, Centrum Superkomputerowo-Sieciowym PIONIER i partnerami międzynarodowymi. LOFAR stał się prawdziwie międzynarodowym urządzeniem, łączącym różne części Europy i naukowców z wielu krajów.
Badanie struktury kwazara 3C196, choć ciekawe same w sobie, posłuży w tym wypadku głównie do badań wodoru neutralnego w tzw. epoce rejonizacji. Nastąpiła ona krótko po Wielkim Wybuchu, doszło w niej do powstania pierwszych gwiazd i czarnych dziur. Uzyskanie z LOFAR-a obrazów tak odległych zakątków Wszechświata wymaga osiągnięcia dynamiki sygnału rzędu miliona. Konieczne do tego jest dokładne rozpoznanie struktury bliższych i silniejszych źródeł (jak 3C196), a następnie ich usunięcie z map. Wymagana do tego zdolność rozdzielcza pozwalająca odróżnić szczegóły rzędu 0.5” jest osiągalna dopiero dla anten takich jak polskie, które są najbardziej oddalone od centrum LOFAR w Holandii. Detekcja sygnałów z epoki rejonizacji Wszechświata to jedno z najpilniejszych i najambitniejszych wyzwań współczesnej astrofizyki.
„We got good fringes from all Polish stations” – powiedział profesor de Bruyn podczas konferencji. Te dobrze widoczne oscylujące sygnały są najlepszym dowodem poprawnego działania Polskich stacji i procesu korelacji sygnałów. Uzyskano je usuwając wpływ ziemskich zakłóceń i dynamicznych zmian ziemskiej jonosfery. Pracujące polskie stacje stanowią potwierdzenie koncepcji niskoczęstotliwościowej interferometrii radiowej opartej o anteny umieszczone w rekordowych odległościach, ponad 1000 km.
Obecnie LOFAR składa się z 38 stacji holenderskich, 3 polskich, 6 niemieckich oraz pojedynczych w Szwecji, Wielkiej Brytanii, Francji i Irlandii (w budowie). Trzy polskie stacje powstały w ramach realizacji projektu Polskiej Mapy Drogowej Infrastruktury Badawczej. Sygnały przesyłane są do superkomputera w Groningen, gdzie podlegają procesowi korelacji i wstępnej kalibracji. Teleskop pracuje w zakresie od 10 MHz (najniższe częstotliwości radiowe dostępne do obserwacji z powierzchni Ziemi) do 240 MHz. Instrument ma duże pole widzenia i może jednocześnie obserwować różne części nieba. Główne badania naukowe prowadzone są w ramach kilku tzw. Projektów Kluczowych LOFAR, w których uczestniczą polscy naukowcy. Ich tematyka to:
– Przeglądy całego nieba – jaka jest kosmologiczna ewolucja powstawania gwiazd i aktywnych jąder galaktyk
– Pulsary i błyski radiowe – sondowanie ekstremalnych warunków astrofizycznych, które prowadzą do jasnych błysków promieniowania.
– Epoka rejonizacji – zrozumienie, jak pierwsze gwiazdy i czarne dziury spowodowały powstanie gorącego Wszechświata.
– Kosmiczny magnetyzm – jakie jest pochodzenie i ewolucja pól magnetycznych, które przenikają cały Wszechświat
– Słońce i nasze środowisko kosmiczne – powiązanie struktury wiatru słonecznego, rozbłysków słonecznych, stanu ziemskiej jonosfery, badania tzw. „pogody kosmicznej”.
– Promieniowanie kosmiczne – jakie jest pochodzenie najbardziej energetycznych cząstek we Wszechświecie
LOFAR rewolucjonizuje niskoczęstotliwościową astrofizykę i jest prekursorem zaawansowanych osiągnięć sprzętowo-programistycznych, które zostaną wykorzystane w przyszłych generacjach interferometrów takich jak Square Kilometre Array.
Tekst: Krzysztof Chyży (Uniwersytet Jagielloński, Zakład Radioastronomii i Fizyki Kosmicznej, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej), Andrzej Krankowski (Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Centrum Diagnostyki Radiowej Środowiska Kosmicznego), Hanna Rothkaehl (Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie)
