見えない宇宙の新しい地図

天文学者たちは、宇宙の我々の描像を根本的に変える巨大な観測キャンペーンの結果を発表しました。ヨーロッパ中に広がる数千の電波アンテナからなるネットワーク、Low-Frequency Array (LOFAR)を使用して、国際的なチームは1,370万の電波源をカタログ化しました。これまでに組み立てられた空の電波サーベイの中で最大です。

このサーベイは、驚くべき種類の宇宙現象をキャプチャしています。超大質量ブラックホールが銀河間空間に数百万光年のプラズマジェットを放出している様子、合体の途中の銀河、古い超新星爆発の幽霊のような残骸、そして重力井戸に閉じ込められた加熱ガスからの電波放出で輝く銀河団全体です。

この達成が特に注目に値する理由は周波数範囲です。LOFARは120から168メガヘルツの非常に低い電波周波数で動作し、光学望遠鏡やより高い周波数の電波観測ではほぼ見えない物理プロセスを明らかにします。これらの周波数では、磁場を通じてスパイラルする電子からのシンクロトロン放射で空が明るくなり、宇宙磁気と高エネルギー粒子加速への直接的なプローブを提供しています。

LOFARの仕組み

単一の大きなディッシュを持つ従来の電波望遠鏡とは異なり、LOFARはinterferometryを通じて並外れた感度を達成しています。オランダ中に分布する数千の小さくて比較的低コストのアンテナと、ドイツ、フランス、イギリス、スウェーデン、ポーランド、アイルランド、ラトビア、イタリアのパートナーステーションからの信号を結合しています。最長ベースラインは2,000キロメートル以上に伸び、アレイに宇宙望遠鏡に匹敵するangular resolutionを与えています。

アレイのコアはオランダ北東部のDrentse Aaと呼ばれる辺鄙な地域に位置し、異常に低いradio frequency interferenceのレベルのために選ばれました。そこからデータは世界最大の粒子物理実験と同等の速度でストリーミングし、生の信号を空画像に処理するための専用スーパーコンピューティング施設が必要です。

LOFARの各ポインティングは数度にわたる視野をキャプチャし、これは典型的な電波望遠鏡よりもはるかに広く、サーベイが北の空全体を効率的にカバーできます。結果として得られるデータセットは、今後数年間天文学者を忙しくさせるペタバイトの情報を含んでいます。

ブラックホールと活動銀河

サーベイの最も壮観な発見の中には数百万のactive galactic nuclei、またはAGNがあります。これらは超大質量ブラックホールを保持し、周囲の物質を積極的に消費している銀河です。物質がこれらのブラックホールに渦巻き込まれると、ホスト銀河そのものをはるかに超えて広がるrelativistic plasmaの双子ジェットを生成します。

LOFARの低周波数感度は、最も古く、最も拡張したジェット構造を検出するのに独特に適しています。高周波電波放出は電子がエネルギーを失うにつれて比較的急速に消えますが、低周波の輝きはより長く持続し、数億年のブラックホール活動を記録したfossil jetsとローブを明らかにしています。このサーベイは数千の以前は未知の巨大電波銀河を発見しており、その中には数百万光年に及ぶ構造を持つものもあります。

これらの観測は、超大質量ブラックホールがどのようにホスト銀河と広い宇宙環境に影響を与えるかを理解するために重要です。AGNジェットによって沈積されるエネルギーは、巨大な銀河のstar formationを調整し、銀河団のガスを加熱し、宇宙構造の進化の重要なプレイヤーにしていると考えられています。

合体銀河と宇宙衝突

このサーベイは、銀河の衝突の前例のない国勢調査も提供しています。銀河が衝突すると、結果として生じる重力混乱は星形成の爆発をトリガーし、ガスを中央のブラックホールに導き、AGNの活動に点火することができます。LOFARは両方のプロセスに関連する電波放出を検出でき、銀河相互作用が宇宙の景観をどのように形作るかを研究するための理想的なツールです。

特に興奮を呼んでいるのは銀河団そのものからの電波放出の検出です。これらの巨大な構造に閉じ込められた熱いガス、宇宙で最大の重力的に束縛された物体は、radio halosとradio relicsとして知られている拡散電波放出を生成しています。これらの機能は、クラスター合体時に生成される衝撃波と乱流をトレースします。これは大爆発自体によってのみライバルのエネルギーを放出するイベントです。

新しいサーベイは、これらのクラスター電波源の既知の個体数を劇的に拡張し、宇宙で最大の構造で動作している磁場と粒子加速メカニズムに関する新鮮な制約を提供しています。

超新星残骸と恒星の死

より近い場所では、このサーベイは私たち自身の銀河系内の数千の超新星残骸をカタログ化しました。爆発した星からの破片の拡大する殻は、宇宙線の主要な源です。地球の大気に絶えず衝撃を与える高エネルギー粒子です。低周波で電波放出をマッピングすることにより、LOFARは銀河磁場の強度と構造および粒子をほぼ光速に加速するメカニズムに関する新しい情報を提供しています。

このサーベイはまた、以前は未知の残骸からの電波放出も検出し、これらの重要なオブジェクトの在庫を拡張し、天文学者が銀河系の恒星爆発の速度と分布をより良く理解するのを支援しています。

今後の展開

現在のリリースはLOFAR Surveys Key Science Projectからの第2回目の主要なデータリリースを表しています。将来のリリースはより深くなり、より多くの空をカバーし、最終的な目標はヨーロッパから見える低周波電波空の完全な国勢調査です。一方、現在オーストラリアと南アフリカで建設中の計画されたSquare Kilometre Array (SKA)は、この種のサーベイを全空にさらに大きな感度で拡張します。

当面は、1,370万源のカタログは、現代の電波天文学が何を達成できるかの記念碑として立っています。それは単なる地図ではなく、宇宙を見る新しい方法であり、銀河と数十億年の宇宙歴にわたる宇宙ウェブを形作る暴力的で、磁気的で、活力的なプロセスを明らかにするものです。

この記事はSpace.comのレポートに基づいています。オリジナル記事を読む。