Projekt LOFAR — nowe okno na Wszechświat

Projekt LOFAR — nowe okno na Wszechświat

Elżbieta Kuligowska

Przed polską radioastronomią stoi nowe wyzwanie. Otrzymaliśmy możliwość współuczestniczenia w budowie i użytkowaniu najnowocześniejszego interferometru radiowego LOFAR (Low Frequency Array). Podstawowym celem tego projektu jest badanie nieba na bardzo niskich częstotliwościach (od kilkanastu do około trzystu MHz) przy wykorzystaniu kilkudziesięciu stacji rozmieszczonych w różnych obszarach Europy. Pojedyncza stacja sieci LOFAR składa się z kilkudziesięciu niewielkich, stosunkowo prostych technicznie anten. Zbiór wszystkich takich stacji działa na zasadzie interferometrii fazowej. Sygnał odbierany przez należące do danej stacji anteny jest przetwarzany na impulsy elektryczne i za pomocą wysoko przepustowego łącza wysyłany do dedykowanego superkomputera, gdzie następnie koreluje się go z uzyskanymi w tym samym czasie sygnałami odebranymi przez pozostałe stacje. Jeśli elementy takiej sieci są wystarczająco odległe od siebie, można tym sposobem uzyskać mapy ciał niebieskich wielokrotnie przewyższające zdolnością rodzielczą obrazy tych samych obiektów zmierzone za pomocą największych pojedynczych radioteleskopów.

Obecnie projekt LOFAR jest na etapie budowy i testowania. Centralna część sieci interferometrycznej znajduje się w Holandii (okolice Dwingeloo), gdzie dzisiaj (20 kwietnia 2010 r.) pracuje 20 stacji. Kolejne ukończone już stacje znajdują się w Effelsbergu (okolice Bonn). Cztery następne niemieckie stacje są budowane pod Poczdamem, Monachium, Garching i Tautenburgiem koło Jeny. Dalsze elementy interferometru mają być w niedalekiej przyszłości umieszczone m.in. w Wielkiej Brytanii, Francji i Szwecji. Warto dodać, że już teraz — przy wykorzystaniu zaledwie kilku z kilkudziesięciu zaplanowanych stacji — z powodzeniem uzyskuje się pierwsze obrazy radioźródeł, zarówno punktowych, jak i rozciągłych.

Rys. 1 Rys. 1. Proponowane rozmiesz­cze­nie stacji LOFAR w Europie. Źródło: GoogleMaps

Rozważa się także budowę najbardziej wysuniętych na wschód elementów LOFAR na terenie naszego kraju. Istnienie polskich stacji byłoby kluczowe dla uzyskania wysokiej zdolności rozdzielczej planowanego urządzenia. Podstawowym warunkiem naszego uczestnictwa w projekcie jest wkład inwestycyjny, polegający na zlokalizowaniu na terenie Polski stacji LOFAR. Uczyni to nas pełnoprawnymi uczestnikami całości sieci. W tym celu powołane zostało Polskie Konsorcjum pod nazwą POLFAR. W jego skład wchodzą: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Uniwersytet w Zielonej Górze, Centrum Badań Kosmicznych PAN, Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN (Warszawa), Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Uniwersytet Szczeciński oraz Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu. Koordynatorem POLFAR jest Uniwersytet Jagielloński. Konsorcjum proponuje budowę trzech stacji połączonych szybkim (10 GB/s), dedykowanym łączem internetowym. Stacje byłyby zlokalizowane w okolicy Krakowa (Łazy), Olsztyna (Bałdy) i Poznania (Borówiec). Jest to minimalna liczba stacji umożliwiająca obserwacje krajową podsiecią w czasie, gdy nie będzie ona przeciążona pracą w sieci ogólnoeuropejskiej. W planach jest także połączenie stacji z lokalnym, polskim centrum w Poznaniu, a stamtąd z centralą LOFAR w Holandii. W praktyce oznacza to, że ze względu na stosunkowo duże odległości (bazy) pomiędzy trzema polskimi lokalizacjami, elementy te będą mogły działać jako nasz niezależny, narodowy interferometr. Z jego pomocą można będzie prowadzić monitorowanie jasności radiowej obiektów zwartych, takich jak pulsary, chłodne, karłowate gwiazdy typu M czy gwiazdy podwójne rozbłyskowe. POLFAR jest obecnie na etapie aplikowania o fundusze na budowę trzech planowanych stacji.

Dlaczego LOFAR?

Szacuje się, że w pełni ukończony interferometr LOFAR stanie się najbardziej liczącym się teleskopem radiowym przyszłej dekady. Pracować ma w zakresie bardzo niskich częstotliwości, a zatem zakresie widma elektromagnetycznego najsłabiej dotychczas zbadanym przez radioastronomów. Z przewidywaną czułością i zdolnością rozdzielczą kilkadziesiąt razy lepszą w porównaniu z największymi obecnie radioteleskopami, LOFAR ma szanse nie tylko umożliwić nam dokonanie spektakularnych odkryć, ale wręcz całkowicie zrewolucjonizować naszą wiedzę o Kosmosie. Obserwacje wykonane tym interferometrem obejmą zresztą bardzo szeroki zakres zagadnień współczesnej astrofizyki, w tym kosmologię wczesnego Wszechświata, problem formowania się planet, ewolucję gwiazd i galaktyk oraz badanie właściwości ośrodka międzygalaktycznego i jonosfery. LOFAR będzie miał także szereg ciekawych i bardzo praktycznych zastosowań nieastronomicznych. Jednym z kluczowych zadań projektu jest również rozwijanie technologii i przygotowanie badań naukowych pod planowany w dalszej perspektywie interferometr radiowy SKA (Square Kilometer Array). W odleglejszej jeszcze przyszłości planuje się też umieszczenie stacji typu LOFAR/SKA na odwrotnej stronie Księżyca w miejscu, do którego nie docierają sztucznie generowane zakłócenia radiowe z Ziemi.

LOFAR to także pierwszy nowoczesny teleskop „software'owy” — nie posiada żadnych ruchomych części mechanicznych, a formowanie wiązki (kierunku, w którym anteny „patrzą” na wycinek nieba) odbywa się na drodze elektronicznej obróbki sygnału. Do jego prawidłowego funkcjonowania potrzebna jest duża przepustowość łączy telekomunikacyjnych oraz ogromna moc obliczeniowa. Komputerem obsługującym cały system jest obecnie Blue Gene/L, mieszczący się na Uniwersytecie w Groningen.

Astronomiczne znaczenie obserwacji na niskich częstotli­woś­ciach radiowych

Wykorzystanie ultraniskich częstotliwości radiowych w projekcie LOFAR pozwoli na rozwój wielu różnych dziedzin astronomii, w tym tych, w które od lat zaangażowane są najważniejsze ośrodki astronomiczne w Polsce. Proponowane projekty badawcze są związane z fizyką plazmy kosmicznej i umożliwiać będą badania jej własności w warunkach nieosiągalnych w ziemskich laboratoriach. Programy te obejmują m.in. obserwacje aktywności Słońca i jej wpływu na otoczenie Ziemi, studia nad polem magnetycznym w galaktykach, grupach i gromadach galaktyk oraz badania ewolucji galaktyk aktywnych.

Fizyka plazmy słonecznej i okołoziemskiej

Badanie jonosfery stanowi wspólny obszar zainteresowań astronomów i specjalistów technik satelitarnych. Aktywność słoneczna steruje większością procesów w zewnętrznych warstwach atmosfery Ziemi, takich jak jonosfera czy magnetosfera. Chwilowy stan jonosfery jest zawsze funkcją aktualnej aktywności Słońca. Wynikające z jej zmian, szczególnie rozbłysków, gwałtowne zaburzenia plazmy okołoziemskiej mogą zakłócić pracę urządzeń satelitarnych. Interferometr LOFAR jest w stanie systematycznie monitorować stanowiące potencjalne zagrożenie rozbłyski słoneczne. Może to pomóc w ich przewidywaniu. Możliwościami prognozowania pogody kosmicznej zainteresowane są służby komunikacyjne i systemy satelitarne komunikujące się poprzez jonosferę (GPS, GLONASS, Galileo).

Badania galaktyk

LOFAR umożliwi systematyczne obserwacje radiowe bliskich galaktyk. Emisja synchrotronowa na długich falach radiowych związana jest z elektronami relatywistycznymi o stosunkowo małej energii. Tracą one również mniej energii na promieniowanie, przez co mogą propagować się dłużej i dalej od miejsc ich powstania w silnych falach uderzeniowych. Można spodziewać się, że np. dla typowych warunków w przestrzeni międzygalaktycznej elektrony takie mogą wyświecać się w polach magnetycznych do odległości około 100 kpc. Otwiera to zupełnie nowe możliwości badań rozciągłych koron plazmowych wokół galaktyk, detekcji międzygalaktycznych pól magnetycznych i badań ewolucji pól magnetycznych w gromadach galaktyk.

Dzięki obserwacjom na długich falach będziemy mogli zbadać odkryte dla niektórych galaktyk zagadkowe załamania ich widm synchrotronowych. Mogą one odzwierciedlać dodatkowe straty energetyczne relatywistycznych elektronów przy zderzeniach z cząstkami gazu lub wielkoskalowym wiatrem galaktycznym. Mogą też wynikać z pochłaniania fal przez niskoenergetyczne (termiczne) elektrony w otoczkach wokół gorących gwiazd. W kombinacji z danymi na wyższych częstotliwościach radiowych dane z LOFAR pozwolą na ocenę występowania tych procesów w galaktykach o zróżnicowanych własnościach morfologicznych i gwiazdotwórczych. To powinno umożliwić zidentyfikowanie przyczyny występowania załamań w ich widmach.

Wiele bliskich galaktyk zawiera prawdopodobnie w swych centrach słabe aktywne jądra związane z supermasywnymi czarnymi dziurami, podobnie jak w naszej Galaktyce. Wykorzystanie stacji europejskich LOFAR umieszczonych poza Holandią pozwoli na osiągnięcie zdolności rozdzielczej rzędu roku świetlnego i umożliwi badanie zjawisk aktywności wokół centralnych czarnych dziur, ich czasowych zmian oraz związków z emisją optyczną i rentgenowską. Duże zdolności rozdzielcze dadzą także wgląd w obszary silnego formowania gwiazd, powstających supernowych i ich pozostałości. Przypuszcza się, że w naszej Galaktyce uda się odkryć „brakujące” pozostałości po supernowych, które od dawna przewidują modele teoretyczne, a które w dziedzinie optycznej są prawdopodobnie przesłonięte przez międzygwiazdowe obłoki gazu i pyłu.

Regiony emisji o stromym widmie synchrotronowym

Interferometr LOFAR umożliwi poszerzenie naszej wiedzy o własnościach plazmy w ekstremalnie rzadkich ośrodkach (pojedyncze atomy na setki cm3), takich jak rozległe korony galaktyk, halo galaktyk, protogalaktyki, środowiska wewnątrz grup i gromad galaktyk czy rozciągłe płaty promieniowania radiowego w galaktykach aktywnych. Emisja radiowa tego typu obiektów na wysokich częstotliwościach jest bardzo słaba ze względu na ich strome widma synchrotronowe. Badanie ich przy wykorzystaniu działających dziś radioteleskopów i interferometrów nie jest łatwe, a czasem wręcz niemożliwe. Jednak skrajnie niskoczęstotliwościowe (do granicy obcięcia jonosferycznego) obserwacje LOFAR pozwoliłyby nie tylko na zbadanie struktur znanych już obszarów radiowych o stromym widmie, ale i na odkrycie wielu nowych obiektów tego typu.

Galaktyki aktywne

LOFAR to także idealne narzędzie do badań niskoenergetycznego zakresu widma energii relatywistycznych elektronów w galaktykach aktywnych (radiogalaktykach). Wiemy, że najmłodsze z nich, o rozmiarach rzędu kilkuset parseków, ewoluują z czasem do większych (osiągających rozmiary rzędu kiloparseków) radioźródeł. Te z kolei rosnąć mogą najprawdopodobniej dalej, aż do osiągnięcia etapu tzw. radiogalaktyk gigantycznych (o rozmiarach większych niż 1 Mpc). Są one największymi pojedynczymi obiektami we Wszechświecie. Jak dotąd natura fizyczna radiogalaktyk gigantycznych jest niezbyt dobrze znana, ponieważ liczba znanych obiektów tej klasy pozostaje niewielka. Powodem tego są pewne niedoskonałości współczesnych radioteleskopów (nie wystarczająca czułość i zdolność rozdzielcza na obserwacje stosunkowo słabych radiowo obiektów o strukturze rozciągłej). Tych niedogodności obserwacyjnych nie będzie w przypadku pracującego na niskich częstotliwościach interferometru LOFAR.

LOFAR może okazać się przydatny w programach poszukiwania nowych gigantycznych radiogalaktyk. Celem takich programów jest skompletowanie wystarczająco licznej, reprezentatywnej próbki, która pozwoli na dokładne zbadanie ewolucji tych obiektów. W szczególności spodziewane są odkrycia bardzo odległych (z > 1) radiogalaktyk o dużych rozmiarach liniowych, dzięki którym będziemy mogli po raz pierwszy empirycznie badać ewolucję kosmologiczną ośrodka międzygalaktycznego i sprawdzić poprawność założenia o zmianach jego gęstości w funkcji przesunięcia ku czerwieni.

Aktywność radiogalaktyk jest zjawiskiem przejściowym i po pewnym czasie ustaje. Jednak, jak dowodzą obserwacje, może też później dojść do jej wznowienia. Ślady po poprzedniej fazie aktywności zostały jak dotąd wykryte jedynie dla galaktyk o dużych rozmiarach liniowych, jednak z rozważań teoretycznych wynika, że wygasanie aktywności może nastąpić w każdym momencie „życia” radioźródła. Obserwacyjne potwierdzenie istnienia młodych, wygasających radiogalaktyk, lub znalezienie pozostałości po poprzedniej aktywności wokół obecnie aktywnych, zwartych obiektów, mogłyby być dowodem na poprawność tych założeń o ewolucji radiogalaktyk. Bardzo przydatna byłaby tu analiza struktur radiowych obiektów zwartych, zaobserwowanych siecią interferometryczną LOFAR, pod kątem poszukiwań śladów poprzedniego etapu aktywności wokół AGN-ów na różnym etapie ewolucji. LOFAR pozwoli też najprawdopodobniej na identyfikację radioźródeł wygasających, w których dżet nie jest już zasilany plazmą, a elektrony zgromadzone w płatach radiowych wyświecają energię w procesie synchrotronowym. Takie stare radiowo regiony cechują się stromymi widmami promieniowania synchrotronowego, co sprawia, że da się je zaobserwować jedynie na niskich częstotliwościach. Jeśli jednak chcemy otrzymać jednocześnie obrazy młodych struktur zwartych i starych regionów radiogalaktyk, potrzebna jest optymalna kombinacja odpowiednio wysokiej rozdzielczości z dużą czułością na wyższych częstotliwościach.

Magnetosfery pulsarów i gwiazd karłowatych

LOFAR będzie prowadził badania plazmy w otoczeniu gwiazd neutronowych. Plazma podlega tam wpływom bardzo silnych (nawet miliard razy silniejszych niż na Ziemi) pól magnetycznych. Proponuje się wykorzystanie nowego interferometru do badań zjawiska dryfujących impulsów oraz niskoczęstotliwościowych widm pulsarów. Projekty tego typu są interesujące także ze względu na możliwość pośredniego monitorowania ośrodka międzygwiazdowego, przez który przechodzi promieniowanie radiowe pulsarów.

Równie interesujące wydaje się użycie danych z LOFAR do badań niskoczęstotliwościowego promieniowania dochodzącego do nas z otoczenia chłodnych, karłowatych gwiazd, wykazujących aktywność podobną do słonecznej. W pobliżu takich gwiazd coraz częściej znajdowane są planety, nierzadko orbitujące w obszarze wokół gwiazdy, w którym możliwe jest życie biologiczne. Znając powiązania między aktywnością naszego Słońca i zmianami zachodzącymi w plazmowym otoczeniu Ziemi (także tymi, które mogą mieć znaczenie dla rozwoju życia), można by na podstawie takich badań wnioskować o własnościach plazmy w sąsiedztwie planet pozasłonecznych i ich wpływie na środowisko planet.

Astrofizyka wczesnego Wszechświata

Jednym z najistotniejszych celów projektu LOFAR jest badanie wczesnych stadiów ewolucji Kosmosu. Bardzo przydatna może tu się okazać detekcja obiektów o bardzo dużych przesunięciach ku czerwieni. Spodziewamy się wykryć m.in. tysiące galaktyk i protogalaktyk młodego Wszechświata. Umożliwi to określenie tempa, w jakim zachodzą procesy tworzenia się gwiazd w funkcji jego wieku.

W modelu zimnej ciemnej materii (CDM) Wszechświat składa się głównie z pewnego rodzaju powolnych cząstek nie emitujących fal elektromagnetycznych. Materiał taki może być obserwowany jedynie na drodze jego oddziaływań grawitacyjnych ze zwyczajną materią. Model CDM zakłada, że struktury Wszechświata formują się hierarchicznie, począwszy od drobnych fluktuacji w gęstości pierwotnej materii i skończywszy na obserwowanych obecnie gromadach galaktyk. Szacuje się, że 400 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu gęstość i temperatura Wszechświata spadły na tyle, że możliwa była rekombinacja — powszechne łączenie się jonów i elektronów w atomy neutralnego wodoru. Doszło następnie do oddzielenia się fotonów (promieniowania) od materii. Rozpoczęły się tzw. Ciemne Wieki — najsłabiej dotychczas poznany etap ewolucji Kosmosu. Nie istniały wówczas jeszcze silne źródła promieniowania, a zaburzenia gęstości materii dopiero zaczynały narastać. Ciemne Wieki kończą się mniej więcej 400 milionów lat później, gdy pojawiły się pierwsze gwiazdy (tzw. III populacja), emitujące promieniowanie jonizujące. Rozpoczyna się tym samym epoka rejonizacji. Podczas jej trwania stopniowo zwiększa się rola zwykłej materii barionowej w formowaniu się struktur kosmicznych. Badanie rozkładu i gęstości materii w tej epoce, jak również w okresie poprzedzającym ją bezpośrednio, może przyczynić się do poznania odpowiedzi na szereg pytań dotyczących kosmologii oraz powstawania najwcześniejszych galaktyk i gromad.

Obserwacja emisji i absorpcji neutralnego wodoru na fali 21 cm może mieć duży wkład w tego rodzaju badania. Fale takiego promieniowania, pochodzące z epoki rejonizacji, a zatem znacznie przesunięte ku czerwieni na skutek ekspansji Wszechświata, mają dla współczesnego obserwatora na Ziemi długości metrowe. Przykładowo, dla przesunięcia ku czerwieni z = 9, odpowiadającego okresowi 550 milionów lat po Wielkim Wybuchu, fala ta ma już długość dwóch metrów. Pomiar emisji neutralnego wodoru w ośrodku międzygalaktycznym, dla przesunięć ku czerwieni odpowiadających zarówno epoce rejonizacji, jak i poprzedzającym ją Ciemnym Wiekom, daje nam zatem duże nadzieje na zbadanie początkowego rozkładu materii we Wszechświecie oraz fluktuacji jej gęstości. Dowiemy się też być może, czym były pierwotne źródła promieniowania jonizującego (gwiazdy III populacji, kwazary?) i jaki był ich rozkład. Obserwacje takie wymagają jednak dużej czułości, niedostępnej dla obecnych radioteleskopów. Narzędzia przeznaczone m.in. do obserwacji linii neutralnego wodoru na falach metrowych powstają już teraz — pierwszym z nich jest LOFAR. Kolejne budowane będą w nadchodzącym dziesięcioleciu. Są to planowane obecnie nowoczesne interferometry radiowe: międzynarodowy projekt SKA oraz MWA (Murchison Widefield Array).

Zastosowania nieastronomiczne

Infrastruktura techniczna interferometru LOFAR może być z powodzeniem wykorzystana w szeregu zastosowań pozaastronomicznych i pozanaukowych. Należy tu wymienić przede wszystkim projekty mające na celu badanie wilgotności gruntu i zasolenia oceanów (ESA-SMOS), monitoring zmienności jonosfery ziemskiej i jej wpływu na radiokomunikację przy użyciu satelitów GNSS, czy kontrola warunków środowiskowych w rolnictwie (program LOFAR Agro). Już teraz instytucje takie jak Uniwersytet Techniczny Delft czy Holenderski Królewski Instytut Meteorologiczny biorą czynny udział w zastosowaniu elementów sieci LOFAR w naukach o Ziemi i rolnictwie.

Rys. 2 Rys. 2. Jedna z centralnych stacji LOFAR w Exloo, Holandia. Widoczne są pojedyncze anteny dipolowe przeznaczone do obserwacji na niskich częstotli­woś­ciach. Fot. Marian Soida

Połączone szerokopasmowym łączem stacje LOFAR będą wspomagać projekt POLFARAGRO — projekt pomocniczy dla naziemnych badań weryfikacyjnych programu SWEX (Soil Water and Energy Exchange). Jego głównym celem ma być kontrola poprawności danych satelitarnych w misji ESA-SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity). Od 2009 r. satelita SMOS monitoruje wilgotność gruntów i zasolenie oceanów. Czynniki te decydują o obiegu wody na Ziemi i są bezpośrednim miernikiem tempa zmian klimatu. Klimat naszej planety zmienia się na skutek działalności człowieka, niewiele jednak wiemy o kierunku tych zmian. Zmiany takie można efektywnie badać jedynie przez stały ich monitoring w skali globalnej. Informacje zebrane przez satelitę SMOS w ciągu kilku lat zaplanowanej misji posłużą do usprawnienia metod przewidywania pogody, wczesnego ostrzegania powodziowego i rozwijania technologii rolniczych. SMOS obrazuje naturalny mikrofalowy szum Ziemi na w paśmie 1,4 GHz metodą radiometrii interferometrycznej. Pomiary ze stacji naziemnych mają kontrolować poprawność wyników zebranych przez satelitę oraz uzupełniać obserwacje orbitalne. Dlatego jest istotna lokalizacja w wielu różnych miejscach na Ziemi specjalnych stacji pomiarowych na potrzeby projektu. LOFAR, który dostarcza szerokopasmowe łącze telekomunikacyjne oraz same stacje zlokalizowane w obszarach z założenia pozbawionych zakłóceń telekomunikacyjnych, mogących wpłynąć na jakość pomiaru, mógłby wnieść istotny wkład w tego rodzaju badania.

Możliwe jest także wykorzystanie technicznej infrastruktury stacji LOFAR do lokalizacji specjalnych odbiorników przeznaczonych do obserwacji satelitów GNSS (Global Navigation Satellite System). Dane GNSS z poszczególnych stacji naziemnych można wykorzystać w wielu nieastronomicznych programach badawczych, takich jak monitorowanie globalnych ruchów skorupy ziemskiej i pływów morskich czy uzupełnianie danych pozycyjnych w systemach GPS. Sama idea GNSS, satelitarnego systemu nawigacyjnego, zastępującego wszystkie dotychczasowe systemy radionawigacyjne, pojawiła się w odpowiedzi na znaczne ograniczenia przydatności wojskowego systemu GPS Navstar, jako głównego narzędzia nawigacji w lotnictwie cywilnym. Koncepcja zakłada zwiększenie precyzji nawigacji satelitarnej poprzez zwielokrotnienie źródeł informacji pozycyjnej i jednoczesne zapewnienie nieprzerwanego dopływu danych korekcyjnych dla otrzymywanych pomiarów. Naziemne stacje referencyjne (o znanych współrzędnych) mają za zadanie na bieżąco porównywać swoje współrzędne z pozycją otrzymaną na podstawie pomiarów z satelitów. Następnie mogą komunikować się z pokładowymi odbiornikami nawigacyjnymi, które uwzględniają poprawkę dla poszczególnych satelitów. Umożliwia to zwiększenie dokładności satelitarnego pozycjonowania w czasie rzeczywistym — zatem istnienie stacji referencyjnych jest niezwykle istotne dla działania całej sieci satelitarnej. Stacje LOFAR stanowią idealne bazy dla naziemnych stacji referencyjnych, ponieważ wyposażone są w odpowiednią infrastrukturę telekomunikacyjną i lokalizowane są na terenach wolnych od zakłóceń w paśmie radiowym. Warto w tym miejscu zauważyć, że jedna z ich ewentualnych polskich lokalizacji LOFAR, Obserwatorium Astrogeodynamiczne na Borówcu (woj. wielkopolskie), już teraz jest włączone do światowej sieci IGS (International GPS Service for Geodynamics).

Rys. 3Rys. 3. Mapa radiogalaktyki 3C61.1 uzyskana na podstawie danych LOFAR na 173 MHz, wykonana na początku roku 2010. Widać wyraźnie typową strukturę rozciągłą radioźródła — gorące plamy i loby radiowe. Źródło: Reinout van Weeren/ASTRON

Pasmo pomiarowe anten sieci LOFAR stanowi część pasma objętego regulacjami normatywnymi dotyczącymi kompatybilności elektromagnetycznej (zdolności urządzenia elektrycznego do pracy bez zakłócania innych urządzeń). Planowane jest wykorzystanie systemu anten LOFAR w monitorowaniu źródeł zakłóceń elektromagnetycznych. Wynikami takich badań byłyby zainteresowane m.in. służby ratownictwa medycznego i operatorzy sieci telefonii komórkowej.

Pierwsze rezultaty naukowe

Teoretyczne oszacowania zdolności rozdzielczej i czułości dla interferometru LOFAR pokazują, że w zakresie wyższego zakresu częstotliwości radiowych (120–270 MHz) czułość jest nieco lepsza niż dla interferometru VLA (Very Large Array, USA) i porównywalna do GMRT (Giant-Meter Radio Telescope, Indie). Dla najniższych częstotliwości zarówno zdolność rozdzielcza, jak i czułość LOFAR są bezkonkurencyjne. Z pierwszych danych zebranych przez nieliczne jeszcze stacje LOFAR w Holandii wynika, że projekt już teraz okazał się wielkim sukcesem uczonych i konstruktorów. Jedna z najwcześniej uzyskanych map, otrzymanych przy pomocy zaledwie czterech stacji centralnych z Exloo, ukazuje strukturę radioźródła Cygnus A (klasyczna podwójna radiogalaktyka z lobami radiowymi) na częstotliwości 30 oraz 120 MHz. Wyraźnie widoczne są rozdzielone obszary emisji synchrotronowej, związane z dżetami wyrzucanymi z centralnego regionu supermasywnej czarnej dziury. Jeszcze lepiej prezentuje się mapa radiogalaktyki 3C61.1 (rys. 3) wykonana na bazie danych z kilkunastu stacji LOFAR. Widoczne są na niej nie tylko loby radiowe, ale i wyraźnie oddzielone niewielkie struktury zwarte — gorące plamy, czyli regiony silnej emisji synchrotronowej.

W 2009 r. uruchomiono pierwsze niemieckie stacje w Effelsbergu i pod Poczdamem. Udało się następnie przeprowadzić pierwsze obserwacje LOFAR na tzw. długich bazach — korelację stacji niemieckiej ze stacjami centralnymi w Holandii. Jest to bardzo istotny wynik, pokazujący, że przy obecnej infrastrukturze technicznej niskoczęstotliwściowa interferometria wielkobazowa jest możliwa i daje poprawne rezultaty.

Podsumowanie

Rys. 4 Rys. 4. Jedna z pierwszych holenderskich stacji LOFAR we wczesnej fazie budowy (okolice Exloo). Na fotografiach widoczne są anteny na wyższy zakres — HBA (od 120 do 270 MHz). Fot. Marian Soida

Nowoczesny interferometr LOFAR stanowi kompleksowe i nowoczesne urządzenie, które pozwoli nam zgłębić słabo poznane dziedziny astrofizyki. Przekrój badań zaproponowanych dla projektu jest bardzo szeroki — uwzględnia różne obiekty astronomiczne, począwszy od planet, a skończywszy na grupach i gromadach galaktyk. LOFAR, zdolny do zaobserwowania tysięcy najodleglejszych i zarazem najstarszych galaktyk i gromad o ekstremalnie dużych przesunięciach ku czerwieni, daje nam także (a może przede wszystkim) dużą szansę na zgłębienie wczesnej historii Wszechświata.

Więcej informacji na stronie: http://www.lofar.org

Mgr Elżbieta Kuligowska jest doktorantką w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej w Obserwatorium Astronomicznym UJ. Zajmuje się badaniem i modelowaniem dynamiki radiogalaktyk typu FRII, poszukiwaniem tzw. radiogalaktyk gigantycznych, a także obserwacjami gwiazd zmiennych i kwazarów. Obecnie jest także zaangażowana w redukcję wczesnych danych z projektu LOFAR
(Źródło: „Urania — PA” nr 5/2010)