A caccia di buchi neri nel Cosmo, Lofar cattura 13,7 milioni di segnali radio

AGI - Una vasta collaborazione internazionale, con la significativa partecipazione dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), ha reso pubblico il terzo set di dati della Lofar Two-metre Sky Survey (LoTSS-DR3), uno dei più ambiziosi programmi di mappatura del cielo radio a bassa frequenza mai realizzati.

Sfruttando il radiotelescopio europeo Low Frequency Array (Lofar), il team di ricerca ha identificato 13,7 milioni di radiosorgenti.

La mappa del cielo radio a bassa frequenza

Il nuovo set di osservazioni ha consentito di produrre una mappa del cielo radio a bassa frequenza di straordinario dettaglio e di realizzare il censimento più completo mai ottenuto dei buchi neri supermassicci in fase di accrescimento, rappresentando un traguardo di grande rilievo per la radioastronomia e la cooperazione scientifica internazionale. I risultati sono in corso di pubblicazione sulla rivista 'Astronomy & Astrophysics'. Questo nuovo catalogo rappresenta un deciso salto di qualità rispetto ai precedenti.

La mappa comprende circa 13,7 milioni di sorgenti radio

La seconda data release, pubblicata nel 2022, comprendeva quasi 4,4 milioni di sorgenti radio e copriva poco più di un quarto dell'emisfero settentrionale. Con la DR3, il numero di sorgenti catalogate cresce di oltre il triplo, mentre l'area di cielo mappata si estende fino a circa l'88% dell'emisfero nord, pari a circa 19 mila gradi quadrati. Il passo in avanti rispetto alla DR2 è quindi evidente sotto diversi aspetti: una copertura di cielo molto più estesa, un numero significativamente maggiore di sorgenti rilevate e l'inclusione di nuove regioni finora inesplorate, come porzioni del piano galattico, che non erano incluse nella precedente data release. La survey è stata effettuata con uno dei radiotelescopi più sensibili e ad alta risoluzione al mondo.

La rete radioastronomica Lofar

Nato da un progetto di Astron e oggi European Research Infrastructure Consortium (Eric), Lofar è la rete radioastronomica a bassa frequenza più estesa attualmente operativa. Lo strumento è composto da 52 stazioni distribuite in Europa, per un totale di oltre 25 mila antenne collegate tra loro tramite reti in fibra ottica e gestite come un unico grande interferometro. Il progetto si basa su oltre 13mila ore di osservazioni, per un volume complessivo di circa 18,6 petabyte di dati e su oltre 20 milioni di ore di calcolo distribuite su 10 anni.

L'elaborazione di una mole impressionante di dati

L'elaborazione di una mole di dati così imponente ha richiesto lo sviluppo di algoritmi altamente automatizzati e ottimizzati, nonché la distribuzione del carico computazionale su numerosi sistemi di calcolo ad alte prestazioni, con attività di elaborazione e di monitoraggio protratte per anni. In questo senso, Lofar ha spinto la radioastronomia a basse frequenze in un territorio in gran parte inesplorato: non solo per la quantità di dati prodotti, ma anche per le nuove tecniche di calibrazione e di analisi rese necessarie.

Le immagini distorte dalla ionosfera terrestre

Le osservazioni, condotte nell'intervallo di frequenze 120-168 MHz, corrispondente a lunghezze d'onda di circa due metri, raggiungono una risoluzione angolare di circa 6 secondi d'arco, consentendo di studiare le sorgenti radio su un'ampia gamma di scale spaziali. Per ottenere questi risultati, le immagini sono state accuratamente corrette per le forti distorsioni introdotte dalla ionosfera terrestre, un aspetto critico alle basse frequenze radio.

Elaborati dati di oltre 10 anni di osservazioni

"Questa data release rappresenta il risultato di oltre dieci anni di osservazioni, di elaborazione dei dati e di analisi scientifica condotte da un ampio team internazionale", afferma Timothy Shimwell, primo autore dello studio, ricercatore presso Astron, l'Istituto nazionale per la radioastronomia dei Paesi Bassi, e l'Università di Leiden. Sebbene l'utilizzo scientifico dei dati sia ancora agli inizi, la combinazione di scala, sensibilità e risoluzione sta già trasformando la radioastronomia, aprendo la strada a nuove scoperte in un'ampia varietà di ambienti cosmici.

Aperta una nuova finestra di osservazione dell'Universo

"Grazie a una sensibilità oltre 100 volte superiore e a una risoluzione angolare più elevata rispetto alle survey precedenti nello stesso intervallo di frequenze, LoTSS apre una nuova finestra di osservazione dell'Universo alle basse frequenze radio, permettendo numerose scoperte e un forte impatto in molti ambiti della ricerca astrofisica e cosmologica", afferma Gianfranco Brunetti, direttore di Inaf - Istituto di Radioastronomia e delegato italiano nel Council di Lofar Eric.

Segnali provenienti da buchi neri e ammassi di galassie

Grazie a queste caratteristiche, la survey consente di osservare una straordinaria varietà di segnali radio provenienti dal cosmo: dall'emissione generata da particelle che viaggiano a velocità prossime a quella della luce in campi magnetici, come l'emissione radio diffusa in ammassi di galassie, ai potenti getti prodotti dai buchi neri supermassicci, fino alle galassie con intensa formazione di nuove stelle.

Questo patrimonio osservativo sta già alimentando numerosi studi in diversi ambiti dell'astrofisica ed è analizzato in modo sistematico anche alla ricerca di fenomeni rari, quali radiosorgenti transienti e variabili, resti di supernova finora sconosciuti, alcune delle radiogalassie più estese e antiche mai osservate e segnali radio compatibili con interazioni tra esopianeti e le loro stelle madri.

La creazione di campioni statistici

"Creando campioni statistici di ammassi di galassie, possiamo dimostrare che onde d'urto e turbolenze guidano l'accelerazione delle particelle e l'amplificazione dei campi magnetici su milioni di anni luce. Questo è uno dei campi di ricerca che ha ricevuto una delle spinte più significative negli ultimi anni grazie ai dati LoTSS", sottolinea Andrea Botteon, ricercatore in forza all'Inaf e co-autore dell'articolo.