Europa capture les images les plus détaillées de galaxies de tous les temps

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Un réseau composé de plus de 70 000 petites antennes réparties dans neuf pays européens était chargé de capturer les images de galaxies à la meilleure résolution réalisées à ce jour, sans tenir compte de celles de la Voie lactée. Ces images révèlent le fonctionnement interne de ces grands systèmes avec des détails sans précédent.

Les données recueillies par le Low Frequency Array (LOFAR), un réseau d’antennes européen, qui a la plus forte concentration aux Pays-Bas, montrent les résultats d’années de travail de l’équipe dirigée par Leah Morabito, de l’Université de Durham. L’équipe a été soutenue au Royaume-Uni par le Council for Science and Technology Facilities (STFC).

En plus de soutenir l’exploration scientifique, STFC finance également l’abonnement britannique à LOFAR, y compris les coûts de mise à niveau et d’exploitation de sa station LOFAR dans le Hampshire.

Europa capture les images les plus detaillees de galaxies de
Avec la participation de toutes les antennes européennes, l’équipe a atteint un diamètre d’environ 2 000 km, rendant les images vingt fois plus nettes. Crédit de gauche à droite, en partant du haut : N. Ramírez-Olivencia et el. [rádio]; Nasa, ESA, Hubble Heritage Team (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration et A. Evans (University of Virginia, Charlottesville / NRAO / Stony Brook Univ)

Les images de la galaxie révèlent un univers de lumière caché en HD

Comme l’explique le site Phys, l’univers est inondé de rayonnement électromagnétique, dont la lumière visible ne comprend qu’une infime tranche. Des rayons gamma et des rayons X à courte longueur d’onde aux ondes radio et micro-ondes à longue longueur d’onde, chaque partie du spectre lumineux révèle quelque chose d’unique sur l’univers.

Le réseau LOFAR capture des images à des fréquences radio FM qui, contrairement aux sources de longueurs d’onde plus courtes telles que la lumière visible, ne sont pas bloquées par des nuages ​​de poussière et de gaz pouvant recouvrir des objets astronomiques.

Les régions de l’espace qui semblent sombres à nos yeux brillent en réalité dans les ondes radio, ce qui permet aux astronomes d’observer les régions de formation d’étoiles ou le cœur des galaxies elles-mêmes.

Les nouvelles images, rendues possibles par la nature internationale de la collaboration, vont au-delà de ce que nous savons des galaxies et des trous noirs supermassifs. Un numéro spécial de la revue scientifique Astronomy and Astrophysics est consacré à onze articles de recherche qui décrivent ces images et les résultats scientifiques.

Grâce à ces images, le fonctionnement interne des galaxies proches et lointaines est démontré avec une résolution 20 fois plus nette que les images LOFAR typiques. Cela a été possible grâce à la manière unique dont l’équipe a utilisé l’arrangement.

L'image montre de vraies radiogalaxies de Morabito et al.  (2021).  Le gif disparaît de la résolution standard à la haute résolution, montrant les détails que nous pouvons voir en utilisant les nouvelles techniques.  Crédit : LK Morabito ;  LOFAR Surveys KSP (Photo : LK Morabito ; LOFAR Surveys KSP)
Le gif passe de la résolution standard à la haute résolution, montrant les détails que nous pouvons voir en utilisant les nouvelles techniques. Crédit : LK Morabito ; LOFAR Enquêtes KSP. Crédit : LK Morabito ; Enquêtes LOFAR KSP

L’union fait la force – et les photos

Dans le fonctionnement standard de LOFAR, seuls les signaux des antennes situées aux Pays-Bas sont combinés, créant un télescope virtuel avec une lentille collectrice de 120 km de diamètre.

En utilisant les signaux de toutes les antennes européennes, l’équipe a augmenté le diamètre de la lentille à près de 2 000 km, ce qui offre une résolution vingt fois supérieure.

Contrairement aux antennes conventionnelles qui combinent plusieurs signaux en temps réel pour produire des images, LOFAR utilise un concept différent : les signaux collectés par chaque antenne sont numérisés, transportés vers le processeur central puis combinés pour créer une image.

Comme chaque image LOFAR est le résultat de la combinaison de signaux provenant de plus de 70 000 antennes, une résolution extraordinaire est possible.

Les images aident à comprendre les trous noirs supermassifs

Des trous noirs supermassifs se cachent au cœur de nombreuses galaxies. Beaucoup d’entre eux sont des trous noirs «actifs», qui dévorent la matière qui tombe et la rejettent dans le cosmos sous la forme de jets puissants et de bouches de rayonnement.

Ces jets sont invisibles à l’œil nu, mais ils brillent sur les ondes radio, et c’est là que les nouvelles images haute résolution se sont concentrées.

Selon le professeur Neal Jackson de l’Université de Manchester, « Ces images haute résolution nous permettent de zoomer pour voir ce qui se passe réellement lorsque des trous noirs supermassifs lancent des jets radio, ce qui n’était pas possible auparavant à des fréquences proches de la bande radio FM. »

Le travail de l’équipe est à la base de neuf études scientifiques qui révèlent de nouvelles informations sur la structure interne des jets radio dans une variété de galaxies différentes.

Les super images nécessitent des superordinateurs

Chaque image n’a été rendue possible que par une énorme complexité technologique. LOFAR non seulement « prend des photos » du ciel nocturne, mais il doit également rassembler les données collectées par la variété d’antennes, ce qui est une tâche de calcul ardue.

Pour produire une seule image, plus de 13 téraoctets de données brutes par seconde doivent être numérisés, transportés vers un processeur central puis combinés.

Frits Sweijen de l’Université de Leiden a déclaré : « Pour traiter des volumes de données aussi énormes, nous devons utiliser des superordinateurs. Ils nous permettent de transformer les téraoctets d’informations de ces antennes en quelques gigaoctets de données scientifiques en quelques jours seulement.

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