Új rádióablak nyílt a világegyetemre

A több szempontból is úttörő csillagászati műszeregyüttes, a LOFAR (Low Frequency Array, vagyis alacsony frekvenciás antennahálózat) központja Hollandia ritkábban lakott északi részén, Drenthe tartományban található, szó szerint a mezőkön, a legelésző tehenek és birkák közvetlen közelében. Építését elsősorban holland és európai uniós forrásokból a Holland Rádiócsillagászati Intézet (ASTRON) irányította. A jelentős tudományos beruházás nem valósulhatott volna meg a holland csillagászközösség összefogása nélkül, írta meg a Hírek.csillagászat.hu.

A LOFAR az első olyan nagy rádiócsillagászati műszeregyüttes, amely nem a hagyományos módon épült: nem kis számú, de nagy méretű rádióteleszkópokkal (jellemzően paraboloid gyűjtőfelületű antennákkal) üzemel, hanem rengeteg kicsi, egyenként viszonylag egyszerű és olcsón előállítható érzékelővel. A működési elv ugyanúgy az interferometria, vagyis a hálózat elemeinél felfogott jelek kombinálása, a rendszer összekapcsolása egyetlen nagy egységgé. Az alacsony (10-100 MHz-es nagyságrendű) frekvenciával rendelkező rádióhullámok detektálásához elegendőek egyszerű dipólantennák, amelyek egyesítését a legmodernebb infokommunikációs technológiák tették lehetővé.

A rendszer lelke a jelek továbbítására kiépített, üvegszálas optikai kábeleket alkalmazó szélessávú adathálózat és az adatok valós idejű kombinálása. Ez utóbbi feladatot a hollandiai Groningenben elhelyezett központi szuperszámítógép (egy IBM Blue Gene) végzi. A LOFAR egyik fontos technológiai előfutára egy még nagyobb, világméretű összefogással, a 2020-as évekre a déli féltekén (dél-afrikai vagy ausztráliai központtal) megépíteni tervezett rádió-interferométernek, az SKA-nak (Square Kilometre Array, vagyis négyzetkilométeres gyűjtőfelületű hálózat).

Az antennákat állomásokba szervezik, az egyik ilyen például 2x24 magasabb frekvenciás (HBA) és 96 alacsony frekvenciás (LBA) antennát tartalmaz. A hálózat kialakítása során, Hollandia északkeleti részén létrehoztak egy központi magot, ahol néhány kilométeren belül 18 állomás található. További 18 hollandiai állomás elhelyezése folyamatban van. Ezek a központtól mérve egy körülbelül. 50 kilométeres sugarú területet fednek le. A még nagyobb antennatávolságok - és így az elérhető még nagyobb szögfelbontás - érdekében más európai országokba is kerültek és kerülnek még LOFAR állomások. Egyelőre Németország, Franciaország, Svédország és Nagy-Britannia kapcsolódott be a programba.

Bár a LOFAR megépítésének ötlete, még az 1990-es évek közepén, eredetileg csillagászati céllal merült fel, más tudományok képviselői is kihasználják majd egyedi adottságait, a legfontosabbak ugyanakkor természetesen a csillagászok számára tartogatott lehetőségek.

A semleges hidrogénatomok 21 centiméteres hullámhosszú rádió-színképvonalának vizsgálata például lehetőséget nyújthat az univerzum "sötét korszakának" kutatására. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás keletkezése után, de még az első csillagok és galaxisok létrejötte előtt, az ősrobbanást követő néhány százmillió évig, a világegyetem hidrogénanyaga teljesen semleges volt.

Jelenleg még szinte semmit sem tudunk arról, hogy pontosan mikor és milyen ütemben zajlott az ún. reionizáció folyamata, vagyis az elsőként felragyogó fényes csillagok és az aktív galaxismagok milyen módon ionizálták a galaxisközi hidrogént. A 21 centiméteres színképvonalnak 1420 MHz-es rádiófrekvencia felel meg, ami ugyanakkor a világegyetem tágulása és az emiatt bekövetkező vöröseltolódás miatt a kérdéses nagy távolságokban már mintegy tízszer alacsonyabb frekvenciáknak felel meg. Ezért van szükség a LOFAR képességeire: ez az első olyan berendezés, amivel a megfelelő felbontással és érzékenységgel mérhetővé válhat a reionizáció korszakának megfelelő időszakban létezett hidrogén sugárzásának térbeli eloszlása. A kutatások azonban nem lesznek egyszerűek, hiszen a háttérből érkező gyenge jeleket elnyomja a közelebbi objektumok erősebb rádiósugárzása, amit először gondosan figyelembe kell majd venni.

A LOFAR megépítésének másik fő célja az alacsony rádiófrekvencián megfigyelhető égbolt nagyfelbontású felmérése. Ez egy eddig még teljesen ismeretlen terület, ami rengeteg meglepetést tartogathat. Az égtérképeket az extragalaktikus források - galaxisok, kvazárok, galaxishalmazok - uralják majd. Az új mérésekből többet tudhatunk meg például a nagytömegű galaxisok kialakulásáról és fejlődéséről, a galaxishalmazok ütközéseiről.

Világegyetemünk tele van változásokkal, illetve gyors, hirtelen lefolyású eseményekkel. Ha megfelelő időbeli felbontással, és egyszerre elegendően nagy látómezővel figyeljük az eget, akkor egyre több ilyen folyamatra derül fény. Szó lehet pulzárokról (vagyis gyorsan forgó neutroncsillagokról), robbanó csillagokról, kitörő aktív galaxismagokról, de akár ma még ismeretlen jelenségekről is.

A LOFAR mind az idő, mind a látómező tekintetben egyedülállót nyújt. Mivel nem paraboloid felületű antennákról van szó, elemei egyszerre nemcsak egy irányba tudnak nézni, hanem elektronikusan akár több antennanyaláb is formálható velük - mindez csak megfelelően nagy számítási kapacitás kérdése. Így a hálózattal egy időben az égbolt egymástól távoli részei is megfigyelhetők.

A LOFAR akár néhány naponta képes felmérni a teljes látható égboltot, új jelenségek észlelése esetén pedig riasztani a csillagászokat, hogy azok más eszközökkel és más hullámhossz-tartományokban is végezhessenek megfigyeléseket.