Uma rede composta por mais de 70 mil pequenas antenas espalhadas por nove países europeus foi responsável pela captação das imagens de melhor resolução feitas até hoje de galáxias, sem considerar as da Via Láctea. Essas imagens revelam o funcionamento interno desses grandes sistemas com detalhes sem precedentes.

Dados coletados pelo Low Frequency Array (LOFAR), rede europeia de antenas, que têm maior concentração na Holanda, apresentam resultados de anos de trabalho da equipe liderada por Leah Morabito, da Universidade de Durham. A equipe foi apoiada no Reino Unido pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC).

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Além de apoiar a exploração científica, o STFC também financia a assinatura do LOFAR no Reino Unido, incluindo custos de atualização e operação de sua estação LOFAR em Hampshire.

Com a participação de todas as antenas europeias, a equipe alcançou um diâmetro cerca 2 mil km, fazendo imagens vinte vezes mais nítidas. Crédito da esquerda para a direita, começando da parte superior: N. Ramírez-Olivencia et el. [rádio]; Nasa, ESA, Hubble Heritage Team (STScI / AURA) -ESA / Hubble Collaboration e A. Evans (University of Virginia, Charlottesville / NRAO / Stony Brook Univ)

Imagens das galáxias revelam um universo oculto de luz em HD

Conforme explica o site Phys, o universo é inundado por radiação eletromagnética, da qual a luz visível compreende apenas uma fatia ínfima. De raios gama e raios-X de comprimento de onda curto a ondas de rádio e microondas, cada parte do espectro de luz revela algo único sobre o universo.

A rede LOFAR captura imagens em frequências de rádio FM que, ao contrário de fontes de comprimento de onda mais curto como a luz visível, não são bloqueadas pelas nuvens de poeira e gás que podem cobrir objetos astronômicos.

Regiões do espaço que parecem escuras aos nossos olhos, na verdade brilham intensamente em ondas de rádio, o que permite que os astrônomos observem as regiões de formação de estrelas ou o coração das próprias galáxias.

As novas imagens, possíveis graças à natureza internacional da colaboração, ultrapassam os limites do que sabemos sobre galáxias e buracos negros supermassivos. Uma edição especial da revista científica Astronomy and Astrophysics é dedicada a onze artigos de pesquisa que descrevem essas imagens e os resultados científicos.

Por meio dessas imagens, é demonstrado o funcionamento interno de galáxias próximas e distantes com uma resolução 20 vezes mais nítida do que as imagens LOFAR típicas. Isso foi possível devido à maneira única como a equipe fez uso do arranjo.

Imagem mostra galáxias de rádio reais de Morabito et al. (2021). O gif desaparece da resolução padrão para a alta resolução, mostrando os detalhes que podemos ver usando as novas técnicas. Crédito: L.K. Morabito; LOFAR Surveys KSP (Foto: L.K. Morabito; LOFAR Surveys KSP)
O gif alterna da resolução padrão para a alta resolução, mostrando os detalhes que podemos ver usando as novas técnicas. Crédito: L.K. Morabito; LOFAR Surveys KSP. Crédito: L.K. Morabito; LOFAR Surveys KSP

A união faz a força — e as fotos

Na operação padrão da LOFAR, apenas os sinais de antenas localizadas na Holanda são combinados, criando um telescópio virtual com uma lente coletora de 120 km de diâmetro.

Ao utilizar os sinais de todas as antenas europeias, a equipe aumentou o diâmetro da lente para quase 2 mil km, o que fornece um aumento de vinte vezes na resolução.

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Ao contrário das antenas convencionais que combinam vários sinais em tempo real para produzir imagens, o LOFAR usa um conceito diferente: os sinais coletados por cada antena são digitalizados, transportados para o processador central e, em seguida, combinados para criar uma imagem.

Como cada imagem LOFAR é resultante da combinação dos sinais das mais de 70 mil antenas, torna-se possível uma extraordinária resolução.

Imagens ajudam na compreensão de buracos negros supermassivos

Buracos negros supermassivos podem ser encontrados à espreita no coração de muitas galáxias. Muitos deles são buracos negros “ativos”, que devoram a matéria em queda e a expelem de volta para o cosmos na forma de poderosos jatos e saídas de radiação. 

Esses jatos são invisíveis a olho nu, mas brilham em ondas de rádio e foi neles que as novas imagens de alta resolução se concentraram.

De acordo com professor Neal Jackson, da Universidade de Manchester, “essas imagens de alta resolução nos permitem ampliar para ver o que realmente está acontecendo quando buracos negros supermassivos lançam jatos de rádio, o que não era possível antes em frequências próximas ao rádio FM”.

O trabalho da equipe é a base de nove estudos científicos que revelam novas informações sobre a estrutura interna dos jatos de rádio em uma variedade de galáxias diferentes.

Super imagens requerem supercomputadores

Cada imagem só se tornou possível mediante a uma enorme complexidade tecnológica. O LOFAR não apenas “tira fotos” do céu noturno, como também deve juntar os dados coletados pela variedade de antenas, o que é uma árdua tarefa computacional.

Para produzir uma única imagem, mais de 13 terabytes de dados brutos por segundo devem ser digitalizados, transportados para um processador central e então combinados.

Frits Sweijen, da Universidade de Leiden, disse: “Para processar volumes de dados tão imensos, temos que usar supercomputadores. Eles nos permitem transformar os terabytes de informação dessas antenas em alguns gigabytes de dados científicos, em apenas alguns dias”.

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