POLFAR - nowe okno na Wszechświat

Jak informuje wicekoordynator projektu Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, jest to jeden z największych grantów naukowo-badawczych resortu nauki przeznaczonych ostatnio na dużą infrastrukturę badawczą. Dzięki trzem własnym stacjom Polska dołączy do europejskiej sieci LOFAR. Ten skrót od LOw Frequency ARray oznacza sieć radiową na niskie częstotliwości – potężny system zaprojektowany i skonstruowany przez holenderską agencję jednoczącą instytuty astronomiczne ASTRON.

Z informacji uzyskanych przez PAP w biurze prasowym Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, decyzję w sprawie finansowania polskiego udziału w International LOFAR Telescope (polska nazwa POLFAR) minister Kudrycka podjęła 11 lipca tego roku.

Wniosek o sfinansowanie tego projektu złożył w imieniu polskiego konsorcjum Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego. Pozostałymi członkami konsorcjum są: Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie, Uniwersytet Zielonogórski, Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Instytut Chemii Bioorganicznej PAN – Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe w Poznaniu.

Astronomowie spodziewają się, że obserwując dziesiątki milionów radioźródeł, uda im się odkryć wiele nieznanych dotąd zjawisk. Dzięki LOFARowi możliwe stają się obserwacje na niskich częstotliwościach. Sieć może w krótkim czasie wykonywać mapy bardzo dużych obszarów nieba.

LOFAR składa się z około 25000 anten tworzących grupy zwane "polami" lub "stacjami". Każda z kilkudziesięciu stacji to dwa zestawy po 96 anten. Są one rozmieszczone na dużym obszarze w centrum Holandii, powstały lub powstają także w innych krajach europejskich. Polacy zbudują stacje najbardziej wysunięte na wschód.

Zespoły anten łączy w całość szybkie łącze internetowe. Przesyłane takimi łączami sygnały są opracowywane przez superkomputer w centrum zarządzania siecią w Groningen w Holandii. System wykorzystuje koncepcję "sieci fazowanej", czyli sygnały będą kombinowane z wyliczanymi na bieżąco opóźnieniami fazowymi. Jest to wyzwanie i stymulator rozwojowy współczesnych technik gromadzenia i opracowania danych.

UNIKALNY INSTRUMENT ASTRONOMICZNY

Wszystko opiera się o interferometr radiowy. Jest to instrument astronomiczny do badania źródeł promieniowania radiowego, np. aktywnych jąder galaktyk, kwazarów. Wykorzystuje on zjawisko interferencji fal radiowych odbieranych przez co najmniej dwa radioteleskopy, z których sygnały są doprowadzane do wspólnego odbiornika. Odznacza się dużą zdolnością rozdzielczą.

LOFAR ruszył w czerwcu 2010 r. i jest obecnie w zaawansowanej fazie budowy. Obecnie pracuje 36 stacji w Holandii, 6 w Niemczech i po jednej we Francji, Szwecji i Wielkiej Brytanii. Próbne obserwacje pokazują, że już teraz LOFAR może obserwować struktury radiowe z rozdzielczością osiągalną dla istniejących instrumentów tylko na wielokrotnie wyższych częstotliwościach i nieporównywalnie lepszą - w zakresie niskich częstotliwości.

Europejski interferometr to zupełnie nowy, unikalny instrument. Dzięki nowatorskiej koncepcji radioastronomowie nie tylko zyskają nowe okno obserwacyjne, ale będą mogli diagnozować i monitorować środowisko kosmiczne w najbliższym otoczeniu Ziemi.

CO MOŻNA ODKRYĆ?

Przez następne dziesięciolecia LOFAR będzie pracować w zakresie bardzo niskich częstotliwości (10 - 240 MHz), bardzo słabo dotąd zbadanym przez radioastronomów. Instrument ten umożliwi badania obiektów wczesnego Wszechświata, na przykład świecących radiowo obłoków wodorowych i protogalaktyk, a także studiowanie ewolucji galaktyk, ich gromad oraz radiogalaktyk i kwazarów.

LOFAR umożliwi także poznanie własności cząstek promieniowania kosmicznego, aktywności słonecznej, promieniowania radiowego planet, jak i właściwości plazmy okołoziemskiej.

Instrument ten pozwoli również na badania obiektów astronomicznych wykazujących rozbłyski, np. okolic czarnych dziur czy gwiazd neutronowych w układach podwójnych.

Ważną cechą LOFARa będzie możliwość obserwacji populacji niskoenergetycznych elektronów - ważnych dla fizyki plazmy kosmicznej, lecz słabo widocznych na wyższych częstotliwościach. Z kolei fizyka Słońca i przestrzeni wokół Ziemi to zagadnienia ważne dla technik satelitarnych.

POLSKI WKŁAD W PROJEKT

Polscy uczeni nie mogli korzystać z zalet tego wyjątkowego narzędzia badawczego nie posiadając własnych stacji. Dzięki uzyskanym z MNiSW funduszom konsorcjum POLFAR planuje w latach 2013-2015 budowę trzech. W Bałdach budowę koordynuje Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, w okolicach Krakowa - Uniwersytet Jagielloński i w okolicach Poznania - Centrum Badań Kosmicznych PAN. Polskie stacje będą połączone ultraszybką siecią z centrum w Poznaniu, a stamtąd z centralą LOFAR w Holandii, zapewniając integrację polskiej podsieci z pozostałymi stacjami w Europie.

Członkowie polskiego konsorcjum zaproponowali unikalny program badań, np. nowe metody korekcji danych pomiarowych ze względu na wpływ jonosfery i atmosfery Ziemi.

Budowa trzech najbardziej wysuniętych na wschód elementów LOFAR spowoduje radykalne polepszenie zdolności rozdzielczej całego urządzenia. Pola antenowe LOFAR będą też wykorzystywane do eksperymentów użytkowych z fizyki gleby, geofizyki i nawigacji satelitarnej. Nasze stacje będą miały zatem ogromne znaczenie dla badań astrofizycznych i stosowanych.

Aby i polscy astronomowie mogli uczestniczyć aktywnie w pracach LOFARa, utworzono konsorcjum astronomiczne o nazwie POLFAR. Prace koordynuje prof. Katarzyna Otmianowska-Mazur z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Kraków zajmie się badaniami galaktycznych pól magnetycznych i ich dynamicznego wpływu na rozrzedzoną plazmę międzygwiazdową i międzygalaktyczną. Drugim kapitanem przedsięwzięcia jest - prof. Andrzej Krankowski z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego. Olsztyn będzie współpracował z innymi ośrodkami w takich dziedzinach jak chronometraż pulsarów, rozkład wodoru neutralnego we wczesnym Wszechświecie, czy też poszukiwanie emisji radiowej planet pozaziemskich. Ośrodek weźmie także udział w programach komercyjnych: globalnej nawigacji i badań lokalnego środowiska.

Z kolei Uniwersytet Mikołaja Kopernika planuje badanie wygasania i wznawiania aktywności jąder galaktyk - ważne dla własności plazmy wokół czarnych dziur, podczas gdy Filia CAMK w Toruniu proponuje badania magnetosfer planet olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym. Uniwersytet w Zielonej Górze przeprowadzi badania w zakresie fizyki plazmy w otoczeniu gwiazd neutronowych – przeanalizuje zachowanie się materii pod wpływem bardzo silnych pól magnetycznych. Centrum Badań Kosmicznych PAN z Warszawy przeprowadzi badania w zakresie fizyki plazmy słonecznej i okołoziemskiej.

Zespół z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu zgłosił intencję współpracy z innymi ośrodkami w programach globalnej nawigacji, badaniach geodynamicznych i projektach AGRO-FIZ. W prace włączy się także Instytut Chemii Bioorganicznej Polskiej Akademii Nauk - Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe w Poznaniu.

Stacje w Borówcu koło Poznania, w Łazach koło Bochni i w Bałdach koło Olsztyna umożliwią niezależne obserwacje krajową podsiecią, gdy nie będzie ona przeciążona pracą w sieci ogólnoeuropejskiej. Można będzie przy jej wykorzystaniu prowadzić np. długoczasowe monitorowanie jasności radiowej obiektów punktowych, takich jak pulsary, chłodne karłowate gwiazdy, czy też gwiazdy podwójne rozbłyskowe, na co trudno dostać długie interwały czasu na wielkich radioteleskopach.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

kol/ agt/