Größte Radiokarte des Nordhimmels: 13,7 Millionen Quellen neu vermessen

Nach mehr als einem Jahrzehnt Beobachtungszeit präsentieren internationale Forschende die bis dato genaueste Radiokarte des Nordhimmels. Mit dem neuen Katalog von 13,7 Millionen Quellen kann tief in aktive Galaxien, kosmische Magnetfelder und extreme astrophysikalische Prozesse geblickt werden.

Auswahl aktiver Galaxien: Die sichtbaren Jets werden von supermassiven Schwarzen Löchern in den Galaxienzentren angetrieben. Das Bild zeigt die Formenvielfalt, die durch ihre Aktivität und die Wechselwirkung mit der Umgebung entsteht. Bild: Maya Horton/LOFAR-Team

Nach mehr als zehn Jahren intensiver Beobachtung konnte eine umfassende Radiokarte des Universums veröffentlicht werden. Der neue Katalog umfasst 13,7 Millionen kosmische Radioquellen und ist damit die größte Sammlung dieser Art, die je erstellt wurde.

Während klassische Teleskope vor allem Sterne und Galaxien im sichtbaren Licht zeigen, registrieren Radioteleskope niederfrequente Strahlung, die für optische Teleskope unsichtbar bleibt.

Die Aufnahmen wurden mit dem europäischen Radioteleskop LOFAR (Low Frequency Array) erstellt. Das Interferometer kann durch mehrere Antennen, die Signale im UKW-Bereich auffangen, astronomische Objekte erfassen, von denen Radiowellen ausgehen. Die Ergebnisse der Mammutdurchmusterung wurden nun in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Beteiligt waren unter anderem die Universität Hamburg, die Universität Bielefeld, die Ruhr-Universität Bochum, die Universität Würzburg, die Thüringer Landessternwarte Tautenburg (TLS) sowie das Jülich Supercomputing Centre. Unter Leitung von Dr. Timothy Shimwell vom niederländischen Institut ASTRON wurde mit der LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) der nördliche Himmel in bisher unerreichter Auflösung kartiert.

Eine Karte des unsichtbaren Universums

Mithilfe der Radioastronomie können gewaltige Materieströme, sogenannte Jets, aus supermassereichen Schwarzen Löchern untersucht werden, ebenso wie Galaxien, in denen neue Sterne in außergewöhnlich hoher Rate entstehen.

Darüber hinaus konnten die Forschenden seltene und schwer nachweisbare Objekte ausmachen, wie verschmelzende Galaxienhaufen, schwache Überreste explodierter Sterne sowie aktive oder wechselwirkende Sterne.

Für die Himmelskarte wertete das Team rund 13.000 Stunden Beobachtungszeit aus. Die Datensammlung bildet damit eine Grundlage für Hunderte zukünftiger Forschungsprojekte.

Magnetfelder und Galaxienentwicklung

Die Datenveröffentlichung vereine mehr als ein Jahrzehnt an Beobachtungen, erklärt Dr. Timothy Shimwell. Dazu kommen groß angelegte Datenverarbeitung und wissenschaftliche Analyse durch ein internationales Forschungsteam.

„Mit LOFAR können wir kosmische Magnetfelder detailliert studieren. Dabei haben wir herausgefunden, dass Stoßwellen allerkleinste Teilchen ganz effizient beschleunigen können. Diese Beobachtungen sind nur mit den besonderen Fähigkeiten von LOFAR möglich.“

– Prof. Dr. Marcus Brüggen, Professor für Astrophysik, Universität Hamburg

Dabei rückt auch die großräumige Struktur des Universums in den Fokus. „Neben Erkenntnissen über die detaillierten physikalischen Vorgänge lernen wir aus dem neuen Himmelsatlas auch, wie sich Galaxien entwickeln und wie sie im Universum angeordnet sind“, erklärt Dominik Schwarz, Professor für Physik an der Universität Bielefeld.

Datenmengen im Petabyte-Bereich

Eine der größten technischen Herausforderungen bestand darin, die Verzerrungen durch die sich ständig verändernde Ionosphäre zu korrigieren. Eigens dafür wurden spezielle Softwarelösungen entwickelt und weite Teile der Datenverarbeitung automatisiert.

„Die von uns verarbeitete Datenmenge – insgesamt 18,6 Petabyte – ist immens und erforderte über viele Jahre hinweg eine kontinuierliche Verarbeitung und Überwachung mit mehr als 20 Millionen Stunden Rechenzeit.“

– Dr. Alexander Drabent, Thüringer Landessternwarte Tautenburg

Das wurde möglich durch den Supercomputer JUWELS am Forschungszentrum Jülich, einer der leistungsfähigsten Rechner Europas. „Für diese Himmelsdurchmusterung mussten erstmals im Rahmen eines astronomischen Beobachtungsprojekts solche große Datenmengen gespeichert, verarbeitet und zugänglich gemacht werden“, sagt Cristina Manzano vom Jülich Supercomputing Centre. LOFAR hätte damit auch den Weg für kommende Großprojekte geebnet.

Mit der nun öffentlich zugänglichen Radiokarte steht der internationalen Forschungsgemeinschaft ein neues Werkzeug zur Verfügung. Darüber hinaus schaffen die 13,7 Millionen Radioquellen eine Referenz, die künftige Missionen und Teleskopprojekte maßgeblich mitprägen dürfte.

Die LOFAR-Durchmusterung stellt vor allem einen technologischen Durchbruch in der Verarbeitung extrem großer Datenmengen dar. Der Blick in das unsichtbare Universum ist damit so scharf wie nie zuvor.

Quellenhinweis:

Shimwell, T. W., et al. (2025): The LOFAR Two-metre Sky Survey VII. Third Data Release. Astronomy & Astrophysics.