LoTSS-DR3: o maior levantamento do céu em rádio com o LOFAR revela 13,7 milhões de objetos

A forma como entendemos o cosmos depende, em grande medida, do “tipo de luz” com que o observamos. Ao mudarmos de janela de observação, muda também aquilo que conseguimos detetar - e, com isso, a própria imagem do Universo.

Foi precisamente isso que aconteceu com a mais recente divulgação do LOFAR Two-metre Sky Survey (Levantamento do Céu a Dois Metros do LOFAR): os astrónomos tornaram públicos os dados do maior levantamento do céu alguma vez feito em comprimentos de onda de rádio, trazendo à luz (num sentido literal, mas invisível ao olho humano sem instrumentos) quase 13,7 milhões de objetos celestes.

O que é o LoTSS-DR3 e porque é tão importante

Esta é a terceira disponibilização de dados do LOFAR Two-metre Sky Survey, conhecida como LoTSS-DR3. O conjunto agora publicado constitui uma coleção sem precedentes de fontes cósmicas que emitem ondas de rádio, permitindo explorar fenómenos que passam despercebidos nas observações ópticas tradicionais.

Entre os alvos mais impressionantes estão alguns dos eventos mais extremos do Universo: por exemplo, galáxias deformadas em estruturas invulgares por feixes energéticos semelhantes aos da “Estrela da Morte”, gerados por buracos negros supermassivos.

O levantamento abrange 88% do céu do hemisfério norte e reúne cerca de 13 000 horas de observações acumuladas ao longo de vários anos.

“Esta disponibilização de dados junta mais de uma década de observações, processamento de dados em grande escala e análise científica por uma equipa internacional de investigação”, afirma Timothy Shimwell, autor principal do estudo e astrónomo no ASTRON e na Universidade de Leiden, nos Países Baixos.

A Rede de Baixa Frequência (LOw Frequency ARray): o LOFAR por dentro

De acordo com um artigo científico recente publicado na revista A&A, uma equipa internacional conduziu este levantamento com o LOw Frequency ARray (Rede de Baixa Frequência), mais conhecido pela sigla LOFAR.

O LOFAR é, por si só, um feito tecnológico - e não se parece em nada com os grandes pratos parabólicos que costumam dominar o imaginário popular. Em vez disso, trata-se de um interferómetro composto por cerca de 20 000 antenas distribuídas por 52 estações: 38 nos Países Baixos e 14 noutros países europeus.

No conjunto, a rede estende-se por mais de 1 000 km, podendo funcionar como um vasto conjunto de sensores independentes ou, em modo combinado, como um único radiotelescópio com dimensão comparável à da Europa.

Um oceano de dados: 18,6 petabytes e 20 milhões de horas de computação

A escala do projeto não se mede apenas em céu coberto, mas também em dados movimentados e computação necessária.

“O volume de dados que tratámos - 18,6 petabytes no total - foi enorme e exigiu processamento e monitorização contínuos ao longo de muitos anos, usando mais de 20 milhões de horas de núcleo de tempo de computação”, explica Alexander Drabent, astrónomo no Observatório Estatal da Turíngia, programador do LOFAR e coautor do estudo.

Para analisar este “tesouro” de informação, os investigadores recorreram a um dos supercomputadores de referência na Europa, no Centro de Supercomputação de Jülich (JSC), na Alemanha.

“Neste levantamento do céu, foi a primeira vez que quantidades tão grandes de dados tiveram de ser armazenadas, processadas e disponibilizadas como parte de um projeto de observação astronómica. O LOFAR abriu assim caminho para futuros projetos de grande escala”, afirma Cristina Manzano, responsável pelos serviços técnicos no JSC e coautora.

O LOFAR não “tira fotografias”: como se constrói uma imagem em rádio

A própria natureza dos dados pode surpreender: o LOFAR não se limita a captar uma imagem direta do céu noturno. Para gerar uma única imagem científica, é necessário reunir e combinar sinais vindos de cerca de 70 000 antenas, um processo que implica digitalizar, transportar e integrar aproximadamente 13 terabits por segundo de dados brutos - o equivalente a mais de 300 DVDs por segundo.

O resultado compensa o esforço: as imagens finais oferecem um retrato do Universo que, para muitos, parece quase estranho por ser tão diferente do que vemos no óptico.

Um Universo diferente: Andrómeda, exoplanetas e campos magnéticos de supernovas

Um exemplo marcante é a visão do LOFAR sobre a Galáxia de Andrómeda, a maior vizinha galáctica da Via Láctea: em rádio, Andrómeda pode assumir a aparência de um olho cósmico fantasmagórico, como se “observasse” a futura colisão com a nossa galáxia.

As emissões em rádio também permitem identificar e estudar:

• Exoplanetas;
• Colisões entre enxames de galáxias;
• Campos magnéticos gerados por supernovas, capazes de acelerar partículas com milhares de vezes mais energia do que a obtida em supercolisores terrestres.

Além disso, graças à capacidade das baixas frequências atravessarem ambientes densos - quase como um truque de escapismo à Houdini - estas ondas conseguem chegar até nós mesmo a partir de regiões muito obscurecidas, como os núcleos carregados de poeira da Via Láctea e de outras galáxias.

Desta forma, os astrónomos conseguem observar com mais detalhe como os buracos negros influenciam a evolução cósmica e como estrelas jovens “entram em cena”, iniciando a sua vida com processos intensos e energéticos.

Dados públicos, ciência acelerada e novas perguntas

Com o LoTSS-DR3 agora publicamente acessível, a comunidade científica ganha liberdade para multiplicar análises e descobertas. As duas disponibilizações anteriores do LOFAR já tinham mostrado esse efeito: basta lembrar que é possível obter uma única imagem contendo 25 000 buracos negros supermassivos.

Uma vantagem prática desta abertura é que investigadores, estudantes e equipas de diferentes áreas podem cruzar o catálogo em rádio com observações no óptico, infravermelho ou raios X, identificando as mesmas fontes sob “luzes” distintas e construindo interpretações mais robustas. Ao mesmo tempo, o acesso público facilita a reprodução de resultados e a criação de novos métodos de deteção automática, cada vez mais relevantes numa astronomia dominada por grandes volumes de dados.

Também vale a pena notar que levantamentos desta dimensão exigem cuidado contínuo com calibração e controlo de qualidade, porque o rádio é sensível a interferências e a efeitos instrumentais subtilmente distribuídos no tempo e no espaço. O facto de o LOFAR conseguir produzir um mapa coerente numa escala continental mostra o grau de maturidade alcançado, tanto no hardware como no software.

Do LOFAR ao futuro: o Observatório Square Kilometre Array (SKAO)

Para além das descobertas imediatas, o LOFAR assume ainda um papel estratégico como antecessor essencial do seu “irmão espiritual”, o Square Kilometre Array Observatory (Observatório Square Kilometre Array, SKAO) - uma colaboração global destinada a construir duas das maiores redes de radiotelescópios do mundo, na África do Sul e na Austrália.

Vivemos, por isso, um período particularmente fértil para a ciência: a infraestrutura e os dados já estão no terreno, e as próximas descobertas dependerão sobretudo de boas perguntas, boas ferramentas e persistência - ainda que, para o público, o lado visível seja apenas o prazer de acompanhar resultados extraordinários.

Este estudo foi publicado na revista A&A.