Mehr als zehn Jahre lang hat ein internationales Forschungsteam den Nordhimmel mit dem Radioteleskop LOFAR beobachtet. Die Ergebnisse dieser Himmelsdurchmusterung sind nun in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.
Die Durchmusterung (LOFAR Two-metre Sky Survey, LoTSS) kartiert den nördlichen Himmel in bislang unerreichter Auflösung. Für diese Himmelskarte hat das internationale Forschungsteam knapp 13.000 Stunden Beobachtungszeit mit dem Radioteleskop LOFAR ausgewertet. Im Ergebnis wurden 13,7 Millionen Radioquellen in einem Katalog erfasst. Das ist die größte Sammlung an Radioquellen, die jemals angelegt wurde.
Radioteleskop LOFAR spürt seltene und schwer fassbare Objekte auf
An dem Projekt beteiligt war Professor Matthias Kadler vom Lehrstuhl für Astronomie der Universität Würzburg: „Beobachtungen mit Radioteleskopen offenbaren ein völlig anderes Bild des Kosmos als Beobachtungen mit optischen Teleskopen. So können wir zum Beispiel supermassereiche Schwarze Löcher aufspüren, die hochenergetische Jets aussenden und damit die Entwicklung ihrer Heimatgalaxien maßgeblich beeinflussen“, sagt der Würzburger Forscher.
Die Studie hat neben den Galaxien weitere, zum Teil seltene und schwer fassbare Objekte katalogisiert, darunter Galaxien mit starker Sternentstehung, verschmelzende Galaxienhaufen, schwache Supernova-Überreste und aktive oder wechselwirkende Sterne. Die Untersuchung ermöglicht bereits jetzt Hunderte weiterführende astronomische Studien. Sie bietet neue Einblicke in die Entstehung und Entwicklung kosmischer Strukturen, in die Beschleunigung von Teilchen auf extreme Energien und in kosmische Magnetfelder.
Die großflächige Radiokarte des Universums mit bisher unerreichter Detailtiefe ist nun öffentlich zugänglich. „Diese Datenveröffentlichung vereint mehr als ein Jahrzehnt an Beobachtungen, groß angelegter Datenverarbeitung und wissenschaftlicher Analyse durch ein internationales Forschungsteam“, unterstreicht Studienleiter Dr. Timothy Shimwell von ASTRON, dem niederländischen Institut für Radioastronomie.
„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”, sagt Marcus Brüggen, Professor für Astrophysik an der Universität Hamburg. „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“, fügt Dominik Schwarz, Professor für Physik an der Universität Bielefeld, hinzu.
Enorme Herausforderungen an Software und Datenverarbeitung
Das Forschungsteam entwickelte komplexe Software, um die Details der Radioquellen abbilden zu können. Eine große Herausforderung war es, die Verzerrungen, verursacht durch eine sich ständig ändernde Ionosphäre (die elektrisch geladene Schicht der oberen Atmosphäre), präzise zu korrigieren. Die Arbeitsabläufe zur Verarbeitung der 13.000 Beobachtungsstunden mussten in hohem Maße automatisiert werden.
Die Verteilung der Rechenlast auf mehrere Supercomputer, die Speicherung und das Abrufen von solch riesigen Datenmengen sind eine weitere Herausforderung. „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“, sagt Dr. Alexander Drabent, Wissenschaftler und Softwareentwickler für LOFAR an der Thüringer Landessternwarte.
Für die Datenauswertung kam JUWELS am Forschungszentrum Jülich zum Einsatz, der zu den schnellsten Supercomputern Europas zählt. „Für diese Himmelsdurchmusterung mussten erstmals im Rahmen eines astronomischen Beobachtungsprojekts solche große Datenmengen gespeichert, verarbeitet und zugänglich gemacht werden. Damit hat LOFAR auch den Weg für kommende große Projekte geebnet“, sagt Cristina Manzano, Leiterin des Operation & Development Team Technical Services am Jülich Supercomputing Centre (JSC).
Neue LOFAR-Stationen in Italien, Bulgarien und Tschechien
Das Radioteleskop LOFAR ist seit 2024 als European Research Infrastructure Consortium (LOFAR ERIC) organisiert. Zu den Mitgliedstaaten zählen unter anderem die Niederlande und die Bundesrepublik Deutschland. Forschungsinstitute in Deutschland betreiben sechs der internationalen LOFAR-Stationen. Das Netzwerk wächst weiter: Aktuell wird eine neue LOFAR-Station in Italien und eine in Bulgarien gebaut. 2025 ist die Tschechische Republik dem LOFAR ERIC beigetreten, auch dort wird eine neue Station errichtet.
Aktuell wird LOFAR modernisiert. Die Daten des jetzt veröffentlichten LOFAR Two-metre Sky Survey (LoTSS) bieten den Forschenden in den kommenden Jahren noch viel Stoff für astronomische Entdeckungen. Sie werden nun sorgfältig nach seltenen astrophysikalischen Phänomenen durchsucht.
Publikation
“The LOFAR Two-metre Sky Survey VII. Third Data Release” T.W. Shimwell et al., 2025, in: Astronomy & Astrophysics DOI: 10.1051/0004-6361/202557749
Über LOFAR-ERIC
Das LOw Frequency ARray (LOFAR) ist ein revolutionäres Radioteleskop, das vom niederländischen Institut für Radioastronomie ASTRON entwickelt und gebaut wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Parabolantennen besteht LOFAR aus Tausenden einfacher Antennenelemente, die über Europa verteilt und durch Glasfaser-Netze miteinander verbunden sind. Die Daten aller Antennen werden mit Hilfe leistungsstarker Computer kombiniert, um Bilder des Radiohimmels zu erstellen.
LOFAR wird vom LOFAR European Research Infrastructure Consortium (LOFAR ERIC) betrieben, einem Zusammenschluss von Institutionen aus elf Ländern (Niederlande, Bulgarien, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, Lettland, Polen, Schweden, Tschechische Republik). LOFAR ERIC ist ein hervorragendes Beispiel für erfolgreiche internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit: Institutionen in verschiedenen Ländern bündeln Fachwissen, Rechenleistung und Forschungsinfrastruktur über nationale Grenzen hinweg, um das Wissen der Menschheit über die Entstehung unseres Universums zu vertiefen.
Das internationale LOFAR-Teleskop ist aufgrund seiner Empfindlichkeit, seines großen Sichtfeldes und seiner Bildauflösung bzw. -klarheit einzigartig. Das LOFAR-Datenarchiv ist die bisher größte astronomische Datensammlung der Welt.
Astronomische Forschung mit LOFAR in Deutschland Die Daten der LOFAR-Himmelsdurchmusterung sind für die deutsche Astronomie von großer Bedeutung. Sie werden auch in Forschungsverbünden wie dem Exzellenzcluster „Quantum Universe“, dem Sonderforschungsbereich 1491 „Cosmic Interacting Matters – From Source to Signal“ und der DFG-Forschungsgruppe FOR 5195 „Relativistic Jets in Active Galaxies“ genutzt. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert die Entwicklung von LOFAR im Rahmen des Verbundprojekts 05A2023: „LOFAR: Neue Möglichkeiten und neue Struktur für das führende Niederfrequenz-Radioteleskop”. Im Rahmen des deutschen GLOW-Konsortiums (German Long Wavelength) sind sechs Universitäten (Bielefeld, Bochum, Dortmund, Erlangen-Nürnberg, Hamburg und Würzburg) sowie das Forschungszentrum Jülich, das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, das Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und die Thüringer Landessternwarte Tautenburg an dem Betrieb der sechs deutschen LOFAR-Stationen beteiligt.