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Flurry of new discoveries as incredible new image revealing 4.4 million galaxies is made public

Press release | Paris Observatory

Over a seven-year period, from 2014 to 2021, an international scientific team, involving in France the Observatoire de Paris - PSL, the Université d’Orléans and the CNRS, has mapped more than a quarter of the northern hemisphere sky using the European Low Frequency Array radio telescope (LOFAR). It reveals an astonishingly detailed radio image of more than 4.4 million objects and a very dynamic picture of our Universe. Now that this treasure trove of data has been made public, anyone can view the most exotic wonders of our intriguing Universe in a brand new light.

Une image composite radio (LoTSS ; rouge) et infrarouge (WISE ; blanc) de l’amas Coma qui se trouve à plus de 300 millions d’années-lumière de la Terre et se compose de plus de 1 000 galaxies individuelles. L’image radio montre le rayonnement de particules hautement énergétiques qui envahissent l’espace entre les galaxies.
© Annalisa Bonafede.

The majority of the objects detected by LOFAR are billions of light years away. Their radio light is created by electrically charged, high-energy particles accelerated by explosions of young, massive stars in galaxies or by huge black holes. Rarer objects have also been discovered and include groups of distant colliding galaxies and erupting stars in the Milky Way.

Many scientific papers have already been published thanks to the wealth of information contained in this image, which was previously only accessible to scientists in the international consortium. Studies have focused, for example, on the observation of "jellyfish galaxies" that release matter when they cross their environment, or the immense eruptions of energy by black holes that disturb the extragalactic medium. These data have also allowed the discovery of signals from nearby stars that could be induced by orbiting exoplanets or the detection of a slowly rotating pulsar whose existence challenges current theories describing such objects. The number and complexity of radio galaxies discovered by LOFAR are such that a participatory science project has been set up.

This huge map has been produced thanks to advanced algorithms developed at the laboratory "Galaxies, stars, physics and instrumentation" (GEPI, Observatoire de Paris - PSL/CNRS). They have been deployed on powerful computers all over Europe to process the 3500 hours of observations that occupy 8 petabytes of disk space (equivalent to a 2km high DVD stack). This is by far the largest release of data from the LOFAR Two-meter Sky Survey, featuring about a million objects that have never been seen before - in any energy range.

Astronomer Timothy Shimwell (Leiden University and ASTRON) said, "Every time we synthesize a map, our screens reveal objects that have never been seen before by human eyes. Exploring these unknown phenomena that shine in the radio energy universe is an incredible experience and our team is excited to be able to share this map with the general public. It represents only 27 percent of the final image, but we expect it to lead to many more scientific breakthroughs, including studying the development of the universe’s largest structures, supermassive black holes, the physics governing star formation in distant galaxies."

About LOFAR

LOFAR is a low frequency observing radio telescope designed and built by ASTRON. It has observing, processing and data storage facilities in several countries, owned by different parties (each with their own funding sources), and collectively operated by the International LOFAT Telescope (ILT) Foundation under a common science policy.

The resources of the ILT have benefited from the following recent major funding : CNRS, Observatoire de Paris - PSL, the Nançay Radio Astronomy Station and the University of Orleans, France ; BMBF, MIWF-NRW, MPG, Germany ; Science Foundation Ireland (SFI), Department of Business, Enterprise and Innovation (DBEI), Ireland ; NWO, The Netherlands ; The Science and Technology Facilities Council, UK ; Ministry of Science and Higher Education, Poland ; The Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Italy.

This research used the Dutch national infrastructure with support from SURF (e-infra 180169) and NWO (grant 2019.056), the Dutch LOFAR long-term archive hosted by SURF and the LOFAR e-infra group. The Jülich LOFAR long-term archive and the German LOFAR network are both coordinated and operated by the Jülich Supercomputing Center (JSC), and computing resources on the JSC JUWELS supercomputer were provided by the Gauss Center for Supercomputing eV (grant CHTB00) through the John Institut von Neumann for Informatics (NIC).

This research used the University of Hertfordshire High Performance Computing Facility and the LOFAR-UK computing facility located at the University of Hertfordshire and supported by STFC [ST/P000096/1], as well as the Italian LOFAR computing infrastructure supported and operated by INAF, and by the Department of Physics of the University of Turin (under an agreement with the Consorzio Interuniversitario per la Fisica Spaziale) at the C3S Supercomputing Center, Italy. The algorithmic developments have been done with the help of the Nançay Data Center. The data are published via the SURF Data Repository which is supported by the EU-funded DICE project (H2020-INFRAEOSC-2018-2020 under grant agreement no. 101017207).

Une image radio (LoTSS-DR2 - en orange) et optique (télescope spatial Hubble) de la « galaxie des méduses » NGC 4858 qui se déplace à travers un milieu dense qui arrache de la matière à la galaxie.
© Ian Roberts.
Ce quasar rouge d’apparence anodine est l’un des objets les plus puissants de l’Univers primitif et s’est formé moins d’un milliard d’années après le Big Bang. Ici, nous voyons le quasar tel qu’il était il y a 12,9 milliards d’années lorsque son trou noir central accrétait rapidement de la matière et créait de puissantes explosions qui brillent aux longueurs d’onde radio. Nous ne comprenons pas encore complètement comment des sources aussi puissantes se sont formées si peu de temps après le Big Bang.
© Anniek Gloudemans
Image composite radio, rayons X et optique de la "Whale Galaxy" NGC 4631. Dans cette galaxie, la formation d’étoiles produit du gaz chaud visible en rayons X (bleu) ainsi que des particules hautement énergétiques qui spiralent dans le champ magnétique de la galaxie qui sont visibles dans l’image radio LoTSS (orange). Les niveaux élevés de formation d’étoiles sont peut-être déclenchés par une interaction avec une galaxie compagne.
© Volker Heesen & Michael Stein
Cette image montre l’univers énergétique et dynamique vu dans le domaine radio. Il s’agit d’une image découpée de 9 degrés carrés de LoTSS-DR2 montrant une région dominée par les radiogalaxies NGC 315 et NGC 383 mais contenant environ 7 000 autres sources astronomiques de rayonnement radio. L’image couvre une zone 45 fois plus grande que celle de la pleine lune mais ne correspond qu’à 1,5% de la quantité totale de données publiées dans LoTSS-DR2. Essentiellement, tous les objets visibles se trouvent dans l’Univers lointain et sont des phénomènes puissants et explosifs tels que les jets de rayonnement des trous noirs super massifs et des galaxies où les étoiles se forment rapidement.
© Timothy Shimwell
Chaque panneau de ce montage haute résolution montre le rayonnement de longueur d’onde radio produit lorsque deux amas géants de 100 à 1000 galaxies entrent en collision. Ces événements rares sont les plus énergétiques depuis le big bang et produisent de gigantesques ondes de choc et turbulences s’étendant sur des millions d’années-lumière. L’étude d’amas LoTSS-DR2 a étudié 309 amas de galaxies dans la plus grande étude de ce type et a approfondi notre compréhension de ces processus hautement énergétiques.
© Andrea Botteon
Une image composée radio (LoTSS ; violet), UV (GALEX ; jaune) et rayons X (ROSAT ; bleu) du reste de la supernova de la boucle Cygnus. Cette structure spectaculaire de la Voie lactée est quelque chose à attendre avec impatience dans les futures publications de données LoTSS, car l’enquête commence maintenant à explorer notre Galaxie.
© Jennifer West.
Chaque point de cette animation montre l’emplacement d’un objet extrêmement énergétique dans notre Univers. Cela inclut les trous noirs, les galaxies avec des explosions de formation d’étoiles et les événements de fusion explosifs entre certains des plus grands groupes de galaxies de l’Univers. L’animation montre la vue la plus détaillée jamais vue de notre univers radio telle que révélée par LOFAR.
© Frits Sweijen