L'immagine qui sopra può sembrare una foto abbastanza normale del cielo notturno, ma quello che stai guardando è molto più speciale di semplici stelle scintillanti. Ognuno di quei punti bianchi è un buco nero supermassiccio attivo.

E ognuno di questi buchi neri sta divorando materiale nel cuore di una galassia a milioni di anni luce di distanza - ecco come possono essere individuati.

Con un totale di 25.000 punti, gli astronomi hanno creato la mappa più dettagliata fino ad oggi dei buchi neri a basse frequenze radio all'inizio del 2021, un risultato che ha richiesto anni e un radiotelescopio di dimensioni europee per compilare.

"Questo è il risultato di molti anni di lavoro su dati incredibilmente difficili", ha spiegato l'astronomo Francesco de Gasperin dell'Università di Amburgo in Germania. "Abbiamo dovuto inventare nuovi metodi per convertire i segnali radio in immagini del cielo".

Quando sono semplicemente appesi fuori senza fare molto, i buchi neri non emettono alcuna radiazione rilevabile, rendendoli molto più difficili da trovare. Quando un buco nero accresce attivamente il materiale - facendolo entrare da un disco di polvere e gas che lo circonda come l'acqua circonda uno scarico - le intense forze coinvolte generano radiazioni su più lunghezze d'onda che possiamo rilevare nella vastità dello spazio.

Ciò che rende l'immagine sopra così speciale è che copre le lunghezze d'onda radio ultra-basse, come rilevato dal LOw Frequency ARray (LOFAR) in Europa. Questa rete interferometrica consiste di circa 20.000 antenne radio, distribuite in 52 località in tutta Europa.

Attualmente, LOFAR è l'unica rete di radiotelescopi capace di immagini profonde e ad alta risoluzione a frequenze inferiori a 100 megahertz, offrendo una visione del cielo come nessun altro. Questo rilascio di dati, che copre il quattro per cento del cielo settentrionale, è stato il primo per l'ambizioso piano della rete per l'immagine dell'intero cielo settentrionale in frequenze ultra-basse, il LOFAR LBA Sky Survey (LoLSS).

Poiché è basato sulla Terra, LOFAR ha un ostacolo significativo da superare che non affligge i telescopi spaziali: la ionosfera. Questo è particolarmente problematico per le onde radio a bassissima frequenza, che possono essere riflesse nello spazio. A frequenze inferiori a 5 megahertz, la ionosfera è opaca per questo motivo.

Le frequenze che penetrano nella ionosfera possono variare a seconda delle condizioni atmosferiche. Per superare questo problema, il team ha utilizzato supercomputer che eseguono algoritmi per correggere le interferenze ionosferiche ogni quattro secondi. Nel corso delle 256 ore in cui LOFAR ha fissato il cielo, si tratta di un sacco di correzioni.

Questo è ciò che ci ha dato una visione così chiara del cielo a bassissima frequenza.

"Dopo molti anni di sviluppo del software, è così meraviglioso vedere che ora questo ha davvero funzionato", ha detto l'astronomo Huub Röttgering dell'Osservatorio di Leiden nei Paesi Bassi.

Dover correggere la ionosfera ha anche un altro vantaggio: Permetterà agli astronomi di usare i dati LoLSS per studiare la ionosfera stessa. Le onde viaggianti ionosferiche, le scintillazioni e la relazione della ionosfera con i cicli solari potrebbero essere caratterizzate in modo molto più dettagliato con il LoLSS. Questo permetterà agli scienziati di vincolare meglio i modelli ionosferici.

E l'indagine fornirà nuovi dati su tutti i tipi di oggetti e fenomeni astronomici, così come oggetti possibilmente sconosciuti o inesplorati nella regione sotto i 50 megahertz.

"Il rilascio finale del sondaggio faciliterà i progressi in una serie di aree di ricerca astronomica", hanno scritto i ricercatori nel loro documento.

"[Questo] permetterà lo studio di più di 1 milione di spettri radio a bassa frequenza, fornendo intuizioni uniche su modelli fisici per galassie, nuclei attivi, ammassi di galassie e altri campi di ricerca. Questo esperimento rappresenta un tentativo unico di esplorare il cielo a bassissima frequenza ad un'alta risoluzione angolare e profondità".

I risultati sono stati pubblicati su Astronomy & Astrophysics.