Starptautiska astronomu komanda Ventspils Augstskolas Ventspils Starptautiskajā Radioastronomijas centrā ir sekmīgi noslēgusi LZP finansēto IVARS (Interferometer for Variable Astrophysical Radio Sources) projektu Nr. lzp-2022/1-0083, ieviešot jaunas novērojumu iespējas lielas masas zvaigžņu (par lielas masas zvaigznēm astrofiziķi sauc zvaigznes, kuru masa ir vismaz 8 Saules masas) veidošanās pētījumos, izmantojot laikā mainīgu radio starojumu. Kombinējot divus radio teleskopus Irbenes Radioastronomijas observatorijā Latvijā vienotā vienas bāzes līnijas interferometrā, projekts nodrošināja pirmo ilgtermiņa, augstas laika izšķirtspējas radio kontinuuma mainības monitoringu masīviem protozvaigžņu objektiem, vienlaikus veicot arī kosmisko māzeru novērojumus.

Masīvu zvaigžņu starojums būtiski ietekmē galaktiku evolūciju, no tām izplūstošo matēriju un gala stadijā – ar supernovu sprādzieniem, tomēr to veidošanās mehānismi joprojām nav pilnībā izprasti. Arvien vairāk pētījumu liecina, ka šādas zvaigznes nepalielina savu masu vienmērīgi, bet piedzīvo epizodiskus akrēcijas (apkārt esošās vielas nokrišanas uz tās) uzliesmojumus. Šādi notikumi atstāj novērojamas pēdas gan molekulāro māzeru starojumā, gan vājas intensitātes radio kontinuuma emisijā, kuru attīstība norisinās laika mērogos no dienām līdz gadiem. Šo procesu izsekošanai nepieciešami ar biežas regulāritātes, jutīgi un ilgstoši novērojumi – režīms, ko ir grūti nodrošināt ar lieliem, pārslogotiem radio teleskopiem un radio interferometriem. IVARS projekta mērķis bija nodrošināt šo iespēju, izmantojot Irbenes radioteleskopu kompleksu.

Specializēts interferometrs laikā mainīgu astrofizikālu parādību izpētei

IVARS projekta ietvaros Ventspils Starptautiskā radioastronomijas centra (VSRC) pārvaldītie 32 m un 16 m Irbenes radio teleskopi tika izmantoti, lai izveidotu 800 m vienas bāzes līnijas interferometru, kas optimizēts laika domēna radioastronomijas pētījumiem, pētot, kā kosmiskie objekti un procesi mainās laikā. Atšķirībā no pasaulē lielākajiem interferometriem un interferometriskajiem tīkliem, kas, galvenokārt, orientēti uz atsevišķu “radio momentuzņēmumu” iegūšanu, Irbenes interferometra konfigurācija ļauj atkārtoti un bieži novērot tos pašus avotus pie nemainīgas ģeometrijas, nodrošinot stabilus un atkārtojamus vāju radio avotu mērījumus ar salīdzinoši nelielu telpisko izšķirtspēju.

Viens no projekta nozīmīgākajiem tehniskajiem sasniegumiem bija interferometrisko novērojumu darbības atjaunošana un stabilizēšana, izmantojot ūdeņraža māzera pulksteni un t.s. White Rabbit laika signālu pārraides sistēmu, kas nodrošina nanosekunžu precizitātes sinhronizāciju starp abām antenām. To papildināja pilnībā automatizēts novērojumu, datu korelācijas un kalibrācijas process, ļaujot interferometram uzticami darboties ilgstošās monitoringa kampaņās.

Galvenie zinātniskie rezultāti

IVARS projekta ietvaros tika veikti 30 masīvu protozvaigžņu objektu radio novērojumi, atlasot tos pēc zināmas 6,7 GHz metanola māzeru emisijas. No 30 novērotajiem radio emisija kontinuumā tika novērota 16 avotos, savukārt 14 gadījumos tā netika konstatēta. Māzeru emisija tika reģistrēta 26 objektos. Māzeru un kontinuuma emisija tika konstatēta arī divās masīvās protozvaigznēs, kas tika izmantotas kā spožuma kalibratori.

Kopumā IVARS projektā realizētā novērojumu kampaņa sniedza vairākus būtiskus rezultātus:

• radio kontinuuma mainības noteikšana vairākos masīvos protozvaigžņu objektos, demonstrējot, ka vāja kontinuuma emisija (desmitiem milijansku) no masīvām protozvaigznēm ir labi novērojama ar biežiem un regulāriem novērojumiem, izmantojot vienas bāzes līnijas interferometru;
• veikts vienlaicīgs māzeru un kontinuuma starojuma monitorings, nodrošinot unikālu datu kopu, kas ļauj sasaistīt māzeru uzliesmojumus ar starojuma kontinuumā mainību vienos un tajos pašos avotos;
• māzeru uzliesmojumu, kas atbilst epizodiskas akrēcijas scenārijiem, identificēšana, tostarp straujas izmaiņas vairākās māzera spektrālās līnijas komponentēs;
• izvēlētu objektu augstas izšķirtspējas novērojumi kopā ar Eiropas VLBI tīkla (EVN) antenām, atklājot ar apzvaigžņu diskiem un vielas izplūdēm saistītas māzeru struktūras ar mērogu loka milisekundes;
• BL Lac augstas laika izšķirtspējas monitorings, atklājot ievērojamu radio uzliesmojumu labi zināmajā blazāra prototipā ar ļoti augstu laika izšķirtspēju;
• Tika demonstrēta automatizēta interferometrija, pierādot, ka sarežģītus interferometriskos novērojumus un datu apstrādi var īstenot gandrīz bez cilvēku iesaistes.

Pašlaik projekta IVARS gaitā izveidotais vienas bāzeslīnijas radiointeferometrs ir vienīgā infrastruktūra pasaulē, kas var veikt augstas kadences radio kontinuuma monitoringu masīviem protozvaigžņu objektiem, vienlaikus nodrošinot arī māzeru novērojumus.

IVARS projekta novērojumu kampaņas rezultāti.

Programmatūra un infrastruktūra ar ilgtermiņa ietekmi

Papildus zinātniskajiem rezultātiem IVARS projektā tika izstrādāts atvērtā pirmkoda programmatūras rīku kopums. Centrālais elements ir Automatic Correlation (ACor) sistēma – tīmekļa platforma, kas automatizē novērojumu plānošanu, datu pārsūtīšanu, korelāciju, kalibrāciju un kvalitātes kontroli. ACor un ar to saistītās datu apstrādes programrisinājumus var tikt pielietotas citās observatorijās un tikt pielāgotas arī darbam ar citām mazām interferometriskām iekārtām.

Šie rīki jau tiek izmantoti VSRC citos zinātniskos projektos, tostarp zvaigžņu uzliesmojumu un aktīvo galaktiku kodolu monitoringā, kā arī tiek nodoti starptautiskajiem sadarbības partneriem.

Ieguldījums nākotnē

IVARS projekts sniedza nozīmīgu ieguldījumu izglītībā un pētnieciskās kapacitātes stiprināšanā. Projekta dalībnieki vadīja bakalaura, maģistra un doktora darbus, veicināja radioastronomiskās un citas akadēmiskās un pētnieciskās darbības attīstību Latvijas Universitātē. Projekta gaitā arī apmācīja studentus interferometrisko datu apstrādē, strādājot ar tiem praktiski, tajā skaitā starptautiskas pētniecības vizītēs. Vairāki projektā iesaistītie jaunie pētnieki turpinājuši karjeru doktorantūrā vai pēcdoktorantūrā, balstoties uz IVARS projekta īstenošanas laikā iegūtajām zināšanām.

Svarīga projekta sastāvdaļa bija arī sabiedrības iesaiste – projekta komandas locekļi lasīja publiskas lekcijas, sniedza intervijas dažādos masu saziņas līdzekļos un organizēja izglītojošas aktivitātes skolēniem un plašākai sabiedrībai, tādējādi veicinot izpratni par radioastronomiju un laika domēna astrofiziku.

Kas tālāk?

Lai gan IVARS projekts formāli ir noslēdzies, tā zinātniskā programma turpinās. Balstoties uz IVARS pieredzi, tiek plānots izveidot starptautisku darba grupu vienas bāzes līnijas radio interferometrisko projektu attīstībai. Komanda pēta iespējas lietot projekta gaitā izstrādātās tehnoloģijas un metodikas citās observatorijās, veidojot plašāku starptautisku kopienu, kas fokusēta uz laika domēna radio interferometriju.

Demonstrējot, ka salīdzinoši nelieli radio teleskopi, pareizi konfigurēti un automatizēti, spēj sniegt unikālu zinātnisko informāciju, projekts IVARS ir pavēris jaunu novērojumu logu dinamiskajiem procesiem, kas nosaka masīvo zvaigžņu dzimšanu mūsu Galaktikā.

Zinātniskās publikācijas

Projekta zinātniskie rezultāti publicēti:

1. An Interferometer for Variable Astrophysical Radio Sources, Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems (JATIS);
2. Applications of the Irbene Single-Baseline Radio Interferometer, Galaxies 2025;
3. A millimeter methanol maser ring tracing the deceleration of the heat wave powered by the massive protostellar accretion outburst in G358.93-0.03 MM1, Astrophysical Journal Letters;
4. Search for the optimal smoothing method to improve S/N in cosmic maser spectra, Open Astronomy 2025;
5. 6.7 GHz methanol masers in three HMYSOs: G37.43+01.51, G37.479−0.105 and G37.55+0.20, A&A (pieņemts publicēšanai);
6. IVARS projekta avotu monitoringa kopsavilkums (sagatavošanā).

Programmatūra

Visa projekta ietvaros izstrādātā programmatūra ir atvērtā pirmkoda un publiski pieejama:

1. Automatic Correlation (ACor) informācijas sistēma (GitHub repository un ASCL.net;
2. Datu apstrādes programrisinājums (Data Processing Pipeline);
3. onitoringa programmatūra ( Monitoring Software).

Šis projekts tika finansēts no Latvijas Zinātnes padomes projekta “A single-baseline radio interferometer in a new age of transient astrophysics (IVARS)”, Nr. lzp-2022/1-0083.