Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika

Badania naukowe

Bartycka 18, 00-716 Warszawa, POLSKA
+48 (22) 8410041 fax. +48 (22) 8410046
email: camk@camk.edu.pl
www: http://www.camk.edu.pl

GWIAZDY ZMIENNE I PODWÓJNE

Tradycyjna specjalność warszawskich astronomów to gwiazdy zmienne i podwójne. Na prowadzone przez nich badania składają się obserwacje spektroskopowe, fotometryczne i astrometryczne wykonywane przy pomocy teleskopów orbitalnych i teleskopów naziemnych w obserwatoriach znajdujących się w różnych miejscach na kuli ziemskiej. Najnowsza technika obserwacyjna, masowa fotometria CCD, jest przez nich wykorzystywana do poszukiwań gwiazd zmiennych w gromadach gwiazdowych i pobliskich galaktykach. CAMK pełni rolę koordynatora Polskiego udziału w budowie teleskopu o średnicy zwierciadła 10 metrów, w Południowej Afryce (SALT).

Zagadnieniami związanymi z tymi obiektami zajmują się Krzysztof Belczyński, Janusz Kałużny, Beata Mazur, Joanna Mikołajewska, Arkadiusz Olech, Paweł Pietrukowicz, Michał Różyczka, Marek J. Sarna, Aleksander Schwarzenberg-Czerny, Józef I. Smak, Antoni Stawikowski i Janusz Ziółkowski.

ATMOSFERY GWIAZDOWE

Badania atmosfer gwiazdowych, mgławic planetarnych i materii okołogwiazdowej są prowadzone przez Adama Frankowskiego, Sławomira Górnego, Michała Różyczkę, Mirosława Schmidta, Nataszę Siódmiak, Ryszarda Szczerbę i Romualda Tylendę.

PULSACJE GWIAZD (ASTROSEJSMOLOGIA)

Badania koncentrują się na obserwacjach i interpretacji oscylacji białych karłów, analizie pulsacji cefeid klasycznych i gwiazd ciągu głównego oraz na teoretycznym wykorzystywaniu danych helio- i astro-sejsmologicznych. Pracownicy CAMK biorą udział w obserwacjach prowadzonych przy pomocy specjalistycznego zestawu teleskopów rozmieszczonych na wszystkich kontynentach oprócz Antarktydy (Whole Earth Telescope, http://ceti.as.utexas.edu/wetpage.html). W skład grupy zajmującej się pulsacjami gwiazdowymi wchodzą Wojciech Dziembowski, Paweł Moskalik, Rafał Nowakowski, Alosza Pamiatnych i Ryszard Sienkiewicz.

GWIAZDY NEUTRONOWE

Badania obejmują zagadnienia związane z budowa wewnętrzną gwiazd neutronowych i z ich atmosferami. Budowane są modele nowo powstałych gwiazd neutronowych (gwiazd proto-neutronowych). Otrzymywane są teoretyczne widma ich pulsacji radialnych. Badany jest wpływ jednorodnej rotacji gwiazd proto-neutronowych na własności izolowanych pulsarów oraz rola bezpośrednich prosesów URCA na wzbudzaną przez promieniowanie grawitacyjne niestabilność gwiazd neutronowych.

Gwiazdy neutronowe są przedmiotem badań Michała Bejgera, Tomasza Bulika, Doroty Gondek-Rosińskiej, Pawła Haensla, Włodzimierza Kluźniaka, Bronisława Rudaka, Agnieszki WoŸnej i Juliana Zdunika.

ASTROFIZYKA WYSOKICH ENERGII

Najliczniej reprezentowaną w CAMK jest grupa astrofizyki wysokich energii.Jej członkowie analizują otrzymane przez satelity ASCA, EXOSAT, GINGA i GRO, wysokoenergetyczne widma galaktyk z aktywnymi jądrami i obiektów galaktycznych, w których prawdopodobnie znajdują się czarne dziury. Studiują oddziaływania prowadzące do emisji wysokoenergetycznych kwantów promieniowania, konstruują modele obszarów emitujących promieniowanie rentgenowskie i gamma, a także badają źródła kosmicznego promieniowania tła w zakresie rentgenowskim i gamma. Wraz z grupą pracowników Centrum Badań Kosmicznych uczestniczą w przygotowaniach do misji satelitarnej INTEGRAL (http://astro.estec.esa.nl/Integral). Grupa prowadzi też badania nad błyskami promieniowania gamma.

W skład grupy wchodzą Tomasz Bulik, Bożena Czerny, Agnieszka Janiuk, Włodzimierz Kluźniak, Rafał Moderski, Michał Różyczka, Agata Różańska, Marek Sikora, Andrzej Zdziarski i Piotr Życki.

KOSMOLOGIA

Przedmiotem badań grupy kosmologicznej są statystyczne własności kosmicznego promieniowania tła i przestrzennego rozmieszczenia odległych obiektów (obłoków Lyman-alfa, galaktyk). Celem tych studiów jest opis procesów formowania się galaktyk i wielkoskalowych struktur kosmiczych. Szczegółowa lista tematów badawczych obejmuje nieliniową ewolucję kosmicznych pól gęstości i prędkości (opisywaną przy pomocy zarówno analitycznych rachunków perturbacyjnych, jak i numerycznych symulacji hydrodynamicznych oraz N-ciałowych), anizotropią CMB, oraz oprogramowanie do redukcji danych, jakie w najbliższych latach zaczną napływać z próbników promieniowania tła nowej generacji (Planck Explorer). Analizowane są ponadto korelacje między rozkładami miękkiego rentgenowskiego promieniowania tła i liczbowej gęstości galaktyk na sferze niebieskiej. Podobne analizy prowadzone są dla danych pochodzących z satelitów ROSAT (PSPC All-Sky Survey) i COBE.

W skład grupy wchodzą Stanisław Bajtlik, Michał Chodorowski, Roman Juszkiewicz, Ewa Łokas, Andrzej Sołtan.

SYMULACJE KOPUTEROWE

Mirosław Giersz buduje komputerowy program typu Monte Carlo przeznaczony do symulowania ewolucji gromad kulistych. Zastosowane przez niego podejście umożliwia symulacje gromad złożonych z miliona gwiazd. Michał Różyczka, Kacper Kornet i Artur Gawryszczak używają symulacji hydrodynamicznych do budowy modeli dysków protoplanetarnych. Kacper Kornet prowadzi symulacje dysków akrecyjnych w gwiazdach kataklizmicznych. Andrzej Krasiński tworzy nowe wersje własnego programu do obliczeń algebraicznych w teorii względności.

TEORIA GRAWITACJI

W dziedzinie teorii grawitacji prace koncentrują się na konstruowaniu niejednorodnych modeli kosmologicznych oraz jednorodnych modeli kosmologicznych z rotacją. Prace w tej dziedzinie prowadzi Andrzej Krasiński.

TEORIA CZĄSTEK ELEMENTARNYCH

Badania koncentrują się na strukturze nukleonów. Rozwijany jest chromodynamiczny opis twardych zderzeń między hadronami. Badania w dziedzinie cząstek elementarnych prowadzi Stanisław Tatur.

BADANIA MAGNETOSFERY ZIEMSKIEJ

Roman Schreiber zajmuje się badaniem emisji radiowej ze źródeł magnetosferycznych. Modeluje propagację fal elektromagnetycznych w pobliżu źródeł kilometrowego promieniowania zorzowego oraz nieliniowe procesy zachodzące w obszarach ich generacji.

OSIĄGNIĘCIA

Wojciech Krzemiński (obecnie w Carnegie Institution Observatories) jest jednym z tych obserwatorów, którzy w latach 60-tych odkryli podwójną naturę zmiennych kataklizmicznych. W serii prac z lat 60-tych i 70-tych wspólnie z Józefem Smakiem zasugerowali, że w obiektach tych zachodzi proces akrecji materii i poprawnie zinterpretowali ich krzywe zmian blasku jako pochodzące od dysku akrecyjnego uderzanego przez wąski strumień materii wypływającej przez wewnętrzny punkt Lagrange'a z mniej masywnego składnika układu. Na początku lat 70-tych prof. Józef Smak, jako pierwszy, wykrył zmienność rozmiarów dysku akrecyjnego w układzie U Gem, dostarczając w ten sposób obserwacyjnych argumentów na korzyść teorii wyjaśniającej wybuchy nowych karłowatych na skutek niestabilności w dysku. Prof. Józef Smak jest także jednym z tych badaczy, którzy na początku lat 80-tych odkryli niestabilność termiczną dysków w układach kataklizmicznych.

W 1986 roku, Paweł Haensel i jego współpracownicy otrzymali pierwsze szczegółowe modele gwiazd dziwnych (zwartych obiektów zbudowanych całkowicie lub w przeważającej części z materii kwarkowej). Od tej chwili trwają poszukiwania gwiazd dziwnych, wśród obiektów uznawanych za gwiazdy neutronowe. W 1989 r. prof. Haensel i jego współpracownik otrzymali prostą lecz bardzo dokładną formułę wiążącą maksymalną prędkość kątową rotacji gwiazdy neutronowej z maksymalną masą i odpowiadającym jej promieniem konfiguracji statycznej. Uniwersalność i prostota tej formuły sprawiają, że jest ona bardzo użytecznym narzędziem umożliwiającym obserwacyjne rozróżnianie między rozmaitymi równaniami stanu zaproponowanymi dla materii gęstej. W 1991 r. prof. Haensel i jego współpracownicy wykazali, iż, w przeciwieństwie do uprzednich oszacowań, bezpośrednie procesy URCA mogą przebiegać również w materii o bardzo dużej gęstości. Odkrycie to spowodowało głębokie zmiany w scenariuszach ewolucji młodych gwiazd neutronowych.

Wojciech Dziembowski jest światowej klasy ekspertem w dziedzinie pulsacji gwiazd oraz helio- i astro-sejsmologii. Na początku lat 90-tych, w oparciu o dane helio-sejsmologiczne otrzymał, wraz ze swymi współpracownikami, modele wnętrza Słońca, które jednoznacznie wskazywały na poprawność modelu standardowego. Wykazał również, iż za rozbieżności między teoretycznym i obserwowanym natężeniem emisji neutrinowej Słońca odpowiedzialna jest nie astrofizyka, lecz teoria cząstek elementarnych. Prof. Dziembowski opracował ponadto metody obliczeniowe umożliwiające analizę danych astro-sejsmologicznych i otrzymywanie z nich rozkładów prędkości rotacji oraz natężenia pola magnetycznego we wnętrzach gwiazd.

Andrzej Zdziarski i jego współpracownicy są szeroko znani ze swych prac poświęconych promieniowaniu rentgenowskiemu i gamma z aktywnych jąder galaktyk (AGN). Prof. Zdziarski był jednym z pierwszych, którzy poprawnie ocenili rolę i znaczenie komptonowskiego odbicia pierwotnego promienowania AGN'a od chłodnego dysku akrecyjnego. W oparciu o wyniki badań AGN'ów typu Seyferta wykazał, że rentgenowskie tło kosmiczne (którego natura pozostawała wówczas nie wyjaśniona) może powstawać poprzez zlewanie się strumieni kwantów pochodzących z aktywnych jąder odległych galaktyk.

W 1995 roku, Bożena Czerny przedstawiła model objaśniający rozmaite typy emisji rentgenowskiej obserwowane w AGN'ach. Jego podstawowym składnikiem jest stosunkowo cienki i chłodny dysk akrecyjny zanurzony w dużo grubszej i gorętszej koronie, która, tak jak i dysk, może akreować na centralną czarną dziurę. Przy niskim tempie akrecji korona jest bardzo słaba (w skrajnych przypadkach nie ma jej w ogóle), przez co w widmie AGN'a nie pojawia się twarde promieniowanie rentgenowskie.Przy wyższym tempie akrecji korona osiąga stan równowagi termicznej, w widmie pojawia się twarda składowa, a oprócz normalnej akrecji dyskowej wzbudzona zostaje silna akrecja koronalna. Model prof. Czerny dostarcza argumentów przemawiających za istnieniem czarnych dziur. Objaśnia także spektroskopowe i fotometryczne własności podwójnych układów rentgenowskich, w których głównym składnikiem nie jest czarna dziura, lecz gwiazda neutronowa.

Najważniejszym z problemów współczesnej kosmologii jest pochodzenie galaktyk, gromad galaktyk i struktur wielkoskalowych obserwowanych w przestrzennym rozmieszczeniu galaktyk oraz w ich polu prędkości. Roman Juszkiewicz, Franois Bouchet oraz ich współpracownicy i studenci z CAMK i Institut d`Astrophysique w Paryżu rozwinęli formalizm matematyczny umożliwiający śledzenie ewolucji rozkładu gęstości pola prędkości w rozszerzającym się Wszechświecie. Wyniki ich analitycznych rachunków perturbacyjnych wykazują pełną zgodność z wynikami numerycznych symulacji wielociałowych. Co więcej, dobrze odtwarzają dane obserwacyjne oparte na masowych przeglądach galaktyk. Zgodność teorii z obserwacjami jest silnym argumentem przemawiającym na korzyść hipotezy, zgodnie z którą dzisiejsze struktury kosmologiczne rozwinęły się z gaussowskich zaburzeń gęstości pod wpływem operującej we wczesnym Wszechświecie niestabilności grawitacyjnej (modele niegaussowskie, np. oparte na strunach lub teksturach, interpretują te same dane w sposób o wiele mniej zadowalający). Formalizm perturbacyjny doc. Juszkiewicza może być zastosowany do udoskonalenia oszacowań kosmicznego parametru gęstości "omega" oraz jako precyzyjne narzędzie do próbkowania i interpretowania sktruktury Wszechświata, w dobie masowych pomiarów galaktycznych przesunięć ku czerwieni (przeglądy 2dF i SDSS) pojawia się w samą porę. Na początku 2000 roku doc. Juszkiewicz i jego współpracownicy przedstawili wyniki analizy dynamiki par galaktyk, dowodzące, że gęstość materii we Wszechświecie stanowi zaledwie jedną trzecią gęstości krytycznej, przy której Wszechświat byłby płaski.

Andrzej Sołtan zaobserwował korelację między fluktuacjami kosmicznego tła rentgenowskiego i rozmieszczeniem gromad galaktyk. Może to oznaczać, iż gromady galaktyk posiadają rozległe otoczki z bardzo rozrzedzonej, gorącej plazmy. Jeśli realność efektu zostanie potwierdzona, będzie on miał istotne znaczenie dla naszych wyobrażeń dotyczących ilości i rozmieszczenia ciemnej materii we Wszechświecie. Podobne korelacje zostały zaobserwowane przez dr Sołtana w przypadku galaktyk pojedynczych.