Gwiazdy neutronowe s膮 to do艣膰 egzotyczne obiekty zbudowane, w odr贸偶nieniu od czarnych dziur, tylko z materii neutronowej. Wykazuj膮 mniejsze masy ni偶 czarne dziury; s膮 ko艅cowym stadium ewolucji gwiazd o wielkich masach (nawet do 10 mas S艂o艅ca). Do ich obserwacji i zjawisk zachodz膮cych w bezpo艣rednim s膮siedztwie tych gwiazd niezb臋dne s膮 specjalistyczne narz臋dzia 鈥� modele je opisuj膮ce.
Wok贸艂 gwiazd neutronowych zachodz膮 bardzo ciekawe procesy, m.in. uwalnianie olbrzymiej ilo艣ci energii, kt贸ra trafia w zakres energetyczny odpowiadaj膮cy promieniowaniu rentgenowskiemu, takiemu samemu jak wykorzystywane np. w diagnostyce. Dzi臋ki analizie widma tego promieniowania mo偶na okre艣li膰, co dzieje si臋 w tych obiektach. I temu s艂u偶y nasz autorski model.
鈥� wyja艣nia dr Micha艂 Szanecki (na zdj臋ciu powy偶ej).
Rozw贸j astrofizyki i mi臋dzynarodowy zasi臋g bada艅
Czarna dziura, okre艣lana jako obszar czasoprzestrzeni, posiada wewn膮trz siebie tzw. osobliwo艣膰 - znajduje si臋 w niej bardzo du偶e (lub nawet niesko艅czone) pole grawitacyjne, kt贸re powoduje, 偶e nic, nawet fotony (cz膮stki 艣wiat艂a), nie mog膮 si臋 z niej wydosta膰. Czarne dziury s膮 w zasadzie dobrze poznane, istniej膮 ju偶 narz臋dzia do ich bada艅, dlatego naukowcy skierowali swoj膮 uwag臋 na gwiazdy neutronowe, wok贸艂 kt贸rych r贸wnie偶 obserwuje si臋 takie formacje, jak dyski akrecyjne (wiruj膮ce struktury uformowane przez py艂 i gaz, opadaj膮cy na silne 藕r贸d艂o grawitacji). Wyst臋puj膮 one w uk艂adach gwiazd podw贸jnych, w kt贸rych materia odpadaj膮ca od gwiazdy-dawcy spada na gwiazd臋 neutronow膮, tworz膮c wok贸艂 niej dysk odbijaj膮cy promieniowanie.
Dla opisu tak skomplikowanych konfiguracji, jakimi s膮 uk艂ady z gwiazd膮 neutronow膮, wymagane jest silnie interdyscyplinarne podej艣cie, z uwzgl臋dnieniem mechaniki kwantowej, kwantowej teoria pola, hydrodynamiki czy og贸lnej teorii wzgl臋dno艣ci. Jednym z najwa偶niejszych element贸w w badaniach obiekt贸w z emisj膮 promieniowania rentgenowskiego jest model, w kt贸rym wykorzystuje si臋 matematyczny opis zjawisk fizycznych.
Przy olbrzymiej z艂o偶ono艣ci zjawisk i proces贸w, jakie nale偶y uwzgl臋dni膰 w obliczeniach, jedyn膮 efektywn膮 metodologi膮 jest wykorzystanie oblicze艅 i symulacji numerycznych. Obecnie do analizy widm obserwowanych z dysk贸w akrecyjnych wok贸艂 czarnych dziur, stosuje si臋 bogat膮 rodzin臋 powszechnie dost臋pnych modeli, w艣r贸d kt贸rych jednym z najdok艂adniejszych jest ten stworzony przez dra Micha艂a Szaneckiego, we wsp贸艂pracy z prof. Andrzejem Nied藕wieckim i prof. Andrzejem Zdziarskim, w kt贸rym uwzgl臋dniono efekty og贸lnej teorii wzgl臋dno艣ci.
Do poprawnej analizy promieniowania rentgenowskiego, uwalnianego w obr臋bie gwiazd neutronowych, niezb臋dny jest jednak model inny ni偶 dla czarnych dziur. W zwi膮zku z tym, 偶e gwiazdy neutronowe, w przeciwie艅stwie do czarnych, dziur maj膮 sztywn膮 pow艂ok臋, promieniowanie mo偶e odbi膰 si臋 nie tylko od dysku akrecyjnego, ale r贸wnie偶 od niej samej. Nasz model pozwala na analiz臋 widma rentgenowskiego emitowanego z bezpo艣redniego otoczenia tych gwiazd. Wcze艣niejsze modele, kt贸re opracowali艣my, ju偶 wzbudzi艂y zainteresowanie w mi臋dzynarodowym 艣rodowisku naukowym i okaza艂y si臋 u偶ytecznymi narz臋dziami bada艅.
鈥� m贸wi dr Micha艂 Szanecki.
Hiperpoprawny model i odkrywanie tajemnic kosmosu
Naukowcy skupiaj膮 si臋 teraz na odbiciu promieniowania od powierzchni gwiazdy neutronowej. Pozwala to na bardzo dok艂adne okre艣lenie zar贸wno istotnych parametr贸w uk艂adu, takich jak pr臋dko艣膰 rotacji gwiazdy, jej promie艅, jonizacja, jak i sk艂adu atomowego takiej struktury.
Dzi臋ki temu mo偶emy zbada膰, czy rzeczywi艣cie to, co wed艂ug naszych przypuszcze艅 jest odpowiedzialne za generowanie tego promieniowania, w艂a艣nie tym jest, czy te偶 nasz kierunek my艣lenia wymaga modyfikacji. To doprowadzi do lepszego zrozumienia ca艂o艣ci i w rezultacie przybli偶y nas do okre艣lenia ostatecznego r贸wnania stanu materii neutronowej, a w efekcie do dalszego odkrywania tego, co jeszcze niezbadane w kosmosie.
鈥� kontynuuje dr Micha艂 Szanecki.
Wst臋pne wyniki s膮 obiecuj膮ce. Naukowcy zak艂adaj膮, 偶e w ci膮gu dw贸ch lat trwania projektu finansowanego z wewn臋trznych grant贸w IDUB uda im si臋 sfinalizowa膰 ca艂o艣膰 i udost臋pni膰 艣wiatu opis oraz dzia艂anie autorskiego modelu do analizy widma promieniowania rentgenowskiego.
Granty IDUB U艁
Inicjatywa Doskona艂o艣ci 鈥� Uczelnia Badawcza U艁 to konkursy grantowe, w ramach kt贸rych Uniwersytet 艁贸dzki finansuje pomys艂y badawcze swoich naukowc贸w i doktorant贸w. Poprzez wspieranie ich w uprawianiu dobrej nauki uczelnia realizuje strategi臋 d膮偶enia do doskona艂o艣ci badawczej we wszystkich dziedzinach i dyscyplinach. Konkursy s艂u偶膮 tak偶e umi臋dzynarodowieniu - rozwijaniu i zacie艣nianiu wsp贸艂pracy uniwersytetu z badaczami z zagranicy. W ramach grant贸w skierowanych do naukowc贸w spoza uczelni do zespo艂u U艁 do艂膮czaj膮 do艣wiadczeni i m艂odzi badacze. Sprzyja to fuzji do艣wiadcze艅 i podnoszeniu potencja艂u naukowego uniwersytetu, wspiera nawi膮zywanie kontakt贸w i mobilno艣膰 pracownik贸w.
Granty s膮 finansowane w ramach zwi臋kszonej o 2% subwencji dla uczelni, kt贸re w 2019 roku przyst膮pi艂y do konkursu (IDUB). Uniwersytet 艁贸dzki b臋dzie otrzymywa艂 dodatkowe 艣rodki na badania naukowe do 2026 roku. Wewn臋trzne konkursy grantowe s膮 realizowane od 2020 roku.
Obecnie, w II edycji kwot膮 ponad 3 miliona z艂otych dofinansowano m艂odych, do艣wiadczonych badaczy oraz doktorant贸w w takich konkursach grantowych, jak: IDUB U艁 鈥濭ranty dla m艂odych i do艣wiadczonych badaczy鈥� oraz 鈥濪oktoranckie granty badawcze鈥�.
惭补迟别谤颈补艂: dr Micha艂 Szanecki, Wydzia艂 Fizyki i Informatyki Stosowanej U艁
Redakcja: Iwona Ptaszek-Zieli艅ska, Centrum Promocji U艁
Fot.: Bartosz Ka艂u偶ny, Centrum Promocji U艁