Propozycje tematów doktoratów i współpracy

Michał Bejger

„Fale grawitacyjne”

Astronomia fal grawitacyjnych to nowa i pełna tajemnic dziedzina badań Wszechświata. W odróżnieniu od obserwacji fal elektromagnetycznych, będących głównym źródłem naszej wiedzy, ,,słuchamy” Wszechświata rejestrując drobne zaburzenia czasoprzestrzeni przy pomocy laserowych detektorów interferometrycznych LIGO i Virgo. Bezpośrednia detekcja fal grawitacyjnych, emitowanych przez największe kosmiczne kataklizmy: zlewające się układy podwójne gwiazd neutronowych, czarnych dziur, wybuchy supernowych, a także inne źródła np. niestabilne lub zdeformowane rotujące gwiazdy neutronowe, pozwala na badanie obiektów, które nie świecą, testowanie teorii grawitacji w reżimie dynamicznym silnego pola, oraz studiowanie najgęstszej materii we wnętrzach gwiazd neutronowych. Informacji tych nie da się uzyskać innymi metodami. W wykładzie opiszę też udział CAMKu w wyżej wymienionych eksperymentach i plany na przyszłość.

Bożena Czerny

„Ciąg główny kwazarów”

Kwazary – akreujace supermasywne czarne dziury w odległych galaktykach – są dużo bardziej skomplikowane niż gwiazdy i znacznie trudniej odkryć, który z parametrów opisujących te obiekty jest naprawdę decydujący przy opisie ich własności: masa czarnej dziury, spin czarnej dziury, tempo akrecji, kąt obserwacji – a może jeszcze coś innego? Hipotezą jest, że właśnie ‚coś innego’, mam pomysł, czym to ‚coś innego’ jest, a zadaniem będzie sprawdzenie tej hipotezy. Doktorat będzie częścią projektu, finansowanego przez NCN. Doktorat będzie polegał na teoretycznyc obliczeniach zależności własności linii widmowych w kwazarach od różnych parametrów (w tym, tego wytypowanego jako ‚główny’) przy pomocy kodu CLOUDY oraz porównaniu wyników z próbką kwazarów. Projekt będzie realizowany we współpracy krajowej (CAMK) i zagranicznej (Włochy, USA, Chiny).

Jarosław Dyks

„Pulsar astrophysics”

I will present a few enigmatic phenomena exhibited by radio pulsars through their radiative properties. The latter include intensity profiles, polarisation, peculiar absorption and emission features, and their variations in the frequency and time domain. The PhD project is an attempt to understand one of them. This involves the analysis of available observations, and the construction of a numerical model for the selected phenomenon.

Mirosław Giersz

„Obserwacje ewolucji dynamicznej gromad gwiazdowych – obserwacyjna analiza wyników obserwacji”

Gromady kuliste to jedne z najstarszych obiektów w Galaktyce i jednocześnie to jedne z najprostszych strukturalnie obiektów astronomicznych. Niestety, prostota ich budowy nie oznacza, że łatwo można modelować ich ewolucję. Wzajemne bliskie, grawitacyjne oddziaływania pomiędzy gwiazdami, zderzenia gwiazd, ewolucja gwiazd i układów podwójnych, pole pływowe galaktyki macierzystej to tylko niewielka część procesów fizycznych, które należy uwzględnić podczas symulacji ich ewolucji. Kod MOCCA, rozwijany w Centrum Astronomicznym, jest jednym z najbardziej zaawansowanych kodów dynamicznych na świecie. Jest on zdolny do symulacji ewolucji rzeczywistych systemów gwiazdowych z dokładnością i szczegółowością porównywalną do kodów N-body, ale zdecydowanie szybciej niż kody N-body. Projekty do wyboru (możliwe są modyfikacje):

1. Praca nad kodem numerycznym Monte Carlo w kierunku wprowadzenia procesów pływowych oddziaływań zarówno na poziomie gwiazd jak i całej gromady oraz wprowadzenia dokładniejszego opisu ucieczki gwiazd w przypadku ekscentrycznej orbity gromady wokół galaktyki. Dalsza rozbudowa skryptów COCOA i CV oraz budowa narzędzi umożliwiających szybkie i prawie automatyczne przeprowadzenie porównań pomiędzy symulacjami i obserwacjami oraz szybkie i automatyczne wyszukiwanie danych z bazy danych symulacji MOCCA.

2. Symulacje numeryczne ewolucji gromad gwiazdowych. Porównanie wyników z danymi obserwacyjnymi oraz określenie wpływu układów podwójnych, gęstego środowiska, błędów obserwacyjnych, bardzo jasnych obiektów na parametry globalne gromad gwiazdowych wyznaczanych z obserwacji.

3. Dla osób z większym numerycznym doświadczeniem i teoretycznym zacięciem proponuję temat związany z rozszerzeniem procedury Monte Carlo na gromady niesferyczne oraz prace nad zrównolegleniem kodu. Rozbudowany kod MOCCA byłby użyty do przeprowadzenia symulacji rotujących gromad kulistych i porównania wyników z dostępnymi symulacjami Fokker’a-Planck’a i N-body.

Gerald Handler

„Beta Cephei star seen with the eyes of TESS”

TESS is the acronym for Transiting Exoplanet Survey Satellite, a NASA space mission to be launched in late 2017, performing an all-sky survey of bright stars for transiting exoplanets. TESS will also have an asteroseismology program. In this framework, high-precision measurements (of a quality compared to that of the Kepler mission, but for stars some five magnitudes brighter) with rapid time sampling will be available for millions of stars as soon as the data are obtained and reduced. The purposes of the proposed project concerns Beta Cephei stars, hot, massive main sequence pulsators, and are manifold. The first is to generate an input catalogue of candidate Beta Cephei stars by mining existing data bases and photometric surveys. The second is to perform a survey of the pulsational properties of Beta Cephei stars with TESS data that will supersede all related previous studies. Finally, individual stars with the most interesting pulsation spectra shall be subjected to ground-based follow-up observations for mode identifications and detailed seismic studies. In this way, our knowledge on Beta Cephei stars as a group, and as individual pulsators shall be considerably improved. Given the expected workload, this project can be shared, with different aspects, between two students.

Bryn Haskell

„Superfluid Neutron Stars”

Neutron stars are one of the most exotic and exciting nuclear physics laboratories in the Universe. With a mass comparable to that of the Sun squeezed into a 10 km radius they have interior densities that exceed nuclear saturation density. These are conditions that we cannot replicate with laboratory experiments on Earth. We can thus catch a glimpse of the behaviour of matter at high densities and low temperatures, with exotic phases, such as deconfined quark condensates, expected in the core of these stars. Despite temperatures of tens of millions of degrees Kelvin, the thermal energy of these objects is in fact small compared to the huge Fermi energy of the constituents, and large scale superfluid components are expected in the interior. Superfluidity has a strong impact on the dynamics of the star, as the superfluid can flow with little or no viscosity with respect to the ‚normal’ component. Quite strikingly these microscopic properties of matter can lead to large scale phenomena that are observable from Earth mainly with radio telescopes, X-ray and gamma-ray satellites and, in the near future, gravitational wave detectors. This PhD project involves the theoretical and computational study of superfluid neutron star hydrodynamics, with the goal of constructing numerical models. These models will be used to interpret two particular astrophysical observations: ‚glitches’, or jumps in frequency, that appear in radio observations of magnetised neutron stars, and gravitational wave observations of neutron star modes of oscillation, i.e. neutron star asteroseismology.

Agnieszka Janiuk

„Badanie procesu akrecji i wypływu materii”

Błyski gamma są przejściowymi, gwałtownymi zdarzeniami, obserwowanymi na niebie w zakresie najwyższych energii i pochodzącymi z najdalszych zakątków Wszechświata. Ogromna energia związana z tymi zjawiskami wskazuje na fakt, że ich źródłem muszą być kosmiczne eksplozje o ogromnej mocy. Najprawdopodobniej zjawiska te pojawiają sie w wyniku kolapsu masywnej, rotującej gwiazdy, której jadro tworzy czarną dziurę. Podczas tego procesu, wzdłuż biegunów gwiazdy, wyrzucane są strugi materii ekspandujące z prędkościami bliskimi prędkości światła. W tych strugach powstaje promieniowanie gamma. Przedmiotem moich badań jest proces akrecji resztek materii pochodzących z kolapsującej gwiazdy i wchłanianych przez obracającą się czarną dziurę. Wiadomo, że do powstania relatywistycznych strug w wyniku czarnodziurowej akrecji, niezbędna jest obecność silnego pola magnetycznego. Ilościowe modelowanie tego procesu jest możliwe dzięki numerycznym symulacjom magnetohydrodynamicznym, jakie prowadzimy w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN.

Włodzimierz Kluźniak

„Szybka zmienność jasności czarnych dziur”

Jasność czarnych dziur pochłaniających materię z otoczenia charakteryzuje się zmiennością w wielu skalach czasowych. Bardzo ciekawe z punktu widzenia badania silnych pól grawitacyjnych są tzw. oscylacje kwaziperiodyczne (QPO) o okresach porównywalnych z najkrótszym możliwym okresem orbitalnym wokół czarnej dziury. Taka zmienność obserwowana jest zarówno w czarnych dziurach w układach podwójnych jak i w supermasywnych czarnych dziurach w centrach galaktyk. Uważa się że to zjawisko zachodzi bardzo blisko horyzontu czarnej dziury (kilka promieni Schwarzschilda nad horyzontem). Przedstawię próby modelowania tej szybkiej zmienności czasowej przeprowadzone w CAMK.

Michał Litwicki

„Project Solaris – Controlling the global network of robotic telescopes”

Project Solaris is a global network of telescopes consisting of four fully autonomous observatories situated in South Africa (1,2), Australia (3), and Argentina (4) and headquarters in Toruń, Poland . Each of the telescopes has a 0.5-m primary mirror and similar equipment, which includes a set of filters and a high-end camera. One of the telescopes is also equipped with an échelle spectrograph. With a global network of four robotic telescopes it is possible to search for extrasolar planets around binary stars, characterize such systems and study stellar astrophysics. Controlling a globally distributed network of robotic observatories is a demanding task, involves operation of specialized instrumentation and requires interdisciplinary, engineering-based knowledge to use it properly. Besides scientific research, there is a vast variety of specific technical subjects such as autonomous system operation, environmental sensors data processing or astronomical instrumentation, that one can contribute to. I will present Project Solaris overview focusing mostly on electronic and mechanical equipment related tasks, which aim to improve the scientific research process. Finally I will talk about how to get involved and what there is to learn and achieve in the project.

Ewa Łokas

„Dynamika i morfologia oddziałujących galaktyk”

W trakcie spotkania przedstawię najnowsze wyniki i planowane na przyszłość projekty grupy zajmującej się w CAMK dynamiką galaktyk, w szczególności galaktyk karłowatych Grupy Lokalnej. Wśród badanych przez nas zagadnień znajdują się między innymi: modelowanie zderzeń dyskowych galaktyk karłowatych prowadzących do powstania galaktyk sferoidalnych, tworzenie się poprzeczek w galaktykach karłowatych oddziałujących pływowo z Drogą Mleczną, ewolucja morfologiczna galaktyk w gromadach, modelowanie rozkładu ciemnej materii w galaktykach. W badaniach wykorzystujemy symulacje N-ciałowe, a także najnowsze dane obserwacyjne. Nasza działalność jest finansowana w ramach grantu NCN Maestro.

Joanna Mikołajewska, Cezary Gałan

„Spektroskopia symbiotycznych układów podwójnych”

Gwiazdy symbiotyczne są to długookresowe układy podwójne, złożone z zaawansowanego ewolucyjnie chłodnego olbrzyma oraz gorącego i jasnego, jonizującego materię wokółgwiazdową, towarzysza. Proponowany projekt obejmie szeroko rozumianą analizę widmową układów symbiotycznych w Drodze Mlecznej i Obłokach Magellana, w oparciu o już posiadane widma optyczne (m.in. SALT, VLT) i podczerwone (Gemini-South, IRTF, 4m KPNO) i ewentualne dalsze obserwacje (zwłaszcza z wykorzystaniem teleskopów ESO i SALT). W szczególności, planowane jest podjęcie następujących zagadnień: wyznaczania składów chemicznych metodą syntezy widmowej i ich analizy uwzględniając różne anomalie (metaliczności, CNO, 12C/13C, s-process); pierwsze próby szczegółowej analizy (3D-NLTA) składów chemicznych w symbiotycznych olbrzymach oraz badanie stratyfikacji ich atmosfer; wyznaczanie parametrów składników układów symbiotycznych: prędkości rotacji, masy składników, temperatury efektywne, itp.

Arkadiusz Olech

„Polska Sieć Bolidowa”

Opowiem o projekcie związanym z Polską Siecią Bolidową. Celem projektu jest rejestracja meteorów na terytorium Polski. Dla dużych ciał wyznaczane są trajektorie w atmosferze, orbity i miejsca potencjalnych spadków meteorytów. Dla małych ciał trajektorie i orbity, co daje informacje o rozkładzie drobnej materii w najbliższej okolicy ziemskiej orbity, a także pozwala odkrywać nowe roje meteorów i identyfikować małe ciała, potencjalnie zagrażające naszej planecie.

Krzysztof Nalewajko

„Rekoneksja pól magnetycznych”

Pola magnetyczne stanowią kluczowy składnik wielu obiektów astrofizycznych. Mogą one także zawierać znaczne ilości energii, która może byc przekształcona w inne formy, w szczególności energię cząstek i promieniowanie. Rekoneksja pól magnetycznych jest procesem, który umożliwia efektywną przemianę energii magnetycznej. Dlatego też stosuje się ją do opisu rozbłysków słonecznych, oddziaływania ziemskiej magnetosfery z wiatrem słonecznym, ale także do szeregu zjawisk astrofizyki wysokich energii, takich jak pulsary, blazary, błyski gamma czy korony dysków akrecyjnych. Szczegóły mechanizmu rekoneksji są obecnie przedmiotem intensywnych badań, coraz większą rolę odgrywają tutaj zaawansowane symulacje komputerowe.

Agata Różańska

„Obserwacje nieba w dziedzinie rentgenowskiej”

Przedstawię koncepcję nowego satelity rentgenowskiego – ATHENA, który zyskał poparcie Europejskiej Agencji Kosmicznej i został wybrany do realizacji z planem wystrzału w roku 2028. Opowiem o najnowszych rozwiazaniach technologicznych zastosowanych przy budowie ATHENY. Pokażę jak nowe detektory polepszą jakość obserwacji rentgenowskich, tak żeby plany naukowe satelity zostaly osiągniete. Polscy naukowcy i inżynierowie uczestniczą w budowie misji ATHENA. Udział w projekce doskonale wpisuje się w politykę nowo powstałej Polskiej Agencji Kosmicznej i pozytywnie wpłynie na rozwój polskiego przemysłu kosmicznego. Jest to projekt interdyscyplinarny, który łączy pracę naukową z inżynieryjną.

Radosław Smolec

„Badania klasycznych gwiazd pulsujących w CAMK”

Omówię badania klasycznych gwiazd pulsujących (Cefeid i gwiazd RR Lutni) prowadzone w CAMK. Jest to dziedzina badań obfitująca w nowe odkrycia i wyzwania teoretyczne. Zajmujemy się zarówno analizą obserwacji (kosmicznych i naziemnych) jak i ich teoretyczną interpretacją. Przedstawię możliwości włączenia się w prowadzone przez nas badania.

Ryszard Szczerba

„Zawiłości utraty masy z gwiazd zaawansowanych ewolucyjnie”

Utrata masy determinuje tempo ewolucji olbrzymów. Nadal jednak nie potrafimy przewidzieć jakich temp utraty materii możemy oczekiwać na podstawie znajomości ich parametrów fizycznych i składu chemicznego. Co więcej utrata masy nie jest ani jednorodna ani sferycznie symetryczna. Rozdzielczości przestrzenne i spektralne współczesnych instrumentów pozwalają dostrzec zarówno skomplikowany rozkład materii wokółgwiazdowej i jej kinematykę, jak też badać skład chemiczny otoczek. Konstruowanie modeli numerycznych (1, 2 i 3 wymiarowych) i symulacja zebranych obserwacji, pozwala odtwarzać rzeczywisty rozkład i skład materii dając tym samym możliwość zrozumienia procesu utraty masy z zaawansowanych ewolucyjnie gwiazd.

Leszek Zdunik

„Gwiazdy neutronowe – laboratoria gęstej materii”

Gwiazdy neutronowe to jedyne znane nam obiekty, w których wnętrzu osiągana jest gęstość wielokrotnie przekraczająca gęstość materii w jądrach atomowych. Są to warunki wyraźnie odbiegające od tych, jakie mogą być osiągnięte w laboratoriach na Ziemi. Obserwując gwiazdy neutronowe i mierząc parametry tych gwiazd (np. masa, prędkość wirowania) możemy wyciagnąć pewne wnioski dotyczące własności bardzo gęstej materii w obszarze całkowicie niedostepnym ziemskiemu eksperymentowi.

Andrzej Zdziarski

„Akrecja w rentgenowskich układach podwójnych”

Fizyka akrecji w gwiazdowych układach podwójnych zawierających czarną dziurę lub gwiazdę neutronową jest wciąż nie w pełni poznana. W przypadku układów z czarnymi dziurami, położenie głównego Ÿźródła emisji rentgenowskiej pozostaje nieznane i jest przedmiotem gorącej kontrowersji. Szereg aktualnych modeli postuluje, że Ÿźródło to jest położone na osi rotacji czarnej dziury bardzo blisko horyzontu, czasami bliżej niż jeden promień grawitacyjny. Z drugiej strony, wg innego paradygmatu, dominującym Ÿźródłem promieniowania rentgenowskiego jest gorący przepływ akrecyjny, w którym maksimum grawitacyjnej energii jest dyssypowane na promieniach rzędu 10 lub więcej promieni grawitacyjnych. Przedmiotem doktoratu, będącego częcią projektu finansowanego przez NCN, ma być rozwiązanie tej kontrowersji poprzez stworzenie teoretycznych modeli wewnętrznego przepływu akrecyjnego, analizę dostępnych danych z satelitów rentgenowskich, oraz dopasowanie modeli do danych.