Disk zářící hmoty obklopující neutronovou hvězdu. Umělecká představa: NASA/Dana Berry.
Je možné v rámci svého studia spolupracovat s renomovaným profesorem astrofyziky přímo v sídle Mezinárodního Institutu kosmických věd (International Space Science Institute, ISSI) ve švýcarském Bernu? Student doktorského programu Teoretická fyzika a astrofyzika na Fyzikálním ústavu Slezské univerzity v Opavě, Mgr. René Šprňa, se o tom jel přesvědčit na přelomu září a října letošního roku. Kvůli svému výzkumu, který je zaměřen na specifické záření neutronových hvězd, se v Bernu setkal s profesorem Mauriziem Falangou, a také zažil nezvyklou atmosféru hlavního města Švýcarska. Nadšený student přináší své zážitky v tomto článku.
Setkání s renomovaným profesorem
Prof. Dr. Maurizio Falanga, ředitel Mezinárodního Institutu kosmických věd (ISSI) v Bernu. Zdroj: ISSI.
Hlavním účelem pobytu Mgr. Reného Šprni v Bernu ve dnech 29. září až 9. října 2024 byla jeho spolupráce s Prof. Dr. Mauriziem Falangou na vědeckém článku, který společně připravují. Článek je zaměřen na výzkum specifické části pozorovaného rentgenového záření z nabalující se hmoty obklopující pozůstatky hvězd po výbuchu supernov, odborně tedy tzv. akreující neutronové hvězdy. To je rovněž téma, kterému se Šprňa věnuje ve své disertační práci. „Náš výzkum je přitom poměrně obsáhlý, takže jsme diskutovali rovněž o možnosti podat projekt, jenž by mi umožnili roční stáž na ISSI, kde profesor Falanga působí jako ředitel,“ slibuje si od návštěvy Bernu student astrofyziky.
Ve světě neutronových hvězd
Jak už bylo zmíněno, disertační práce Mgr. Reného Šprni je zaměřena na akreující neutronové hvězdy. Tyto extrémně husté hvězdy, tvořené převážně neutrony, mají běžně velmi silné magnetické pole. Často existují ve dvojhvězdných systémech, kde obíhají společně s jinou hvězdou, například v případě nízkohmotnostních rentgenových systémů je tímto souputníkem trpasličí hvězda. Enormní gravitační působení neutronové hvězdy pak přitahuje materiál z jejího hvězdného partnera, který kolem ní postupně vytváří tzv. akreční disk – rotující disk plynu a prachu, který se uprostřed zahřívá a vyzařuje energii, často ve formě rentgenového záření.
Neutronové hvězdy jsou extrémně kompaktní, tedy mají velmi malé rozměry vzhledem k jejich hmotnosti. Například, neutronová hvězda vážící stejně jako naše Slunce, by měla poloměr asi 20 km.
Záření železa jako klíč
Umělecká představa akrečního disku obklopujícího neutronovou hvězdu. Takový disk obsahuje i atomy železa, jejichž záření poskytuje vědcům cenné informace o hvězdě samotné. Autor: NASA/Walt Feimer.
Okolo neutronových hvězd se díky jejich kompaktnosti odehrávají jevy, které pomáhá pochopit Einsteinova obecná relativita. „Má práce je zaměřena na teoretický výzkum specifického záření v akrečních discích okolo neutronových hvězd. Tyto disky totiž obsahují i železo, jehož stopa je velmi výrazná v pozorovaném rentgenovém záření, kde se projevuje jako jasná zářící čára. Z jejího tvaru – ovlivněném vysokými rychlostmi hmoty v akrečním disku – můžeme snadno určit například sklon disku vůči pozorovateli nebo polohu vnitřního okraje disku,“ vysvětluje René Šprňa důležitost pozorování emise železa v okolí neutronových hvězd.
To ale není vše. Studentovi se ve spolupráci s profesorem Falangou daří rozklíčovat ještě více. „Většina teoretických modelů předpokládá, že železná čára ve spektru neutronových hvězd pochází pouze z nejvnitřnějších částí akrečního disku, které jsou nejvíce ozářeny samotnou atmosférou neutronové hvězdy. Pokud je ale magnetické pole takové hvězdy slabší, což platí pro mnoho nízkohmotnostních rentgenových dvojhvězd, materiál z disku přetéká na povrch samotné neutronové hvězdy – a je pravděpodobné, že část záření železné čáry pochází právě odtud. A právě tento fakt zohledňujeme v našem společném projektu, který si klade za cíl vytvořit zcela nový a výrazně komplexnější pohled na vlastnosti akrečních disků v okolí těchto stále nedostatečně prostudovaných kosmických objektů,“ popisuje cíl své práce René Šprňa.
Důležitý pokrok ve výzkumu
Levý panel: intenzita záření železné čáry, pozorovaná vzdáleným pozorovatelem, přičemž jsou zahrnuty efekty obecné teorie relativity. Pravý panel: spektrální profil železné čáry, kde osa x je normalizována na klidovou energii železné čáry, tedy 6.4 keV. Pokud je magnetické pole neutronové hvězdy slabé, materiál z disku přetéká přímo na její povrch – a je pravděpodobné, že část záření s energií železné čáry pochází právě odtud. Zdroj: René Šprňa / Fyzikální ústav SU v Opavě.
„Během mého pobytu v Bernu jsme s profesorem Falangou učinili značný pokrok na článku, který bude jedním z klíčových výstupů mého doktorského studia,“ vysvětluje René Šprňa hlavní přínos své návštěvy v Bernu. Zároveň si nemůže vynachválit svou spolupráci s profesorem na profesní a mentorské úrovni: „Profesor se se mnou podělil o rady, jak přistupovat k vědecké kariéře, co je důležité při psaní dobře citovaného článku a na co se skutečně zaměřit. Jeho podpora a motivace byly velmi inspirativní, a dodávala mi energii. Také jsem si velmi vážil jeho velkorysosti a přístupu. Získané poznatky a zkušenosti mi dávají motivaci a vizi kam můj výzkum dále směřovat.“
Inspirativní prostředí ISSI
Pro Reného Šprňu byl pobyt v Mezinárodním Institutu kosmických věd v Bernu (International Space Science Institute – ISSI) opravdu inspirativní. „Každý den jsem pracoval v návštěvnické kanceláři v ISSI, kde jsem se mohl soustředit na práci na článku a rozvíjet myšlenky s profesorem Falangou. Každý den během polední přestávky jsem se také pravidelně na obědech setkával se zaměstnanci ISSI, což mi umožnilo zapojit se do diskusí na nejrůznější témata, nejen o astrofyzice. Inspirativní pro mě byly diskuse na téma zdravého životního stylu, jiných vědeckých oborů nebo třeba i způsob třídění odpadů v Bernu, což je v pokrokovém Švýcarsku rovněž téma k inspiraci. Díky tomu všemu jsem si také dosti procvičil komunikaci v angličtině. No a neposledně jsem také získal kontakty na dva studenty z Egypta zabývající se podobným výzkumem jako já, což se může do budoucna určitě hodit,“ chválí si svůj pobyt v ISSI student.
Atmosféra v Bernu
Bern má velmi dobře integrovanou cyklistickou dopravu. Foto: Mgr. René Šprňa/Fyzikální ústav v Opavě.
Zážitek z Bernu byl pro Reného Šprňu komplexní. „Mimo pracovní část jsem si užil atmosféru města a kulturní rozdíly. Tento zážitek mě utvrdil v tom, že bych si dokázal představit zde strávit delší období a dále rozvíjet svůj výzkum v inspirativním prostředí ISSI,“ vysvětluje student. Bern mu podle jeho slov nabídl možnost poznat švýcarskou kulturu a každodenní život v jednom z nejzajímavějších evropských měst. Město na něj opravdu pozitivně zapůsobilo, což sám dále s nadšením popisuje touto zkušeností: „Během jednoho víkendu jsem si město procházel, a přestože jsem Bern navštívil již dříve, mám pocit, že tentokrát se mi zde líbilo nejvíce. Všímal jsem si maličkostí, např. že místní obyvatelé chodí rychleji než u nás. Myslím, že to pravděpodobně souvisí s jejich zdravějším životním stylem a častým pohybem, ostatně je zde například velmi dobře integrovaná cyklistická doprava.“
Doporučení pro ostatní studenty
Pro Mgr. Reného Šprňu, doktorského studenta na Fyzikálním ústavu v Opavy, to byl jednoznačně mimořádně přínosný výjezd do zahraničí. Tuto zkušenost tedy doporučuje i dalším doktorandům, kteří o podobné zkušenosti teprve uvažují. „Tento pobyt byl pro mě velmi obohacující a rozhodně bych jej doporučil dalším studentům. Takové zkušenosti člověka motivují, umožňují mu navázat mezinárodní kontakty a podívat se na svůj výzkum z nové perspektivy,“ uzavírá svůj pobyt v Bernu student.
Související odkazy:
[1] Stránka o Profesoru Dr. Mauriziu Falangovi
[2] International Space Science Institute v Bernu – hlavní stránka
[3] International Space Science Institute v Bernu – možnost studentské návštěvy
Kontakty a další informace:
Mgr. René Šprňa
Fyzikální ústav SU v Opavě
Email: F150649@fpf.slu.cz
Mgr. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853