Raziskovanje vesolja

Skupina za Astrofiziko centra odličnosti Vesolje-SI je vključena v številne vesoljske programe, v sklopu katerih opravlja raziskovalno dejavnost in uspešno sodeluje z mednarodno znanstveno skupnostjo.

Opazovanje vesolja z zemeljskimi teleskopi

RAdial Velocity Experiment (RAVE) je eden izmed ključnih projektov za merjenje radialnih hitrosti bližnjih zvezd v naši Galaksiji. V projektu sodeluje 60 znanstvenikov iz skupno devetih držav: Nemčija, Velika Britanija, Francija, Italija, Nizozemska, Avstralija, ZDA, Kanada in Slovenija. Projekt RAVE se izvaja na Anglo-avstralskem observatoriju z 1.2 metrskim teleskopom, ki uporablja spektrograf z multiobjektimi optičnimi vlakni za istočasno pridobivanje spektrov zvezd. Od začetka delovanja projekta leta 2003 so v sklopu eksperimenta RAVE raziskovalci uspešno izmerili radialne hitrosti zvezd in s pomočjo njihovih spektrov določili vrednosti pomembnih fizikalnih parametrov za več kot pol milijona zvezd naše Galaksije, to je desetkrat toliko kot so jih znanstveniki izmerili doslej! Prof. T. Zwitter skupine za Astrofiziko iz centra odličnosti je znanstveni direktor projekta RAVE. Med pomembnejšimi znanstvenimi dosežki naj navedemo odkritje novega toka zvezd v naši Galaksiji, katerega zvezde so bile del nepoznane pritlikave galaksije, odkritje kovinsko revnih zvezd, katerih lastnosti se ne skladajo z nastankom debelega galaktičnega diska s procesom akrecije pritlikavih satelitskih galaksij, doslej najnatančnejšo določitvijo razdalj z uporabo nove tehnike, ki upošteva modele za razvoj zvezd, druga objava podatkov projekta RAVE, ki je tudi največja objava vrednosti fizikalnih parametrov zvezd.

Pregled neba GALAH (GALactic Archaeology with HERMES) bo namenjen astroarheologiji naše Galaksije: z rekonstrukcijo zvezdnih podstruktur protogalaksije bo možno razumeti na kakšen način je prišlo do nastanka in razvoja Galaksije. Pregled bo uporabljal novi spektrograf HERMES (High Efficiency and Resolution Multi-Element Spectrograph), ki je v izgradnji na 3.9 metrskem Angloavstralskem teleskopu. Končni rezultat bodo simultano dobljeni spektri zvezd v štirih spektralnih delih, iz katerih bo možno razbrati podatke 15 različnih kemijskih elementov za vsako zvezdo. Astrofiziki centra odličnosti bodo vodili skupino za dvojne zvezde.

Gaia-ESO je mednarodni projekt, ki bo s pomočjo spektrografa FLAMES opazoval več kot 10.000 zvezd raznih komponent Galaksije, od haloja do območih nastajanja novih zvezd. Javni spektroskopski pregled neba bo prvič podal homogen odraz distribucije kinematike in kemičnih lastnosti zvezd ter deloval kombinirano z astrometrijo Gaie. Člani skupine bodo z Zelo velikim teleskopom (Very Large Telescope, VLT) Evropskega južnega observatorija spektroskopsko opazovali zvezde v Galaksiji.

Satelitska opazovanja in raziskave

Vesoljska misija Gaia je ena izmed vodilnih projektov Evropske vesoljske agencije in bo poletela leta 2013. Njen cilj so izjemno natančna astrometrija, fotometrija in spektroskopija približno milijarde zvezd, dodatno bo pa še opazovala asteroide, objekte Kuiperjevega pasu, kvazarje, supernove, dvojne zvezde. Član projekta, prof. Zwitter, je vodja skupine na Fakulteti za matematiko in fiziko, ki se ukvarja s študijami spektrometra za merjenje radialnih hitrosti, ki bo deloval na misiji Gaia. Skupina sodeluje tudi pri Gaia Science Alerts Working Group.

Misija Kepler ameriške agencije NASA je namenjena odkrivanju planetov v drugih osončjih. Astrofizki pri centru odličnosti sodelujemo v delovni skupini za eklipsne dvojne zvezde, ki je pripravila katalog več kot 2000 zvezd, ki bi jih naj Kepler opazoval v teku svoje misijie. V katalog spadajo zvezde, ki so iz astrofizikalnega vidika posebno zanimive zaradi izjemno natančno določenih lastnosti. Poznavanje in merjenje svetlobnih krivulj eklipsnih dvojnih zvezd je ključnega pomena, zato da jih ne zamenjujemo s prehodi planetov, ki so glavni cilj misije Kepler.

Swift je vesoljski večnamenski observatorij za opazovanje izbruhov sevanja gama in zasijev v rentgenski, ultriavijolični in optični svetlobi. Glavni cilji misije je razumeti izvor izbruhov sevanja gama, njihovo klasifikacijo in evolucijo ter razumeti interakcijo s snovjo v okolici. V skupini se dr. Gomboc aktivno ukvarja z robotskim opazovanjem optičnih zasijev in njihove polarizacije s teleskopi na kanarskem otočju, v Avstraliji in na Hawajih. Sodeluje tudi pri spektroskopskem opazovanju zasijev in galaksij gostiteljic izbruhov sevanja gama z zelo velikim teleskopom (Very Large Telescope – VLT), ki omogoča študij razdredčenih plinov v okolici samega izbruha, lastnosti medzvezdnih plinov v galaksijah gostiteljicah in medgalaktičnega plina med nami in izbruhom.

Fermi je vesoljski teleskop za gama žarke, ki ga upravlja ameriška agencija NASA. Skupaj z mednarodno skupnostjo znanstvenikov sodeluje tudi članica skupine dr. Gomboc.

INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) je observatorij izbruhov sevanja gama in zasijev, ki simultano opazuje gama žarke, rentgenske žarke in vidno svetlobo. INTEGRAL, satelit evropske vesoljske agencije ESA, je izjemno natančen in občutljiv observatorij za vesoljsko sevanje gama. V skupini aktivno uporabljamo podatke tega evropskega satelita.

Vesoljske misije pri katerih sodelujemo, naj bodo s teleskopi v vesolju (Gaia, Kepler, Fermi, INTEGRAL) ali pa na Zemlji (Hermes, Gaia-ESO), bodo zmožne natančno določiti lastnosti velikega števila zvezd v naši Galaksiji in tako nudile mednarodni skupnosti raziskovalcev informacije o samem nastanku in razvoju različnih delov Galaksije. S kombinacijo zemeljskih in vesoljskih opazovanj visokoenergetskih pojavov pa bomo preučili tudi nastanek oddaljenih galaksij in lastnosti medgalaktičnega plina.

Aktivne raziskave v letu 2011

V sklopu centra odličnosti pokriva skupina za Astrofiziko tri področja, ki gredo od raziskovanja največjih struktur v vesolju do posamičnih zvezd. V letu 2011 smo se raziskovalno ukvarjali predvsem z naslednjimi temami:

Jate in skupine galaksij so najmasivnejši “prebivalci” vesolja. Vsebujejo plin, ki tvori neke vrsto atmosfero jate. Zaradi fizikalnih procesov znotraj tega plina lahko vidimo jate na velikih, ogromnih razdaljah od nas. Da lahko jate opazujemo, so potrebna tudi opazovanja izven Zemljine atmosfere. Predvsem za detekcijo visokoenergijske svetlobe potrebujemo posebno vrsto teleskopov, ki se nahajajo na večjih satelitih, v orbitah na razdaljah nekaj 10.000 do 100.000 km nad Zemljo. Istočasno jate galaksij proučujemo tudi s pomočjo simulacij.

S pomočjo kozmoloških simulacij smo v letu 2011 proučevali lastnosti plina približno 140 jat in ugotovili, katere opazovane lastnosti primerno opisujejo celotno maso jate. Merjenje mase jat galaksij postaja vedno bolj pomembno sredstvo za razumevanje nastanka in razvoja vesolja.

Drugi sklop s katerim se ukvarjamo je proučevanje naše Galaksije. Zvezde v Galaksiji krožijo okrog njenega središča, iz svetlobe posameznih zvezd lahko merimo njihove hitrosti in oddaljenosti pa tudi ostale zanimive lastnosti, od temperature do prisotnosti kemijskih elementov. V tem primeru je bistvenega pomena, da pazljivo in konstantno izvajamo opazovanja za veliko število zvezd.

Tako smo jih naprimer v sodelovanju z raziskovalci skupine RAVE opazovali že skoraj pol milijona, med katerimi smo odkrili tudi zvezde, ki pripadajo starejšemu zvezdnemu toku, verjetno izumrli galaksiji. Vse, kar se z zvezdami dogaja med njihovim razvojem nam nudi informacije o tem, kako je nastala naša Galaksija, ki jo vidimo na nočnem nebu kot Rimsko cesto.

Zanimajo nas tudi zanimivi posamezni dogodki v vesolju, ki jim pravimo izbruhi sevanja gama. To so najmočnejše eksplozije v vesolju, ki nastanejo ob smrti kake zelo masivne zvezde in ob zlitju dveh nevtronskih zvezd ali črnih lukenj (v njih pa se sprosti več energije, kot je bo Sonce oddalo v vsem svojem življenju, v 10 milijardah let) . Ti izbruhi so zelo kratki, trajajo tipično 10 milisekund do 1000 sekund, in so nenapovedljivi, opazujemo pa jih s posebnimi detektorji na vesoljskih satelitih, saj sevanje gama ne pride skozi Zemljino ozračje.

Trenutno podrobneje proučujemo zanimiv izbruh, ki smo ga detektirali 1. septembra 2010 in je nastal v daljni preteklosti, ko je bilo vesolje staro le tretjino današnje starosti (njegova svetloba je do nas potovala 9 milijard let). Pri teh raziskavah je zelo pomembno, da izbruh spremljamo tudi v vidni svetlobi s teleskopi na Zemlji, za kar potrebujemo posebej prilagojene robotske teleskope. Povezava med podatki, ki prihajajo s satelitov, in opazovanji na Zemlji je torej ključna, zato da lahko dodobra raziščemo, kako prihaja do teh pojavov, ki so ena najbolj vročih tem moderne astrofizike.