logo
FA 11/2020 informacje i komentarze

Kosmiczna linijka

Synergy Paranal Observatory w Chile

Synergy Grant ERC dla Polaka

Zespół naukowców pod kierunkiem prof. Grzegorza Pietrzyńskiego otrzymał wart prawie 14 mln euro ERC Synergy Grant – jeden z największych na świecie i pierwszy tego typu w Polsce. Projekt zatytułowany „Precyzyjna kalibracja kosmicznej skali odległości w dobie wielkich przeglądów” będzie realizowany w konsorcjum, którego liderem jest Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN.

Synergy Grant służy rozwiązywaniu ambitnych problemów badawczych przez 2-4 liderów (Principal Investigators) wraz ze swoimi zespołami badawczymi, reprezentujących różne dziedziny wiedzy, którzy chcą realizować interdyscyplinarny projekt, przełomowy w swoich założeniach i znacząco wpływający na rozwój nauki. W tym roku z 440 złożonych do konkursu wniosków wybrano 34, a ich autorzy otrzymają łącznie 350 mln euro. W projekty zaangażowanych będzie 116 naukowców z 86 uniwersytetów i ośrodkach badawczych w 22 krajach.

Partnerami CAMK w projekcie UniverScale są: Centrum Fizyki Teoretycznej PAN (prof. Bożena Czerny), Universidad de Concepción, Observatoire de Paris oraz The Heidelberg Institute for Theoretical Studies. Przedsięwzięcie ma na celu bardzo dokładne pomiary odległości na bardzo różnych skalach od okolic Słońca do odległych zakątków wszechświata. Posłużą one do wyznaczenia słynnej stałej Hubble’a (H0), która opisuje tempo ekspansji wszechświata, z bezprecedensową dokładnością około 1%. Precyzyjna wartość parametru Hubble’a jest konieczna, aby poznać ewolucję naszego wszechświata i zbadać istotę ciemnej energii, która stanowi około 70% energii wszechświata.

Obecnie astronomowie mają do dyspozycji kilka różnych metod do wyznaczenia parametru Hubble’a. Stałą H0 można wyznaczać na podstawie metod kosmologicznych: analizy promieniowania mikrofalowego oraz oscylacji barionowych. Są one bardzo atrakcyjne, lecz niestety wymagają dodatkowych założeń i zależą od przyjętego modelu. Parametr Hubble’a można również wyznaczyć w „klasyczny” sposób na podstawie świec standardowych. Jest to najprostsza, w pełni empiryczna i potencjalnie najdokładniejsza metoda. Okazuje się, że wyznaczenia stałej H0 wykonane za pomocą metod kosmologicznych od pomiaru metodą klasyczną znacząco się różnią.

Aby to ostatecznie potwierdzić, naukowcy najdokładniejszymi (geometrycznymi) metodami wykonują pomiary odległości do pobliskich obiektów. Na podstawie takich pomiarów kalibrują wtórne wskaźniki odległości, które z kolei pozwalają skalibrować dalekosiężne metody do pomiaru odległości do najdalszych zakątków wszechświata. W efekcie powstaje tzw. kosmiczna drabina odległości. Okazuje się, że najtrudniejszym krokiem w tych żmudnych i niezmiernie trudnych badaniach jest precyzyjna kalibracja pierwszego szczebla tej drabiny – odległości do pobliskich galaktyk.

Zespół prof. Grzegorza Pietrzyńskiego skalibrował metodę opartą na układach zaćmieniowych, nazywaną obecnie polską linijką kosmiczną. Ta geometryczna metoda pozwala mierzyć odległości do pojedynczych układów zaćmieniowych w promieniu około 1 Mpc (megaparseka) z dokładnością rzędu 1%. W ramach grantu przyznanego właśnie przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych metoda ta zostanie doprecyzowana i zastosowana do pomiaru odległości do szeregu pobliskich galaktyk. Naukowcy skalibrują też metodę Baade-Wesselinka pozwalającą mierzyć geometryczne odległości nawet na większych dystansach, być może nawet bezpośredniego pomiaru odległości do pobliskich Supernowych typu Ia – na podstawie fotometrycznych i spektroskopowych obserwacji klasycznych cefeid – gwiazd zmieniających jasność wskutek okresowych pulsacji. Te dwie metody wraz z odległościami do cefeid wykonanymi przez satelitę Gaia stworzą doskonałą bazę do kalibracji gwiazd supernowych i wyznaczeniu stałej Hubble’a.

Niezależnie od pomiarów odległości do supernowych naukowcy przeprowadzą szeroko zakrojone monitorowanie kwazarów. Dzięki rejestracji opóźnień sygnałów w różnych barwach wyznaczą odległości do ponad 150 tych obiektów. Metoda jest nowa i wymaga jeszcze dopracowania teoretycznego, ale dzięki niej stała Hubble’a zostanie wyznaczona zupełnie niezależnie od omówionej wcześniej kosmicznej drabiny odległości. Stanowić to będzie doskonały test obu metod, a dodatkowo metoda kwazarowa pozwoli sięgnąć dalej w głąb wszechświata i mierzyć nie tylko stałą Hubble’a, ale także inne parametry kosmologiczne.

Kluczowym elementem realizacji tego ambitnego projektu jest polskie Obserwatorium Cerro Armazones w północnym Chile. Jest ono umiejscowione w najlepszym miejscu na świecie do prowadzenia obserwacji astronomicznych. Prace naukowców z CAMK PAN do tej pory były realizowane m.in. ze środków z Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Dzięki dofinansowaniu z grantu ERC za 6 mln euro wybudowany zostanie nowoczesny teleskop o średnicy zwierciadła 2,5 m oraz za 1 mln euro kamera pozwalająca na obserwacje w dziedzinie promieniowania podczerwonego. Pozostałe fundusze zostaną przeznaczone na obsługę teleskopu, wyjazdy, pensje dla personelu. Realizację grantu zaplanowano na 6 lat.

Prof. Grzegorz Pietrzyński jest laureatem wielu prestiżowych grantów badawczych, w tym Advanced Grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC). Jest założycielem, liderem i kierownikiem międzynarodowego projektu Araucaria, w ramach którego dokonano pomiaru odległości do Wielkiego Obłoku Magellana (WOM, najbliższej galaktyki) z dokładnością około 1%. Jest to najdokładniejszy (o rząd wielkości) pomiar odległości do galaktyki wykonany dotychczas. Wynik ten opublikowano w marcu 2019 r. w „Nature”.

pk/PAN

Wróć