Najdokładniejszy pomiar odległości do LMC
Wielki Obłok Magellana jest najlepiej poznanym obiektem południowego nieba. Aż trudno uwierzyć, że dopiero trzy lata temu astronomowie określili odległość do tej galaktyki z dokładnością na poziomie 2%.

Widok Drogi Mlecznej po kolizji z Andromedą
Astronomowie z NASA ogłosili, że są w stanie z dużą dokładnością przewidzieć, jak kosmiczna kolizja Drogi Mlecznej z Andromedą może wpłynąć nie tylko na samą Galaktykę, ale i na nasz Układ Słoneczny.

       Chciałbym podzielić się z pasjonatami astronomii swoimi wrażeniami i doświadczeniami związanymi ze stażem w Południowo Afrykańskim Obserwatorium Astronomicznym (ang. South African Astronomical Observatory - SAAO) w Republice Południowej Afryki, gdyż była to przede wszystkim wspaniała przygoda astronomiczna.

       Posiadanie własnej pasji to coś absolutnie niezwykłego. Od dziecka interesowałem się astronomią, choć początkowo niekoniecznie wiązałem z tym swoją przyszłość. Z czasem jednak postanowiłem spróbować swoich sił na studiach astronomicznych. W końcu stanąłem przed możliwością wyjazdu na staż do jednego z najbardziej znanych obserwatoriów i prowadzenia własnych badań. Dla mnie jako osoby, która dopiero wchodzi w prawdziwą naukową karierę, wyjazd stanowił niezwykłe doświadczenie oraz pozwolił po części spełnić marzenia, które towarzyszą mi od czasów dzieciństwa.

       Finansowania ze swojego grantu udzielił mi jeden z pracowników Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk, który zajmuje się dziedziną badawczą podobną do mojej. Pod tym względem wyjazd był raczej podróżą służbową w ramach której miałem do przeprowadzenia konkretne badania gwiazd znajdujących się głównie w Małym Obłoku Magellana.

       Zanim jednak podjąłem starania o finansowanie, musiałem złożyć stosowny wniosek o czas obserwacyjny i poprzeć go wystarczająco mocnymi argumentami. To standardowa procedura charakterystyczna właściwie dla wszystkich profesjonalnych obserwatoriów na świecie. Wniosek złożyłem wspólnie ze swoim promotorem pracy magisterskiej, którego jestem również współpracownikiem - dr Marcinem Hajdukiem z CAMK PAN w Toruniu. Początkowo planowaliśmy obserwacje na dwóch teleskopach - o średnicy 1 m i 1,9 m. Ostatecznie zdecydowaliśmy się na teleskop o średnicy 1 m. Uzyskaliśmy 10 nocy obserwacyjnych na nasze badania, o których opowiem szerzej w dalszej części relacji.

       Nasza podróż rozpoczęła się 20 sierpnia 2011 r. dwugodzinnym lotem z Warszawy do Amsterdamu w Holandii. Niestety czas nie pozwolił nam zwiedzić miasta, gdyż dwie godziny później mieliśmy kolejny lot, trwający 12 godzin. Około godz. 22:00 wreszcie wylądowaliśmy w Kapsztadzie. W RPA godzinna różnica czasu (w porównaniu z Polską) pojawia się zimą - latem w obydwu państwach mamy taką samą godzinę.

       Na lotnisku czekał na nas jeden z pracowników SAAO, który zabrał nas do obserwatorium w Kapsztadzie. Dzisiaj pełni już raczej rolę turystyczną a nie badawczą - trudno mówić o jakichkolwiek obserwacjach w stolicy kraju. Obserwatorium w Kapsztadzie pełni rolę bazy wypadowej ku właściwemu obserwatorium SAAO, znajdującym się ok. 370 km na północ od Kapsztadu w Sutherland.


       Kapsztad został założony przez Holenderską Kompanię Wschodnio-indyjską, a na początku XIX wieku został zdobyty przez Brytyjczyków. W RPA istnieje 11 urzędowych języków, a najczęściej używanym językiem jest afrikaans, oparty podobno w ok. 80% na języku holenderskim. Ku memu zdziwieniu, większość osób jakich spotkałem w RPA, świetnie władała językiem angielskim.

       W RPA bardzo wyraźnie zarysowują się wpływy brytyjskie z czasów kolonialnych, głównie jeśli chodzi o architekturę. Zwiedzając Kapsztad, wiele miejsc przypominało mi wręcz do złudzenia Szkocję. RPA jest również jednym z krajów, w których obowiązuje lewostronny ruch drogowy.
























       RPA nie jest zbyt bezpiecznym krajem, co wielokrotnie było podkreślane przez media przed Mistrzostwami Świata w piłce nożnej - uważam, że słusznie. Miałem okazje zobaczyć wiele prywatnych domów i osiedli otoczonych ponad 2 metrowym betonowym murem. Na szczycie każdego znajdował się drut kolczasty lub pod napięciem. Mimo, iż RPA jest najbogatszym państwem Afryki, dało się zauważyć ogromną różnicę społeczną, spowodowaną burzliwą historią tego kraju. Wystarczy wspomnieć, że właściwie do 1994 roku w RPA obowiązywał rasistowski system rządów - apartheid. Obok bogatych osiedli znajdują się liczne slumsy. Zwiedzając miasto, wielokrotnie byłem zaczepiany przez nachalnych mieszkańców, którzy chcieli coś sprzedać lub wymusić pieniądze.

       Trudno jednak nie docenić piękna tego miasta, nad którym dominuje Góra Stołowa. Spłaszczony szczyt góry został uformowany miliony lat temu przez lodowiec. Jeszcze piękniej Kapsztad wygląda nocą, kiedy światła domów i ulic ciągną się aż pod Górę Stołową. Miasto można również zwiedzać jeżdżąc specjalnym turystycznych autobusem. Wyprawa z Kapsztadu do Przylądka Dobrej Nadziei gdzie łączą się wody Oceanu Atlantyckiego i Indyjskiego, zajmuje kolejką ok. 2 godzin.








       Jak już wspomniałem, Południowo Afrykańskie Obserwatorium Astronomiczne (ang. South African Astronomical Observatory) znajduje się ok. 370 km na północ od Kapsztadu niedaleko małej miejscowości Sutherland. Do obserwatorium dostaliśmy się cotygodniowymi transportami z siedziby SAAO w Kapsztadzie. Na terenie placówki znajduje się Wielki Teleskop Południowo-Afrykański (ang. Southern African Large Telescope - SALT) o średnicy 11 metrów, będący udoskonalona wersją teleskopu HET w Teksasie oraz kilka mniejszych teleskopów - w tym kilka zautomatyzowanych stacji.

       Po dotarciu na miejsce dowiedziałem się, że w obserwatorium przebywają jeszcze dwaj doktoranci z Polski: Piotr Sybilski oraz Stanisław Kozłowski z CAMK w Toruniu. Zapoznałem się ze zwyczajami panującymi w obserwatorium po czym zwiedziłem pozostałe budynki placówki. Bardzo mile zaskoczył mnie fakt, że do dyspozycji pracowników i gości jest "Centrum Rekreacji" umilające pobyt w SAAO. Kopuły teleskopów znajdują się ok. 1,5 km od pomieszczeń mieszkalnych na szczycie wzniesienia. Każdy obserwator po przyjeździe dostaje do dyspozycji samochód.

       Choć SAAO było pierwszym zagranicznym obserwatorium w którym miałem okazję obserwować. Przyznaję, że to bardzo zorganizowana placówka w porównaniu z polskimi obserwatoriami. Szczególnie miło wspominam szybkie interwencje pracowników technicznych, w przypadku zgłoszenia jakichkolwiek problemów ze sprzętem.








       Obserwatorium znajduje się na płaskowyżu Karoo na szerokości geograficznej 33^oS. Oznacza to, że astronomowie mają możliwość obserwowania znacznie ciekawszego południowego nieba. Na uwagę zasługuje fakt, iż statystycznie w ciągu roku 75% nocy nadaje się do obserwacji. Mediana seeingu dla obserwatorium wynosi 0,9 arcsec, co czyni SAAO naprawdę dobrym miejscem obserwacyjnym.

       Gdy nadarzyła się okazja, udałem się na wycieczkę do części obserwacyjnej, nad którą dominuje teleskop SALT. Mniejsze teleskopy znajdują się nieco dalej.








       Pośród licznych instrumentów obserwacyjnych znajduje się m. in. teleskop o średnicy 1,9 m, służący do obserwacji spektroskopowych oraz teleskopy do obserwacji fotometrycznych o średnicy 1 m (tzw. "Teleskop Elżbiety"), 0,75 m i 0,5 m. Na terenie obserwatorim znajduje się również kilka innych teleskopów, będących owocem współpracy SAAO z licznymi instytucjami zagranicznymi. Miałem okazję zobaczyć jeden z dwóch zautomatyzowanych teleskopów, należących do projektu MONET (ang. MOnitoring NEtwork of Telescopes) o średnicy 1,2 m, który został zainicjowany przez Obserwatorium McDonald'a w Teksasie. Teleskopy są wykorzystywane do celów dydaktycznych, umożliwiając młodzieży szkolnej zdalne obserwacje poprzez Internet. W SAAO prowadzone są także obserwacje podczerwone teleskopem o średnicy 1,4 m, należącym do japońskiego projektu IRSF (ang. Infrared Survey Facility). Teleskop jest wyposażony w trzy filtry podczerwone. Na uwagę zasługuje teleskop składający się z ośmiu obiektywów o średnicy 111 mm i ogniskowej 200 mm należący do projektu SuperWASP (ang. Super-Wide Angle Search for Planets - Super-szerokokątne poszukiwania planet). Drugi tego typu teleskop znajduje się na Wyspach Kanaryjskich. W ramach tego projektu są prowadzone automatyczne obserwacje fotometryczne szerokich pól gwiazdowych w poszukiwaniu niewielkich spadków jasności spowodowanych przez tranzyty planet pozasłonecznych. Należy jednak pamiętać, iż podobne efekty mogą wywoływać np. plamy na powierzchni gwiazdy lub układ trzech gwiazd, gdzie dwie tworzą podwójną gwiazdę zaćmieniową. W obserwatorium znajduje się też teleskop służący do obserwacji naturalnych modów oscylacji Slońca i gwiazd - projekt BiSON (ang. Birmingham Solar-Oscillations Network). Projekt został zainicjowany przez naukowców z uniwersytetu w Birmingham i obejmuje badania z zakresu heliosejsmologii i asterosejsmologii.










       Na terenie obserwatorium trwa budowa dwóch zautomatyzowanych teleskopów o średnicy 0,5 m realizowanych w ramach prestiżowego polskiego projektu "Solaris". Celem tego przedsięwzięcia jest poszukiwanie planet w podwójnych układach zaćmieniowych gwiazd metodą chronometrażu zaćmień. Dwa kolejne teleskopy powstaną w Australii oraz Argentynie - cztery teleskopy na trzech kontynentach. Miałem okazję obejrzeć efekty ponad dwumiesięcznej pracy dwóch doktorantów z projektu Solaris. Pod koniec sierpnia 2011 r. zakończyli montaż pierwszego teleskopu i byli już o krok od uzyskania pierwszej krzywej blasku. Niestety, pojawiły się problemy z montażem teleskopu. Jak się później okazało były spowodowane wadą fabryczną. Druga kopuła stoi jeszcze pusta.

Identyfikacja mgławic planetarnych w Małym Obłoku Magellana

       Przedmiotem moich zainteresowań naukowych jest m. in. badanie fotometrycznej zmienności gwiazd centralnych mgławic planetarnych, świadczącej o istnieniu bliskiego towarzysza. Do 2011 roku astronomowie odkryli ok. 50 podwójnych gwiazd centralnych - w tym tylko jeden wśród gwiazd typu Wolfa-Rayeta i wels (Hajduk i in. 2010). W widmach gwiazd [WR] występują silne i szerokie linie emisyjne, natomiast w gwiazdach wels linie emisyjne są słabsze. Na podstawie niedawnych badań astronomowie oszacowali odsetek podwójności na poziomie 12-21% (Miszalski i in. 2009).

       Dokładne mechanizmy powstawania mgławic planetarnych pozostają wciąż nieznane. Badania tych obiektów pozwolą określić, czy podwójność pełni marginalną, czy też dominującą rolę w powstawaniu i kształtowaniu mgławic planetarnych. Co więcej, podwójnymi modelami łatwiej wytłumaczyć wiele kształtów mgławic, w szczególności silnie asymetryczne kształty.

       Postanowiłem przebadać gwiazdy centralne w Małym Obłoku Magellana (ang. Small Magellanic Cloud) pod kątem podwójności. Do tej pory oba Obłoki Magellana nie zostały przebadane pod tym kątem. Najpierw stworzyłem listę mgławic planetarnych w SMC - otrzymałem 90 obiektów. Uzyskanie krzywych blasku dla tak dużej ilości obiektów, wymagałoby uzyskania dużej ilości czasu obserwacyjnego. Większość obiektów ma jasność obserwowaną na poziomie 19-20^m w filtrze I, co wymaga długich ekspozycji, abym mógł otrzymać wystarczający stosunek sygnału do szumu. Postanowiłem wykorzystać dane fotometryczne z trzeciej fazy projektu OGLE, w ramach którego obserwowano Mały Obłok Magellana. Są to dane bardzo dobrej jakości charakteryzujące się seeing'iem lepszym niż 1,5".

       Na początku musiałem odnaleźć swoje obiekty na mapach refencyjnych OGLE-III, w oparciu o mapy identyfikacyjne znajdujące się w publikacjach naukowych. Niestety okazało się, że mapy identyfikacyjne, w których informowano o odkryciu nowej mgławicy planetarnej, są na ogół kiepskiej jakości. Konieczna okazała się bezpośrednia identyfikacja obserwacyjna, którą zrobiłem w SAAO.

       Obserwacje wykonałem na 1-no metrowym teleskopie Cassegraina (tzw. Teleskop Elżbiety) na montażu angielskim. Pole instrumentu wynosi 8'x8'. Teleskop jest wyposażony w kamerę CCD STE4 z matrycą o rozdzielczości 1024x1024 pikseli, chłodzoną ciekłym azotem do temp. ok. -95^oC. Kamera CCD jest wyposażona w dwa koła filtrowe. Teleskop jest posiada pozaosiowy guiding umożliwiający robienie długoczasowych ekspozycji.

       Do identyfikacji mgławic planetarnych użyłem ekspozycji w filtrze R oraz wąskopasmowym filtrze Hα. Czasy ekspozycji ustaliłem na 1200/600s dla filtra Hα oraz 600/300s dla filtra R. Udało mi się zidentyfikować jednoznacznie 44 mgławice planetarne. Identyfikacja mgławic planetarnych odbywała się na podstawie porównania ekspozycji wykonanej w filtrze R z klatką (Hα - R). Oczywiście nie można tak po prostu odjąć dwóch ekspozycji wykonanych w różnych filtrach i z różnymi czasami ekspozycji. Przed tą operacją trzeba obie ekpozycje sprowadzić do względnie tych samych natężeń. Na poniższej animacji widać silną emisję Hα od mgławicy planetarnej. W filtrze R również "łapie" się mgławicowa linia Hα, a poza tym spora część kontinuum gwiazdowego. To w rezultacie odjęcia dwóch ekspozycji dawało mi wynikową klatkę w której jest widoczna tylko emisja od mgławicy planetarnej, a reszta gwiazd, w których nie ma emisji mgławicowej Hα, jest "wycięta".

       Po wstępnym przebadaniu zmienności ich gwiazd centralnych na podstawie otrzymanej fotometrii z OGLE, udało mi się wstępnie znaleźć 3 obiekty, wykazujące zmienność. Wraz z dr Marcinem Hajdukiem złożyliśmy wniosek obserwacyjny na teleskop SALT o wykonanie widm tych obiektów, które jednoznacznie potwierdzą naturę tych obiektów. Istnieje pewna szansa, że któryś z odkrytych obiektów okaże się gwiazdą symbiotyczną, a nie podwójną gwiazdą centralną. Mam jednak nadzieję, że udało mi się odkryć pierwsze podwójne gwiazdy centralne mgławic planetarnych poza Naszą Galaktyką. Pozostałe 46 obiektów wymaga dalszej identyfikacji obserwarcyjnej. Są to jednak już bardzo słabe gwiazdy bardzo często na granicy detekcji projektu OGLE, więc wykrycie zmienności z pewnością nie będzie łatwe.












       Wielki Teleskop Południowo-Afrykański (ang. Southern African Large Telescope - SALT) jest własnością międzynarodowego konsorcjum. Jak już wspomniałem SALT to udoskonalona wersja teleskopu HET znajdującego się w McDonald Obsevatory w Teksasie. Konsorcjum tworzą Niemcy, Nowa Zelandia, USA, Wielka Brytania i Polska, która dysponuje 10% czasu obserwacyjnego.

       Teleskop posiada tylko jeden stopień swobody, tzn. obraca się tyko w azymucie przy zachowaniu stałej odległości zenitalnej, wynoszącej 37^o. Sferyczne lustro główne składa się z 91 sześciokątnych luster, którego każdy bok ma 1 m długości. Całe lustro tworzy więc ogromny sześciokąt o łącznej powierzhcni odpowiadającej kolistemu lustru o średnicy 10,5 m. Podczas wykonywania obserwacji lustro główne pozostaje nieruchome, a dany fragment nieba śledzi przesuwające się lustro wtórne - tzw. tracker. Tracker, przy ustalonej pozycji teleskopu, może śledzić pas nieba o szerokości 12^o. Teleskop może zatem śledzić wybrany obiekt przez okres od 45 do 150 min.

       Obserwacje są wykonywane w trybie kolejkowym przez personel SALT'a. Autorzy realizowanego projektu badawczego nie są obecni podczas wykonywania obserwacji - otrzymują gotowego pliki, czasami poddane już wstępnej redukcji. Oficjalne otwarcie teleskopu miało miejsce 10 listopada 2005 roku. Następnie przez killka lat SALT przechodził fazę testów, a regularną pracę rozpoczął dopiero w 2011 roku. Pierwsze propozycje projektów badawczych po zakończonej fazie testów można było składać do 15 lipca 2011 roku.
















       W wolnej chwili odwiedziłem "Visitor Centre" w SAAO, stanowiące centrum popularyzacji astronomii. Placówka jest wyposażona w urządzenia interaktywne, przedstawiające najistotniejsze zjawiska w astronomii. W ramach wycieczki po obserwatorium, turyści z całego świata mogą także zobaczyć Teleskop SALT oraz jego sterownię - niestety tylko z zewnątrz przez specjalną szybę, aby nie przeszkadzać w pracy astronomom.










       Wizyta w SAAO była dla mnie wspaniałą przygodą astronomiczną. Po raz pierwszy zobaczyłem obiekty nieba południowego. W pamięci zapadł mi szczególnie widok Antaresa prawie w zenicie tuż po zachodzie Słońca oraz Obłoki Magellana. W obserwatorium poznałem naukowców z całego świata. Szczególnie miło wspominam przyjaciół z Czech, którzy zapoznali mnie z najciekawszymi obiektami nieba południowego. Udzielili mi też wielu cennych rad przy moich zmaganiach z modelowaniem układu zaćmieniowego HH Boo. Mam nadzieję, że wkrótce uda mi się tam wrócić na kolejne obserwacje. Niedawno otrzymaliśmy informację z Narodowego Centrum Nauki, iż nasz grant na badanie podwójnych gwiazd centralnych mgławic planetarnych dostał 3 letnie finansowanie. To dobrze wróży naszym dalszym badaniom w SAAO.

Fotografie: Marcin Gładkowski, Marcin Hajduk, Stanisław Kozłowski, Miloslav Zejda
Opracowanie: Marcin Gładkowski

• Tranzyt Wenus 2012 razem z AstroVisioN - relacja
• Astronomiczna przygoda w Chile
• Styczniowe obserwacje
• Relacja z dnia otwartego w obserwatorium astronomicznym w Piwnicach
• Zlot Teleskopów na Rynku Głównym w Grudziądzu

Komentarze użytkowników

Napisz komentarz

Odpowiedz na pytanie zadane w sondzie.

Za co lubicie AVN? Wiadomości
Artykuły popularnonaukowe
TZMA
Grafikę serwisu
Pokazy nieba

Ostatnio pisaliście: