Strona główna/Aktualności/Dr Piotr Antoni Kołaczek-Szymański z Nagrodą Pr...

---

Dr Piotr Antoni Kołaczek-Szymański z Nagrodą Premiera

Dwaj naukowcy Uniwersytetu Wrocławskiego otrzymali tegoroczną nagrodę Prezesa Rady Ministrów. W kategorii za wyróżniającą się rozprawę doktorską laureatami zostali dr Piotr Antoni Kołaczek-Szymański z Instytutu Astronomicznego oraz dr Rafał Muda z Instytutu Psychologii.

O nagrodzonej pracy doktorskiej pn. Ekscentryczne zmienne elipsoidalne oraz ich oscylacje wzbudzane pływowo i o początkach swojej fascynacji astronomią opowiada nam dr Piotr Antoni Kołaczek-Szymański.

– Jestem ogromnie zaszczycony faktem przyznania mojej osobie Nagrody Prezesa Rady Ministrów RP, ponieważ wiem, że moja praca doktorska z pewnością konkurowała z arcyciekawymi realizacjami wielu innych projektów doktorskich. Przyznaną mi nagrodę odczytuję również jako szeroko pojęte docenienie badań astronomicznych na tle innych nauk empirycznych. – komentuje otrzymanie nagrody dr Kołaczek-Szymański. – Z wciąż młodej perspektywy lat coraz wyraźniej widzę, że astronomia oraz astrofizyka są wyjątkowymi naukami ścisłymi, łączącymi w sobie elegancki rygor matematycznych teorii z głębokimi filozoficznymi pytaniami, m.in o naturę całego Wszechświata, jego sens oraz nasze miejsce w nim. Pytaniami, które nie są wyłącznie „paliwem” akademickich dyskusji, ale od naszej osobistej odpowiedzi na nie zależy to, jak postrzegamy fenomen własnego życia, choć często nawet nie zdajemy sobie z tego sprawy. Już samą możliwość przebywania oraz współpracowania z tymi, którzy każdego dnia starają się rozszyfrowywać nieprzebrane tajemnice Kosmosu, poczytuję sobie za wielki przywilej.– dodaje naukowiec.

Astronom w bardzo sugestywny sposób zaczyna opowieść o efektach swojej pracy doktorskiej: – Jako Ziemianie mamy „bezpośredni” dostęp wyłącznie do jednej gwiazdy – Słońca. Wystarczy jednak krótkie spojrzenie na bezchmurne noce niebo (niekoniecznie na wrocławskim Rynku podczas pełni Księżyca), aby przekonać się, że nasza Dzienna Gwiazda należy do bardzo licznej rodziny gwiazd zawieszonych w „próżni” Wszechświata. Szacuje się, że w samej Drodze Mlecznej rezyduje ponad sto miliardów gwiazd. Ta liczba wywiera odpowiedniejsze wrażenie po zapisaniu w postaci ciągu zer z jedynką na przedzie – 100 000 000 000! W tej sytuacji wspomnienie istnienia setek miliardów galaktyk innych niż nasza Via Lactea z kolejnymi setkami miliardów gwiazd zaczyna przyprawiać o uporczywą migrenę, ponieważ liczby stają się doprawdy… astronomiczne.

Egzotyczne podwójne czarne dziury i ewolucja gwiazd

– Choć można podejrzewać, że istnieje tak samo wiele argumentów za przeciętnością Słońca na tle innych gwiazd, co za jego wyjątkowością wśród nich, bez wątpienia należy stwierdzić, że żywot oraz śmierć Słońca będą względnie spokojne (choć niekoniecznie dla trzeciej planety licząc od Słońca). Zupełnie inaczej ma się sprawa z tzw. gwiazdami masywnymi, tj. takimi, których początkowa masa jest większa niż około osiem mas Słońca. Ich ewolucja wiąże się z intensywnymi wiatrami gwiazdowymi, napędzanymi przez potężne ciśnienie promieniowania, zaś umierać przychodzi im w spektakularnej śmierci supernowej – prawdziwej „kosmicznej katastrofie”, jak trafnie określił to kiedyś John Craig Wheeler.– obrazowo wyjaśnia dr Kołaczek-Szymański. – Jest przynajmniej jeszcze jedna kluczowa różnica pomiędzy gwiazdami masywnymi, a mało masywnymi bliźniaczkami Słońca. Otóż te pierwsze niemal zawsze posiadają swojego gwiezdnego towarzysza, którym najczęściej jest również gwiazda masywna. Mówimy wówczas, że gwiazdy tworzą tzw. układ podwójny, w którym ewolucja jego składników staje się znacznie bardziej skomplikowana niż ewolucja samotnej gwiazdy, takiej jak Słońce. Problematyka podwójności gwiazd oraz jej fundamentalnego wpływu na nasze rozumienie budowy i ewolucji tych „kosmicznych reaktorów” wypłynęła na powierzchnię współczesnej astrofizyki z całą mocą, m.in. dzięki prężnie rozwijającej się astronomii fal grawitacyjnych oraz technice ich detekcji. Tak, to właśnie układy podwójne z masywnymi gwiazdami pozostawiają po sobie egzotyczne podwójne czarne dziury i podwójne gwiazdy neutronowe, których proces łączenia się jest źródłem fal grawitacyjnych penetrujących Ziemię. Zatem, żeby móc badać te ciasne układy ze zwartymi pozostałościami gwiezdnej ewolucji, trzeba wiedzieć jak najwięcej o ich wcześniejszej historii życia i wszelkich formach interakcji, jakie następują pomiędzy gwiazdami w układzie podwójnym. Właśnie w kontekście tej tematyki osadzona była moja rozprawa doktorska. – wyjaśnia nasz badacz.

„Gwiazdy bijące w rytmie serca”

Masywne układy podwójne dość często charakteryzują się silnie eliptycznymi orbitami, tj. o geometrii znacznie różnej od kołowej. Oznacza to, że gwiazdy w takim układzie okresowo oddalają się i zbliżają się do siebie. W momencie, kiedy przechodzą przez tzw. peryastron swojej orbity (jest to moment w ruchu orbitalnym, w którym gwiazdy znajdują się najbliżej siebie) dochodzi do deformacji obydwu gwiazd na skutek oddziaływań pływowych (tych samych, które zachodzą np. między Ziemią i Księżycem). W połączeniu ze wzajemnym oświetleniem się gwiazd oraz tzw. wzmocnieniem dopplerowskim dochodzi do pojawienia się charakterystycznego „pulsu” światła, który możemy zarejestrować na Ziemi z odległości setek lub nawet tysięcy parseków. Właśnie ze względu na wyjątkowy kształt krzywej blasku tych układów podwójnych określane są one czasem jako tzw. heartbeat stars („gwiazdy bijące w rytmie serca”) lub poprawniej jako ekscentryczne zmienne elipsoidalne.

Układy podwójne gwiazd jak dzieci na huśtawce

– W wyniku okresowo zmieniającej się siły pływowej dochodzi do jeszcze jednego bardzo interesującego zjawiska – do pojawienia się tzw. oscylacji wzbudzanych pływowo. Chociaż nazewnictwo zdaje się wskazywać w tej sytuacji na niebywale skomplikowany proces, wbrew pozorom można przybliżyć je w oparciu o następującą analogię z życia codziennego.– wyjaśnia dr Kołaczek-Szymański. – Każdego dnia wrocławskie place zabaw zapełniają się gromadami dzieci. Część z nich na pewno upodoba sobie zabawę na huśtawce, podczas której jedno z dzieci będzie starało się „rozbujać” swojego towarzysza zabaw. Problem w tym, że aby kogoś rozhuśtać, trzeba się napracować i zmęczyć. Każdy entuzjasta huśtawki wie również, że huśtanie się nie trwa wiecznie ze względu na opory ruchu, jak fachowo powiedziałby fizyk. Prędzej czy później, osoba odpowiedzialna za podtrzymywanie ruchu huśtawki zmęczy się na tyle, że odmówi dalszej współpracy, ku niezadowoleniu amatora tych powietrznych akrobacji. Zupełnie analogicznie ma się sprawa z gwiazdami w układzie podwójnym. Podobnie jak jedno z dzieci okresowo popycha osobę na huśtawce, jedna z gwiazd może wyprowadzić tą drugą ze stanu równowagi za pomocą swoich oddziaływań pływowych i zmusić ją do okresowego pulsowania. Podtrzymywanie tych pulsacji jednak kosztuje, podobnie jak podtrzymywanie huśtania się wymaga wysiłku fizycznego, a jedyną walutą, którą może „obracać” układ podwójny, jest jego potencjalna energia grawitacyjna oraz całkowity moment pędu. Gwiazdy konwertują te ostatnie na energię termiczną oraz kinetyczną związaną z pulsacjami wzbudzanymi pływowo. Wskutek tej transakcji orbita staje się coraz bardziej kołowa i zacieśnia się – obie gwiazdy mogą szybko zbliżyć się do siebie. Wracamy tu do problemu „dezercji” osoby podtrzymującej ruch huśtawki. Jaki jest zatem odpowiednik „osłabnięcia” huśtającego w realiach gwiazdowych? Okazuje się, że układ podwójny może „zmarnować” tak dużo swojej energii potencjalnej oraz momentu pędu, że obie gwiazdy zbliżą się niebezpiecznie blisko do siebie i nie są już w stanie kontynuować stabilnego ruchu orbitalnego wokół wspólnego środka masy. Dochodzi wówczas do jednego z najbardziej fascynujących zjawisk we Wszechświecie – do połączenia się dwóch gwiazd w jedną o nowych wyjątkowych właściwościach. Oscylacje wzbudzane pływowo są zatem unikatowym rodzajem pulsacji gwiazdowych, ponieważ aktywnie kształtują ewolucję układów podwójnych, a czasem mogą nawet przesądzić o ich ostatecznym losie. Poszukiwanie ich obserwacyjnych przykładów oraz ich późniejsza szczegółowa analiza są nieodzowne, aby udoskonalić dotychczasowe modele oddziaływań pływowych w układach podwójnych i wielokrotnych gwiazd.

Dzięki realizacji projektu doktorskiego udało się odkryć łącznie niemal 1000 nowych układów podwójnych typu heartbeat w Drodze Mlecznej oraz Obłokach Magellana, które są galaktykami satelitarnymi tej pierwszej. Niewątpliwym novum jest również detekcja łącznie ponad 150 modów oscylacji wzbudzanych pływowo we wspomnianych układach. Zdefiniowana w ten sposób próba obserwacyjna wraz z efektami symulacji teoretycznych stanowi znaczny wkład w rozwój współczesnej wiedzy o oddziaływaniach pływowych w ekscentrycznych układach podwójnych.

Pierwsze lekcje z astronomii wcześniej niż nauka czytania i pisania

U dra Piotra Antoniego Kołaczka-Szymańskiego fascynacja astronomią zaczęła się w wieku 4 lat: – Zakradałem się wówczas do biblioteczki moich rodziców, aby wydobyć stamtąd opasły tom „Astronomii Ogólnej” autorstwa prof. Eugeniusza Rybki (notabene słynnego polskiego astronoma, który przez pewien czas był dyrektorem Obserwatorium Astronomicznego UWr). Mój Tata zachował tę księgę po swoim dawnym kursie astronawigacji morskiej. – opowiada astronom – Chociaż nie umiałem ani czytać ani pisać, zawarte tam rysunki skutecznie pobudzały moją wyobraźnię, urzekając swoją tajemniczością oraz obietnicą dotknięcia spraw najgłębszych. Jeden z tych rysunków, tj. schemat Układu Słonecznego, kopiowałem za pomocą kredek wielokrotnie z maniakalną wręcz wytrwałością. To były moje pierwsze lekcje z astronomii…– wspomina z nostalgią.

– Po przeżyciu ogólnego zauroczenia pięknem nauk przyrodniczych, w ostatniej klasie gimnazjum dojrzała we mnie decyzja o zostaniu astronomem, która potem w liceum została solidnie ugruntowana przez moje kilkukrotne uczestnictwo w Ogólnopolskiej Olimpiadzie Astronomicznej. W międzyczasie coraz bardziej oddawałem się astrofotografii, dzięki której „na własnej skórze” nauczyłem się wielu zagadnień z dziedziny astrofizyki obserwacyjnej. W tym klimacie podjęcie studiów astronomicznych okazało się wyłącznie formalnością, a mój wybór, z kilku względów, padł na Instytut Astronomiczny UWr. – dodaje naukowiec. Tytuły licencjata oraz magistra astronomii dr Kołaczek-Szymański zdobył na podstawie prac dyplomowych poświęconych tematyce obserwacyjnej astrofizyki gwiazdowej. Podczas studiów magisterskich miał również przyjemność pracować jako stypendysta w grancie NCN OPUS pt. „Asterosejsmologia gwiazd gorących w dobie obserwacji satelitarnych i fotometrii masowej”, którego kierownikiem był prof. Andrzej Pigulski (IA UWr). – Była to doskonała okazja, która pozwoliła mi zdobyć pierwsze poważne szlify w tematyce analizy fotometrycznych danych satelitarnych oraz fourierowskiej analizy szeregów czasowych. Zaraz po zakończeniu studiów magisterskich postanowiłem kontynuować rozwój swoich zainteresowań poprzez podjęcie studiów doktoranckich na mojej Alma Mater, pod opieką prof. Andrzeja Pigulskiego. Zacząłem wówczas aktywnie wnioskować o czas obserwacyjny we wiodących obserwatoriach astronomicznych oraz współpracować z astrofizykami z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Z kolei w ramach współpracy z grupą astrofizyków Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie miałem przyjemność prowadzić obserwacje astronomiczne dla projektu Araucaria w Polskim Obserwatorium Astronomicznym na wzgórzu Cerro Armazones w Chile. – dodaje. Oprócz doświadczenia naukowego doktorat na UWr umożliwił astronomowi zdobycie cennego doświadczenia dydaktycznego – prowadził wiele ćwiczeń i laboratoriów towarzyszących kursom astronomicznym i matematycznym. W ramach obranego projektu doktorskiego realizował także swój pierwszy autorski grant NCN PRELUDIUM pt. „Analiza obserwacyjna oraz modelowanie teoretyczne efektów pływowych w ekscentrycznych układach podwójnych z masywnymi składnikami” w roli kierownika. – Szczególnie ta ostatnia rzecz pozwoliła mi znacznie „dojrzeć” naukowo, ponieważ byłem w pełni odpowiedzialny za realizację celów badawczych, umiejętne zarządzanie swoim czasem, a dzięki przyznanym środkom finansowym mogłem uczestniczyć i prezentować wyniki swoich badań w wielu konferencjach i warsztatach międzynarodowych poza granicami Polski, w tym również poza granicami Europy. – wyjaśnia nasz naukowiec

Obecnie jest adiunktem IA UWr i przebywa na stażu podoktorskim w belgijskim Université de Liège, gdzie z grupą tutejszych ekspertów w dziedzinie masywnych układów podwójnych oraz ich emisji rentgenowskiej kontynuuje badania rozpoczęte w moim doktoracie. Równolegle, podtrzymuje aktywną współpracę naukową z wrocławskimi astrofizykami w ramach grantu NCN OPUS pt. „Podwójność jako klucz do zrozumienia pochodzenia niebieskich gwiazd pulsujących o dużych amplitudach (BLAP-ów)”. Ma również zaszczyt być członkiem Polskiego Towarzystwa Astronomicznego.

Pełne teksty artykułów naukowych, które złożyły się na pracę doktorską dra Piotra Antoniego Kołaczka-Szymańskiego zostały opublikowane w następujących anglojęzycznych czasopismach o zasięgu światowym: Astronomy&Astrophysics, The Astrophysical Journal oraz The Astrophysical Journal Supplement Series i są dostępne w tzw. otwartym dostępie pod następującymi adresami:

O nagrodzie

Prezes Rady Ministrów przyznaje  Nagrodę Prezesa Rady Ministrów co roku, w uznaniu wkładu w rozwój polskiej nauki. Nagroda przyznawana jest w trzech kategoriach za:

• wyróżniającą się rozprawą doktorską,
• wysoko zaawansowane badania naukowe, które spełniają stopień doktora habilitowanego,
• istotne w zakresie działalności naukowej, w tym twórczości artystycznej, lub działalności wdrożeniowej.

Premier może przyznać w danym roku nie więcej niż 45 nagród, w tym maksymalnie 25 za rozprawy doktorskie, dziesięć za wysoko ocenione osiągnięcia będące podstawą nadania stopnia doktora habilitowanego i tyle samo za osiągnięcia w zakresie działalności naukowej, w tym twórczości artystycznej lub działalności wdrożeniowej. W roku 2024 Prezes Rady Ministrów wyróżnił 43 osoby.

Tekst: dr Piotr Antoni Kołaczek-Szymański
Data publikacji: 25.11.2024 r.
Dodane przez: E.K.