PAN informacje

– Bardzo chciałbym, byśmy odkryli na innych planetach życie w jakiejkolwiek formie – mówi Naukaonline.pl prof. dr hab. Grzegorz Pietrzyński z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk, który otrzymał właśnie grant ERC na projekt „A sub-percent distant scale from binaries and Cepheids”.

Anna Kilian: Grant w kategorii Advanced otrzymują naukowcy z dużym dorobkiem i ugruntowaną, międzynarodową pozycją. Czy te trudniej go zdobyć, niż na przykład Starting Grants?
Grzegorz Pietrzyński: Nie znam odpowiedzi na to pytanie. To jakby zapytać, czy trudniej uzyskać stopień magistra, czy tytuł profesora. Jedno jest pewne – Polacy zdobywają bardzo mało grantów ERC – w kategorii Advanced Polacy dostali tylko cztery, zaś grantów w kategorii Starting – szesnaście. Warto zaznaczyć, że wszystkie cztery granty Advanced przyznane były z fizyki, w tym dwa z astronomii.

Trudniej dostać grant ERC, czy Narodowego Centrum Nauki?
Wydaje mi się, że trudniej dostać grant ERC, jest on poza tym bardziej prestiżowy. Konkurencja jest międzynarodowa i bardzo silna, aplikują również naukowcy spoza Europy, z całego świata.

Spodziewał się pan, że otrzyma Advanced w tym rozdaniu?
Przez wiele lat bardzo ciężko pracowaliśmy, by przygotować się do tej aplikacji. Muszę tu wspomnieć szczodrą pomoc Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, które wcześniej przyznało nam grant „IDEAS PLUS”. Pozwolił się on nam przygotować do aplikowania o ERC. Starając się o grant Advanced trzeba pokazać, że jest się bardzo dobrze przygotowanym i że szanse zrealizowania proponowanego projektu są duże. My wykazaliśmy, że nasze metody działają, zaprezentowaliśmy pierwsze wyniki. To był silny argument za przyznaniem nam grantu. W uzasadnieniu, jakie otrzymałem z ERC były wyszczególnione dwie zalety naszego projektu. Pierwsza to duże oddziaływanie na różne dziedziny astrofizyki a nawet fizyki a druga – doskonałe przygotowanie projektu. Zostało podkreślone, że wszystkie narzędzia zostały znakomicie sprawdzone. Składając wniosek mieliśmy już pierwsze wyniki rocznych badań.

Czy pana zespół jest polski, czy międzynarodowy?
Badania, które zaproponowaliśmy w ramach projektu ERC są kontynuacją projektu międzynarodowego zatytułowanego „Araucaria”. Jestem jego kierownikiem. Realizujemy go od ponad piętnastu lat. Biorą w nim udział astronomowie z Polski, Francji, Niemiec, Włoch, z wielu różnych krajów. Natomiast trzon tej grupy stanowią Polacy. Tutaj z kolei dzięki finansowaniu zapewnionemu przez Fundację na Rzecz Nauki Polskiej a potem Narodowe Centrum Nauki uzyskaliśmy dwa granty na stworzenie grupy naukowej – zespołu zajmującego się mierzeniem odległości w Kosmosie, który wykonuje większość zadań związanych z projektem “Araucaria”.

Celem projektu wspartego grantem ERC jest wyznaczenie parametru Hubble'a , określającego tempo ekspansji Wszechświata. Jak to zrobić, gdy Wszechświat rozszerza się z coraz większą prędkością?
Astronomowie mierzą parametr Hubble'a od wielu lat, stosując różne techniki. My użyjemy tzw. klasycznej metody. Mówiąc obrazowo, wiąże się ona z konstrukcją tzw. drabiny odległości. Stosuje się kilka metod, za pomocą jednych kalibrujemy drugie i w ten sposób mierzymy odległości odnoszące się do coraz dalszych obiektów. Natomiast jeśli chodzi o parametr Hubble'a – w 2011 roku dokonano bardzo słynnego odkrycia przyspieszonej ekspansji Wszechświata. Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Wartość parametru Hubble'a się zmienia. My wykonujemy pomiar w danym czasie. Chcemy go wyznaczyć w chwili obecnej, dowiedzieć się, jaka jest teraz wartość parametru Hubble'a. Natomiast pozostałe metody pozwalają zmierzyć jego wartość w innych przedziałach czasowych. To bardzo interesujące. Na przykład na podstawie analizy oscylacji barionowych możemy wyznaczyć, jaka była wartość parametru Hubble'a dawno temu – na horyzoncie akustycznym, mówiąc naukowym slangiem. Wiedząc to poznajemy, jak Wszechświat ewoluował. Pomaga nam w tym nasza znajomość fizyki. Możemy bardzo dokładnie przetestować jej prawa, porównując wartości parametru Hubble'a w różnym czasie.

Wyznaczenie parametru to żmudne pomiary odległości. Co może tutaj zaskoczyć astronoma?
Tutaj można zostać zaskoczonym wiele razy. Choćby odkrywcy przyspieszenia ekspansji Wszechświata nie spodziewali się, że coś takiego uda im się zmierzyć. W astronomii często spotykamy się z zaskakującymi odkryciami, które zupełnie zmieniają nasz pogląd na naturę Wszechświata. W przypadku jego przyspieszonej ekspansji trzeba wytłumaczyć, dlaczego tak się dzieje. Tego do dzisiaj nie możemy zrozumieć. Zapostulowano istnienie ciemnej energii, stanowiącej około siedemdziesiąt pięć procent Wszechświata, ale zupełnie nie rozumiemy jej natury. Trzeba to wytłumaczyć. A żeby wytłumaczyć przyspieszoną ekspansję, potrzebujemy takiego enigmatycznego tworu, jak ciemna energia.

Pierwszy szczebel w budowaniu tzw. kosmicznej drabiny odległości, o której pan wspomniał, to kalibracja odległości do pobliskich galaktyk. A ostatni?
By wyznaczyć wartość parametru Hubble'a, trzeba zmierzyć odległości do bardzo oddalonych obiektów. Parametr Hubble'a to współczynnik proporcjonalności pomiędzy odległością i prędkością oddalania się danego obiektu. Prawo Hubble'a odkryte w latach dwudziestych ubiegłego wieku mówi o tym, że im dalej obiekt znajduje się w Kosmosie, tym szybciej się od nas oddala. I właśnie ten współczynnik proporcjonalności to parametr Hubble'a. By go wyznaczyć, musimy pomierzyć odległości do obiektów kosmicznych oraz prędkości oddalania się. Te ostatnie bardzo łatwo pomierzyć – wyznaczyć z widma tzw. prędkość radialną, czyli składową prędkość w kierunku do obserwatora. Dużo gorzej jest z odległością. Nie możemy bezpośrednio pomierzyć odległości do bardzo oddalonych galaktyk. Nie mamy też metody pozwalającej na mierzenie odległości w każdych możliwych skalach. Innych metod używamy do pomiaru odległości do pobliskich galaktyk a innych – do bardzo oddalonych obiektów, znajdujących się w zakamarkach Wszechświata. Teraz astronomowie zaczynają od lokalnych odległości, mierzą odległości do pobliskich obiektów. Następnie, znając odległości do pobliskich gwiazd, szukają pośród nich obiektów mających mniej więcej stałą jasność. Potem kolejno tworzy się metody pomiaru odległości, pozwalające sięgać coraz dalej. I tak, krok po kroku, szczebel po szczeblu, mozolnie konstruuje się kosmiczną piramidę odległości. Po ponad stu latach żmudnych badań okazało się, że można wykonać taką drabinę w bardzo prosty sposób, używając trzech kroków. Tak właśnie będziemy postępować w naszym projekcie. W pierwszym kroku mierzymy odległości do pobliskich galaktyk. Robimy to za pomocą dwóch bardzo dokładnych, geometrycznych metod – do tej pory udało nam się uzyskać dokładność rzędu dwóch procent. Po zmierzeniu odległości do pobliskich galaktyk, obserwujemy w nich Cefeidy – gwiazdy pulsujące będące doskonałymi wskaźnikami odległości. Po zmierzeniu odległości do galaktyk zawierających dużo Cefeid możemy powiedzieć, ile emitują energii i już mamy kolejną “linijkę” do pomiaru odległości. Dzięki Cefeidom sięgamy do bardzo oddalonych galaktyk, gdzie obserwowane były wybuchy supernowych. Supernowe typu Ia są doskonałymi wskaźnikami odległości, pozwalającymi je mierzyć do zakątków Wszechświata a także zmierzyć parametr Hubble'a. Ale zanim użyjemy supernowych do pomiaru odległości, musimy znać ich energię. I do tego służą nam Cefeidy. Podsumowując, mamy trzy kroki: sięgamy do pobliskich galaktyk, wyznaczamy jasność Cefeid – inaczej: kalibrujemy jasność Cefeid, “robiąc” z nich standardowe żarówki (wiemy, że im słabiej “świecą”, tym są bardziej oddalone) – a następnie za pomocą Cefeid kalibrujemy supernowe. W ten sposób mamy już skalibrowaną całą naszą kosmiczną skalę odległości. Sama idea jest więc bardzo prosta.

Czy obecny projekt różni się metodologicznie od pana dotychczasowych badań, jak np. określenia odległości do Wielkiego Obłoku Magellana?
Obecny projekt jest kontynuacją poprzedniego. W ramach projektu ERC będziemy kontynuować tamte badania i znacząco je rozszerzać. Udowodniliśmy bowiem, że metoda, którą wyjaśniłem, działa. Zmierzenie odległości do Wielkiego Obłoku Magellana było bardzo ważne, bowiem pozwoliło zbudować pierwszy szczebel drabiny, inaczej – podstawę piramidy skali odległości. Zrobiliśmy to z dokładnością do około dwóch procent. Chcielibyśmy ją poprawić. Staramy się to zrobić na różne sposoby. Chcielibyśmy uzyskać dokładność poniżej jednego procenta.

Za dwa lata zostanie wystrzelony Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Będzie badał m.in. Janssena (55 Cancri e). Z jakich teleskopów pan korzystał do tej pory?
W ramach naszego projektu używamy całego zakresu teleskopów, jest ich około trzydzieści. Prowadzimy bardzo dokładne badania, by jak najlepiej pomierzyć odległości do pobliskich galaktyk. Jeśli wyznaczamy błąd pomiaru parametru Hubble'a, to zdominowany jest on obecnie błędem wyznaczania odległości do pobliskich galaktyk. Wydaje się to zaskakujące, ale to właśnie stanowi najtrudniejszy etap badań. W przypadku pobliskich galaktyk możemy dużo dokładniej kontrolować wszelkie błędy związane z tym pomiarem. Dokładność wyznaczenia parametru Hubble'a wynosi obecnie trzy procent. To optymistyczna wersja. Błąd związany z pomiarami za pomocą supernowych wynosi tylko pół procent. Jak widać więc, te dwa procent to pomiar do pobliskich galaktyk i kalibracja Cefeid. To jest główne źródło niepewności, które w ramach naszego projektu staramy się poprawić.

Jakich odkryć spodziewa się pan po teleskopie Webba?
Odkrycia astronomiczne są bardzo często zaskakujące. Wspomniała pani planetę w układzie pozasłonecznym. Większość odkryć związanych z takimi układami była całkowicie zaskakująca. Pierwsze planety pozasłoneczne, odkryte przez profesora Wolszczana, były planetami znajdującymi się wokół pulsara – zgliszcz gwiazdy po wybuchu supernowej. Profesor nie spodziewał się tam znaleźć żadnych planet. Potem Michel Mayor (szwajcarski astronom – przyp. red.) wraz z zespołem odkrył pozasłoneczną planetę 51 Pegasi b, okrążającą gwiazdę 51 Pegasi. Okazało się, że przypomina ona naszego Jowisza i znajduje się tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, jak Merkury Słońca. Takich planet do tamtej chwili nie znaliśmy. Przykłady można mnożyć. Za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zapewne będzie można dokonać nowych odkryć i uaktualnić wiele znanych już teorii.

W galaktyce odległej o dwieście milionów lat świetlnych odkryto niedawno olbrzymią czarną dziurę o masie siedemnastu miliardów słońc. Czy to rzuca jakieś nowe światło na budowę Wszechświata?
Trzeba jeszcze bardzo wielu odkryć, by pojąć naturę Wszechświata. W centrach galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury. W astrofizyce trzeba zrozumieć wszystkie elementy „układanki”, dopiero wtedy Wszechświat przestanie być dla nas zagadką. To bardzo trudne zadanie.

Jak topnienie lodu na biegunach i w Grenlandii wpływa na stabilność obracającej się Ziemi? Niezaprzeczalnie człowiek oddziałuje na zmiany klimatu a te na ruch obrotowy Ziemi...
Tu nie jestem ekspertem, ale rzeczywiście – zmiany klimatyczne niosą ze sobą wiele konsekwencji. Dla nas astronomów największa z nich związana jest ze zjawiskiem pogodowym El Niño, który okresowo zmienia pogodę na Ziemi. Ten rok jest z jego powodu wyjątkowo trudny – jeśli chodzi o obserwacje astronomiczne – ponieważ mamy bardzo złą pogodę w północnym Chile, gdzie zlokalizowane są teleskopy.

Celem misji Keplera jest poszukiwanie planet zbliżonych do Ziemi. Jakie jest prawdopodobieństwo ich znalezienia?
Już kilka “kopii” Ziemi zostało znalezionych przez Keplera. Misja, która odniosła spektakularny sukces, wciąż trwa, ale obecnie dokładność pomiarów jest znacząco mniejsza. Dzięki misji Keplera odkryto ponad trzy tysiące różnych planet. Z pewnością planety bardzo podobne do Ziemi istnieją. Bariera w ich odkryciu jest jedynie techniczna. Narzędzia, którymi dysponują astronomowie do poszukiwania planet są jeszcze bardzo nieczułe. Dopiero zaczynamy je badać. Szczegónie duże nadzieje wiązane są z nowym spektrografem ESPRESSO, który ma być zainstalowany na teleskopach ESO w Obserwatorium Paranal. Dzięki temu instrumentowi będziemy mogli bardzo dokładnie mierzyć prędkości gwiazd. Obecność planety wokół gwiazdy powoduje subtelne zmiany w ich ruchu, tak jak nasza Ziemia powoduje drobne zmiany prędkości Słońca. Dokładność ESPRESSO pozwoli po raz pierwszy mierzyć tak subtelne zmiany. Już niedługo będziemy mogli odkrywać planety o coraz to mniejszych masach, które z pewnością będą bardzo podobne do Ziemi.

Stanisław Lem podobno bardzo się kiedyś zasmucił, że możemy nigdy nie znaleźć życia w Kosmosie i istot podobnych do nas. Czy pan też liczy na to, że ktoś się z nami jednak skontaktuje?
Bardzo chciałbym, byśmy odkryli na innych planetach życie w jakiejkolwiek formie. Jest taki żart, który powtarzają astronomowie – jeśli życie pozaziemskie istnieje, to wspaniale a jeśli nie, to również wspaniale, bo obydwa stwierdzenia są fascynujące.

Z prof. dr. hab. Grzegorzem Pietrzyńskim
rozmawiała Anna Kilian