English
Jubilejní rok AV ČR, který je zároveň prvním rokem zavádění „Strategie AV21“ do praxe mezinárodní spolupráce, nabádá nejen k ohlédnutí za prací vykonanou v minulosti, ale především ke zhodnocení současné kooperace se zahraničními partnery. O součinnosti s polskými kolegy jsme již informovali – naposledy prostřednictvím vzpomínek pamětníků v AB 12/2013. Tentokrát představujeme dlouholetou spolupráci Muzea a ústavu zoologie Polské akademie věd ve Varšavě a Ústavu půdní biologie BC AV ČR, kterou uvede dr. Karel Tajovský. Spolupráci Astronomického centra Mikuláše Koperníka ve Varšavě a Astronomického ústavu AV ČR popíše jeho ředitel prof. Václav Karas
Spolupráce českých a polských půdních zoologů
Počátky spolupráce Ústavu půdní biologie BC AV ČR (ÚPB) s Muzeem a ústavem zoologie Polské akademie věd (Muzeum i Institut Zoologii PAN; MiIZ) se sídlem ve Varšavě sahají do sedmdesátých let 20. století, tedy ještě před vznik samostatného Ústavu půdní biologie. Již v době, kdy zdejší půdní zoologové působili v Laboratoři půdní biologie Ústavu krajinné ekologie ČSAV, vyhledával tehdejší vedoucí prof. Josef Rusek perspektivní kontakty a potenciální zahraniční pracoviště zaměřená na obdobná či společná výzkumná témata a postupně budoval první základy spolupráce. Jedním z takových pracovišť bylo právě MiIZ ve Varšavě. Profesní zastoupení a specializace na jednotlivé skupiny půdní fauny se na obou pracovištích překrývaly jen málo, naopak již první spolupráce znamenala vedle zaškolování nových mladých pracovníků také vzájemné doplňování výzkumů prostřednictvím zapojení specialistů z partnerského pracoviště. Tímto způsobem se řešila některá dílčí témata týkající se urbánní půdní ekologie, kdy naši pracovníci studovali například půdní prvoky či žížaly v intravilánu Varšavy, v regionu Bory Tucholskie, Pusta Białowieska apod.
Všechna fota: Archiv ÚPB BC AV ČR
Unikátní ekosystémy horských olšin v Babiogórskem národním parku se specifickou půdní faunou. Národní park Babí hora byl založen v r. 1954 a od r. 1976 patří mezi biosférické rezervace UNESCO Člověk a biosféra.
Spolupráce se postupně profilovala do konkrétnějších témat. Jeden z prvních projektů představovalo studium mokřadních ekosystémů v severovýchodní části Polska (Biebrzański Park Narodowy, Narwiański Park Narodowy, mokřady v okolí Białowieskego Parku Narodowego); uskutečnil se jako součást prvního společného projektu Impact of human activities on soil fauna (2000–2002). Většina výjezdů českých pracovníků byla spojena se společnými odběry půdních vzorků a sběry dat pro další zpracovávání v laboratoři. Polské kolegyně (dr. M. Sterzyńska a dr. J. Wytwer) recipročně na pracovišti ÚPB zpracovávaly společné zoologické materiály, podílely se na ekologických i taxonomických studiích věnovaných vybraným tématům půdní zoologie a ekologie či vybraným skupinám půdní fauny a účastnily se konferencí, které pořádalo českobudějovické pracoviště přímo v Budějovicích (Central European Workshop on Soil Zoology).
Maria Sterzynska a Jolanta Wytwer v terénu
Navazující témata bilaterální spolupráce od roku 2003 (Diversity of soil fauna in unique habitats of Poland and the Czech Republic, Comparative studies on the biodiversity of soil fauna in Poland and the Czech Republic a Biodiversity patterns of soil fauna in Outer Carpathians) se soustředila na společné studium cenóz půdních bezobratlých živočichů (chvostoskoků, půdních roztočů – pancířníků, stonožek, mnohonožek, suchozemských stejnonožců a žížal) v unikátních ekosystémech vnějších flyšových Karpat v Polsku (Bieszczadski Park Naro-dowy, Babiogórski Park Narodowy).
Postupně tak obě pracoviště shromáždila obsáhlý soubor studijních materiálů, z něhož vzniklo již několik dílčích studií, popřípadě jsou tyto soubory dat předmětem vyhodnocování. Další výstupy z česko-polských aktivit představují například expertní studie pro účely ochrany přírody v Bieszczadském národním parku, konzultace s pracovníky ochrany přírody v Babiogórském národním parku (ochrana a management horských olšin), které se staly východiskem pro výzkumný projekt koordinovaný polskými kolegyněmi a uskutečněný s finanční podporou polské grantové agentury (Elastyczność fauny glebowej wobec zakłóceń w bagiennej olszynie górskiej). Do jeho řešení se zapojili i pracovníci ÚPB.
Odběry půdních vzorků v horských olšinách (Babigórski Park Narodowy)
Terénní práce jsme v posledních letech řešili formou dělených pobytů do jarního a podzimního období s cílem využít pro odběr vzorků půdní fauny roční optima výskytu většiny zástupců půdních bezobratlých. Často náročné terénní práce připravené pracovníky ÚPB skvěle doplňovala logistika akcí, kterou zajistily kolegyně z MiIZ. Vedle rozpracovaných témat, především zpracovávání obsáhlých souborů dat o sledovaných skupinách půdních bezobratlých živočichů, připravují obě partnerské strany další pokračování spolupráce se zaměřením na aktuální témata výzkumu přírodních biotopů v Polsku.
Záhadné nitro Mléčné dráhy
Studiu jader galaxií se během uplynulých dvou let věnoval společný česko-polský akademický projekt, jehož hlavním řešitelem za českou stranu byl astrofyzik prof. Vladimír Karas z Astronomického ústavu AV ČR. Za Polskou akademii věd koordinovala spolupráci prof. Bożena Czerny z Astronomického centra Mikuláše Koperníka ve Varšavě. Se spolupracovníky se soustředili na oblast kolem středu Galaxie, jež patří na obloze mezi nejzajímavější. Studovali proces akrece hmoty v extrémních podmínkách, jaké panují v jádru Mléčné dráhy.
Všechna fota: Zdroj: Evropská Jižní Observatoř a NASA
Panorama Mléčné dráhy se čtveřicí obřích dalekohledů VLT. Patrný je také vycházející Měsíc, pás rozptýleného zvířetníkového světla a obě Magellanova mračna.
Hvězdy nejsou v kosmickém prostoru rozloženy rovnoměrně. Během vývoje vesmíru se shlukly do galaxií – eliptických nebo diskovitých soustav více či méně pravidelných tvarů. Uprostřed těchto hvězdných ostrovů se zpravidla ukrývá velmi hmotný a neobyčejně kompaktní objekt – černá díra. Jak název napovídá, černá díra nevydává světlo, které bychom mohli zaznamenat pomocí astronomických dalekohledů. Enormní gravitační přitažlivostí však černé díry ovlivňují blízké okolí a jejich působení má také dopad na vlastnosti celé centrální oblasti galaxií. Strhávají a zachycují okolní plyn, jenž se zahřívá a intenzivně září, čímž umožňuje zkoumat fyzikální podmínky panující v jádrech galaxií v bezprostředním okolí černých děr. Nepřímo se tak dozvídáme informace o samotných černých dírách.
Střed Mléčné dráhy se z astronomického hlediska nachází relativně blízko, což pochopitelně usnadňuje jeho průzkum. Je nám ovšem skryt za množstvím mezihvězdné látky, která zcela znemožňuje pohled do středu ve viditelném světle. Tuto oblast lze zkoumat jen na přesně vymezených vlnových délkách, kde není signál výrazně utlumen: v infračerveném světle, na milimetrových radiových vlnách a ve vysokoenergetickém záření (rentgenové paprsky).
Naopak při pohledu mimo rovinu Galaxie, vně Mléčné dráhy, spatřují astronomové mnoho cizích galaxií ve všech směrech až do nejvzdálenějších hlubin vesmíru. Pomocí elektromagnetického záření lze ovšem zaznamenat pouze zářící látku (především hvězdy a zahřátý plyn), což ovšem nijak nedokazuje, že by další, nezářící látka nemohla být v galaxiích přítomna třeba i ve značném množství. Právě naopak: ukazuje se, že temná hmota má důležitý dynamický vliv i na vývoj galaxií, ať už by byla složena z „obvyklé“ formy látky nebo z částic dosud neznámé povahy. V galaxiích jsou přítomny také již zmíněné mohutné černé díry, které rovněž nelze spatřit ani vyfotografovat.
Hvězdy naší vlastní galaxie vytvářejí na noční obloze pás Mléčné dráhy – náš hvězdný ostrov pozorovaný zevnitř. Jde o spirální galaxii čítající asi sto miliard sluncí. Pohyb jednotlivých hvězd je určen především jejich interakcí s ostatními hvězdami, přičemž gravitace hraje určující roli a determinuje vývoj hvězdných soustav. Kromě náhodných pohybů nejrůznějšími směry a rychlostmi převládá celkový oběh kolem dynamického středu Galaxie. Avšak kde přesně se tento středobod nachází, nebylo po dlouhou dobu snadné zjistit. Astronomové již v padesátých letech minulého století tušili, že střed Galaxie leží kdesi v souhvězdí Střelce, a v polovině sedmdesátých let se jej podařilo ztotožnit s intenzivním zdrojem radiového záření nazvaným Sagittarius A. Záhy se ukázalo, že struktura této oblasti je velmi složitá a dějí se v ní neobyčejně bouřlivé procesy.
Sagittarius A v sobě ukrývá kompaktní zdroj vydávající netermální záření. Jeden z objevitelů, britský astronom Robert Brown, navrhnul pro tento objekt samostatné označení hvězdičkou – zkráceně Sgr A* – aby se zdůraznila jeho zvláštní povaha a neobvykle malé rozměry. Další britští astronomové, Martin Rees a Donald Lynden-Bell, upozornili na pozoruhodnou podobnost mezi jádry kvasarů (vysoce aktivních galaxií) a jádrem naší Galaxie, která ovšem oproti kvasarům vykazuje neporovnatelně nižší aktivitu. Oba vědci tím položili teoretický rámec pro hledání velmi hmotné černé díry ve středu Galaxie a současně navrhli observační testy, které by mohly její přítomnost dosvědčit.
Vzdálenost ke středu Galaxie činí asi 26 tisíc světelných let. Přestože jde pro naši pozemskou zkušenost o nepředstavitelně velkou vzdálenost, soudobé přesné astrometrické metody umožňují zaznamenat a změřit vlastní pohyby hvězd v bezprostředním okolí jádra. Tyto pohyby hvězd jsou patrné na časových škálách pouhých několika let nebo desetiletí a v tomto smyslu také znamenají konec pojmu „stálice“ v kontextu neměnných hvězdných pozic. Pohyby v jádru Galaxie lze pochopitelně měřit jen kvůli tomu, že v něm hvězdy obíhají nesmírně velkými rychlostmi v řádu až tisíců kilometrů za sekundu. Ve větších vzdálenostech od středu jsou rychlosti pohybu zpravidla menší. Precizní znalost vlastních pohybů hvězd umožnila určit hmotnost centrálního tělesa, kolem něhož po Keplerových elipsách hvězdy obíhají: činí přibližně tři miliony slunečních hmotností.
Při této hmotnosti představuje předpokládaný rozměr černé díry (tzv. gravitační poloměr) sotva 15 milionů kilometrů, což je jen o málo víc než desetinásobek poloměru Slunce. Pokud by se v blízkosti takto kompaktního tělesa nacházel dostatek plynu, jak bývá v galaktických jádrech obvyklé, byl by silnou gravitací přitahován a během pádu do jádra by se zahříval a následně zářil.
Ve vzdálenosti jednoho světelného roku od středu Galaxie se nachází několik stovek hvězd, které tam jsou nahloučené v nesmírně husté hvězdokupě obklopující Sgr A*. Jedna z těchto hvězd označovaná jako S2 se v dokonalém souhlase s Keplerovými zákony pohybuje po eliptické dráze, přičemž jeden oběh trvá pouhých 15 roků. Dráha této hvězdy je velmi výstředná: má excentricitu rovnu 0,87, takže při největším přiblížení, v pericentru dráhy, je od středu Galaxie vzdálena pouze 17 světelných hodin (asi 120 astronomických jednotek). V tom okamžiku se řítí oběžnou rychlostí převyšující 5000 km/s. K poslednímu průchodu pericentrem došlo v roce 2002. Naopak nejvzdálenější bod této eliptické trajektorie se nachází 10 světelných dnů od středu Galaxie. Hvězda S2 má asi patnáctkrát větší hmotnost než naše Slunce a také ostatní hvězdy tvořící populaci galaktického centra patří k těm více hmotným a poměrně mladým (jejich typické stáří se odhaduje na šest milionů let). Neobvyklé vlastnosti těchto tzv. S-hvězd jsou patrně způsobeny neobyčejnými fyzikálními podmínkami blízko černé díry.
Mapa bezprostředního okolí středu Galaxie pořízená v radiovém oboru na vlnové délce 1,3 milimetru. Uprostřed snímku objekt Sagittarius A* se superhmotnou černou dírou. V jeho blízkosti jsou patrné proudy padajícího plynu vyzařujícího synchrotronové záření. Barevná škála vyznačuje intenzitu zaznamenaného signálu (výsledek analýzy Kunneriath et al).
Původ a vývoj hvězd v místech s velkými slapovými silami představuje jeden z otevřených problémů současné astrofyziky; dvě skupiny astronomů v Německu a v USA se věnují jejich systematickému sledování.
Součástí Sgr A* jsou i některé opravdu velmi husté oblasti, kde lokální hustota hvězd převyšuje sto milionů sluncí v kubickém parseku! (jeden parsek = 3,26 světelného roku.) Kromě těchto shluků se podařilo astronomům rozeznat dva prstence hvězd obíhajících pouhý zlomek světelného roku od centra. Několik desítek mladých masivních hvězd se pohybuje v navzájem opačném smyslu – oba tyto prstence jsou téměř kontrarotující. Proměřování hvězdných trajektorií nám umožňuje na dálku sondovat charakter gravitačního pole, jako by hvězdy byly jakési testovací částice.
O něco dále od centra Galaxie, avšak stále ještě relativně blízko černé díry ve sféře jejího gravitačního vlivu se rozprostírají další miliony hvězd. Jde o jeden z nejhustších hvězdných konglomerátů, které můžeme ve vesmíru pozorovat do poměrně velkých podrobností. Bohužel toto pozorování nelze provádět v běžném viditelném světle. Značné množství mezihvězdné látky ve směru ke středu Mléčné dráhy způsobuje vysokou extinkci na viditelných vlnových délkách, a proto se musí měřit ve spektrálním oboru infračerveného nebo milimetrového radiového záření. Expertkou na tuto problematiku je v pražském týmu dr. Devaky Kunneriath, jejíž přesná analýza centrální oblasti Galaxie odhalila pozoruhodné asymetrie (zploštění) ve tvaru hvězdokupy.
Kalifornská interferometrická soustava 23 propojených radioteleskopů CARMA (Combined Array for Research in Millimeter-Wave Astronomy).
Celkově lze říci, že na rozdíl od mnoha aktivních galaxií září naše galaktické jádro velice slabě. Pravděpodobně se v této oblasti v současnosti (přesněji řečeno před 26 000 lety, kdy byly emitovány fotony, které právě nyní vstupují do našich přístrojů) nachází jen nepatrné množství zářícího plynu. Spektrum a polarizace přicházejícího zářeníjsou v souhlase s předpokládaným synchrotronovým původem emise: jde o projev elektricky nabitých částic spirálujících v magnetickém poli. Kromě slabého stacionárního záření však občas zaznamenáváme také krátké záblesky, jejichž vznik zatím nebyl uspokojivě vysvětlen.
Nízká aktivita jádra však může být charakteristická jen pro současnou fázi vývoje Galaxie. Existují důvody pro domněnku, že v relativně nedávné minulosti (před pouhými několika stovkami roků) byl střed Galaxie mnohonásobně aktivnější a jeho záření mnohem intenzivnější. Řešitelský tým rozpracoval hypotézu, podle které se v nedávné historii Galaxie udála perioda zvýšené akrece (zachycování hmoty) černou dírou, což vedlo k dočasnému zjasnění. Rozptýlený rentgenový dosvit jako pozůstatek této skončené epizody v životě Mléčné dráhy pozorujeme v současnosti pomocí citlivých detektorů na kosmických satelitech (toto záření neproniká zemskou atmosférou, takže ho nelze měřit na pozemských observatořích). Co však mohlo být příčinou někdejší zvýšené aktivity? Další členka naší skupiny na polské straně dr. Agata Różańska studuje teplotní nestability v ozářeném plazmatu, jež se v těchto podmínkách vyskytuje a má schopnost urychlit proces zachycování hmoty černou dírou (akrece). Domníváme se totiž, že právě uvedená termální nestabilita vedla v minulosti k rychlejší akreci, a tím i k větší činorodosti dnes poklidné Galaxie.
Observatoř Paranal v chilských Andách se čtyřmi dalekohledy VLT o průměru zrcadla 8,2 metru a dalšími přístroji. Teleskopy stojí v nadmořské výšce 2600 metrů, kde panují mimořádně kvalitní pozorovací podmínky.
Dvouletý projekt již byl ukončen, spolupráce a společný výzkum však pokračují. Nové observační poznatky chceme získat s pomocí koordinovaných pozorování v různých spektrálních oborech pečlivě volených s ohledem na co nejmenší rozptyl záření a útlum užitečného signálu. Pozorovat se bude simultánně ve vlnových délkách sahajících od radiového oboru přes submilimetrový, blízký infračervený až po rentgenové záření. K tomu je nezbytná součinnost přístrojů rozmístěných na různých místech Země, včetně družicových měření. Zlepšeným spektrálním rozlišením nových měření a jejich kontinuálním rozložením v čase společně s polarimetrickými údaji se zpřesní parametry černé díry – především rychlost její rotace a orientace vůči směru k Zemi. Rozsáhlý projekt vyžaduje součinnost radioteleskopů, dalekohledů VLT (Very Large Telescope) Evropské jižní observatoře a astronomických rentgenových družic na oběžné dráze.
Jeden z obřích dalekohledů v otevřené kopuli Observatoře Paranal
Pro přímé zobrazení stínu černé díry musíme učinit ještě další krok, k němuž bude nutný interferometr s rozlišovací schopností v řádu 10 miliontin obloukové vteřiny. Přestože nám taková hodnota může připadat jako utopie, jde o reálný cíl nově vyvíjené technologie. Opět půjde o interferometrickou metodu, jinak by to ani možné nebylo. Příští generace infračervených interferometrů bude za tím účelem vybavena novým modulem konstruovaným pod názvem GRAVITY. Nový přístroj bude v provozu již v průběhu nejbližšího desetiletí.
ANDRZEJ MAGALA,
Kancelář Akademie věd ČR,
KAREL TAJOVSKÝ,
Biologické centrum AV ČR, v. v. i.,
VLADIMÍR KARAS,
Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.
Vltava meeting Biosciences
Ve dnech 1. a 2. prosince 2014 se ve vile Lanna uskutečnil 1. ročník francouzsko-českého kolokvia Vltava meeting Biosciences organizovaný Francouzským velvyslanectvím v České republice a Akademií věd ČR. Setkali se zde odborníci z obou zemí, aby navázali novou spolupráci mezi českými a francouzskými výzkumnými pracovišti se záměrem budoucího společného zapojení do aktivit Horizon 2020. Program zahrnoval přednášky, posterovou sekci a dal i prostor pro neformální rozhovory. Další setkání se plánuje na druhou polovinu roku 2015 ve Francii.
MILUŠE HŮLOVÁ,
Kancelář Akademie věd ČR