HEA Picture Of the Week

High Energy Astrophysics Picture Of the Week

Výroční zpráva projektu SGS/UF02/2010

Vliv temné energie v astrofyzikálních a kosmologických procesech

Řešitel: prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, Csc.

Spoluřešitelé: RNDr. Stanislav Hledík, Ph.D., RNDr. Petr Slaný, Ph.D., Mgr. Jan Schee, Ph.D., Mgr. Karel Adámek, Mgr. Martin Blaschke, Mgr. Miroslava Víchová, Bc. Pavlína Böhmová, Bc. Daniel Szwarc

1. Řešení projektu

1.1 Rozbor řešení projektu (postup a metodika, odborný přínos projektu)

Řešení projektu zaměřeného na některé aspekty jednoho z klíčových problémů současné fyziky, tj. pochopení podstaty temné energie a její role v astrofyzikálních a kosmologických procesech, probíhala v intencích plánů, přičemž se daří získávat významné výsledky, z nichž některé již byly publikovány v prestižních světových fyzikálních časopisech, jiné jsou k publikování připravovány. V průběhu řešení došlo k rozšíření původních výzkumných záměrů o výzkum pohybu strun na pozadí černoděrových prostoročasů. Vzhledem k možným fundamentálním implikacím pro astrofyzikální procesy spojené s výtrysky i oscilacemi disků a vazbám na vztah regulárního a chaotického pohybu je tomuto problému věnována mimořádná pozornost – pozoruhodných výsledků dosahuje zvláště Mgr. Kološ v rámci své doktorské práce. Značná pozornost je v našich výzkumech věnována rovněž vlivu přílivového náboje diskutovaného v rámci prostoročasů s přídavnými dimenzemi. Zcela nově hodláme zařadit vysoce aktuální novou problematiku výzkumu tzv. Kerrových superspinarů, předpovídaných tzv. strunovými teoriemi. Zahájeny budou práce v oblasti Hořavovy-Lifšicovy teorie gravitace.

Zaměření výzkumu jednotlivých pracovníků:

  • Prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, CSc.: diskové a sférické selfgravitující struktury, pohyb strun a testovacích částic, bránové modely, superspinary, optické efekty, pohyb galaxií.
  • RNDr. Stanislav Hledík, Ph.D.: modely selfgravitujících struktur, superspinary.
  • Mgr. Jan Schee, Ph.D.: optické efekty u superspinarů a bránových modelů, pohyb galaxií, Reesův-Sciamův efekt.
  • RNDr. Petr Slaný, Ph.D.: toroidální diskové stuktury.
  • Mgr. Karel Adámek: toroidální disky s magnetickým polem u černých děr a superspinarů
  • Mgr. Martin Blaschke: Bránové modely, Hořavova-Lifšicova teorie gravitace.
  • Mgr. Pavlína Böhmová: Optické efekty v bránových modelech.
  • Mgr. Jan Hladík: bránové modely neutronových hvězd, vliv kosmologické konstanty.
  • Mgr. Hana Kučáková: tlusté disky v bránových prostoročasech.
  • Mgr. Martin Kološ: pohyb strun v polích černých děr a superspinarů.
  • Bc. Daniel Szwarc: Vliv kosmologické konstanty na pohyb galaxií.

1.2 Dosažené výsledky

Mgr. Pavlína Böhmová dokončila a úspěšně obhájila diplomovou práci „Optické efekty v poli černých děr: záření tlustých disků v poli bránových černých děr“ a pokračuje v práci na problematice v rámci doktorského studia. V současné době se účastní výměnného pobytu Erasmus na SISSA v Terstu.

1.2.1 Publikace v impaktových časopisech

Publikována již byla práce zaměřena na pohyb strun v poli SdS černé díry. Tři publikace jsou v recenzním řízení, další jsou dokončovány a před odesláním k recenznímu řízení v impaktových časopisech.

  • M. Kološ, Z. Stuchlík: Current-carrying string loops in black-hole spacetimes with a repulsive cosmological constant. Physical Review D, Volume: 82, Pages: 125012--125033, 2010.
    Abstrakt (en): Current-carrying string loop dynamics in Schwarzschild-de Sitter spacetimes characterized by the cosmological parameter λ=1/3ΛM2 is investigated. With attention concentrated to the axisymmetric motion of string loops it is shown that the resulting motion is governed by the presence of an outer tension barrier and an inner angular momentum barrier that are influenced by the black hole gravitational field given by the mass M and the cosmic repulsion given by the cosmological constant Λ. The gravitational attraction could cause capturing of the string having low energy by the black hole or trapping in its vicinity; with high enough energy, the string can escape (scatter) to infinity. The role of the cosmic repulsion becomes important in vicinity of the so-called static radius where the gravitational attraction is balanced by the cosmic repulsion—it is demonstrated both in terms of the effective potential of the string motion and the basin boundary method reflecting its chaotic character, that a potential barrier exists along the static radius behind which no trapped oscillations may exist. The trapped states of the string loops, governed by the interplay of the gravitating mass M and the cosmic repulsion, are allowed only in Schwarzschild-de Sitter spacetimes with the cosmological parameter λ<λtrap∼0.00497. The trapped oscillations can extend close to the radius of photon circular orbit, down to rmt∼3.3M.

Řešitel projektu se jako spoluautor podílel na čtyřech publikovaných pracích v impaktových časopisech vykazovaných v rámci porjektu SGS/UF01/2010. Jde například o publikaci

  • Z. Stuchlík, A. Kotrlová, G. Török: Resonant radii of kHz quasi-periodic oscillations in Keplerian discs orbiting neutron stars (Research Note). Astronomy & Astrophysics, Volume: 525, id.A82, Number of pages: 5, 2011.
    Abstrakt (en): Exchange of dominance between twin kHz quasi-periodic oscillations (QPOs) observed in some low-mass-X-ray-binaries (LMXB) suggests the possibility of a resonance between two oscillatory modes. We study the behaviour of the effective gravitational potential around specific resonant radii, and estimate the role of the higher-order terms governing the non-linear, anharmonic forcing. We discuss the impact it has on the mode amplitude in the linear and non–linear regimes. We also discuss a related possibility of lowering of the neutron star mass estimates from the highest observed QPO frequencies.

1.2.2 Prezentace na konferencích

1.3 Vyhodnocení výsledků v porovnání se záměry projektu

Výzkumné záměry projektu jsou úspěšně realizovány. Došlo k rozšíření záběru projektu o dva vysoce aktuální aspekty současného světového výzkumu: vlastnosti Kerrových superspinarů a pohyb (oscilujících) strun.

1.4 Návrh na formu využití práce

Získané výsledky reprezentují vysoce významný přínos k současnému světovému výzkumu v relativistické astrofyzice a představují mnohé zásadní inspirace pro směřování dalších bádání. Lze očekávat i výrazný citační ohlas (současný citační ohlas reprezentují výpisy z ISI Web of Knowledge). Výsledky získané v rámci projektu budou využívány i ve výuce ve všech stupních studia. Potenciálně reprezentují dle bodového systému i výrazný finanční přínos pro SU.

1.5 Publikace v impaktových časopisech

2. Hospodaření se svěřenými prostředky

Celkově došlo k následujícímu čerpání finančních prostředků:


Přidělené Čerpané
1. Osobní náklady 460 tis. Kč 460 tis. Kč
2. Náklady na pořízení hmotného a nehmotného majetku 15 tis. Kč 0 tis. Kč
3. Další provozní náklady 61 tis. Kč 56 tis. Kč
4. Náklady na služby 27 tis. Kč 22 tis. Kč
Náklady celkem 563 tis. Kč 538 tis. Kč

Podrobný popis čerpání uvádí příloha žádosti o prodloužení grantu na rok 2011.