Astrofizyka i astrochemia

Toruńskie Centrum Doskonałości w obszarze badawczym
“Astrofizyka i astrochemia”

Głównymi obszarami tematycznymi Centrum są astrofizyka, chemia kwantowa i spektroskopia teoretyczna, których punktem stycznym jest próba zrozumienia w jaki sposób z materii międzygwiazdowej powstają i ewoluują planety, gwiazdy i galaktyki. W ramach Centrum funkcjonują dwie grupy, które w komplementarny sposób zajmują się opisem cyklu życia materii we Wszechświecie.

  1. Grupa “TASQ Force”. Naukową motywacją tego interdyscyplinarnego zespołu jest uzyskanie znaczącego postępu w astrochemii, dynamicznie rozwijającej się nowej dyscyplinie wiedzy. Astrochemia jest nauką zajmującą się badaniem cząsteczek i ich właściwości do opisu obiektów istotnych z punktu widzenia astronomii. Rozwój astrochemii jest niezbędny dla zrozumienia fizycznych i chemicznych procesów zachodzących w obszarach formowania się gwiazd i planet, a tym samym do określenia warunków tworzenia się obiektów astronomicznych i początków życia. W Kosmosie odkryto do tej pory ponad 200 molekuł, w tym skomplikowanych związków organicznych, ale nie sam fakt odkrycia jest najważniejszy, ale to, że ich obserwacja jest podstawowym źródłem informacji o warunkach panujących i procesach zachodzących w różnych obszarach Wszechświata. Aby w pełni wykorzystać dane pochodzące z najnowocześniejszych urządzeń pomiarowych, takich jak ALMA (Atacama Large Milimeter/Submilimeter Array) czy teleskopu kosmicznego JWST (James Webb Space Telescope), musimy dysponować precyzyjnymi informacjami o różnych właściwościach fizycznych i chemicznych cząsteczek oraz ich oddziaływaniach między sobą. Uzyskanie stosownych danych z eksperymentu jest zazwyczaj bardzo trudne, albo wręcz niemożliwe, stąd kluczowe znaczenie mają wiarygodne i efektywne metody ich obliczania.
  2. Grupa “Galaxy Evolution and Structure”. Działalność grupy obejmuje szereg uzupełniających się tematów dotyczących astrofizyki gwiazdowej, planet pozasłonecznych, ośrodka międzygwiazdowego, ciemnej materii oraz ewolucji galaktyk. Tematem łączącym te obszary jest złożony cykl ewolucji materii we Wszechświecie. Pod wpływem grawitacji w naszym rozszerzającym się Wszechświecie następuje kolaps grawitacyjny niejednorodnych zagęszczeń materii prowadzący do powstawania halo ciemnej materii. Utrata momentu pędu, chłodzenie materii oraz tworzenie się centralnych zagęszczeń materii barionowej prowadzi do powstawania obłoków molekularnych, a w nich gwiazd i planet. Gwiazdy tworzą w swych centrach ciężkie pierwiastki i w czasie ostatnich etapów swojej ewolucji deponują je do ośrodka, co staje się budulcem kolejnych pokoleń gwiazd i planet. W dużych skalach akrecja gazu w centrach galaktyk prowadzi do powstawania supermasywnych czarnych dziur i aktywnych jąder galaktyk.

Znakiem rozpoznawczym Centrum jest wewnętrzna integracja astronomów, chemików oraz fizyków z UMK oraz silna współpraca międzynarodowa tych grup z renomowanymi ośrodkami naukowymi na świecie realizowana poprzez szereg wspólnych projektów.

 

Dr Agata Karska

Fot. Andrzej Romański

Dr Agata Karska – adiunkt i lider dwóch grup badawczych: Molecular Astrophysics Laboratory (MA-LAB) oraz Toruń Astrophysics, theoretical Spectroscopy, and Quantum Chemistry team (TASQ Force). Studia doktoranckie odbyła w International Max Planck Research School w Garching k. Monachium oraz na Uniwersytecie w Lejdzie, gdzie obroniła doktorant w 2014 na temat oddziaływania „gwiazd w wieku przedszkolnym” (protogwiazd) na otoczenie ukazane poprzez obserwacje pary wodnej i innych kosmicznych molekuł. Jej badania zostały docenione nagrodą „For Women in Science” przyznawaną przez L'Oreal, UNESCO i Fundację Christine Nusslein-Volhard w Niemczech (w 2012) i przez Nagrodę Naukową tygodnika „Polityka” w kategorii nauki ścisłe. Po powrocie do Polski dr Karska z sukcesami zdobywała granty badawcze z Narodowego Centrum Nauki (2014, 2016), Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (2015, 2018), oraz Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego (2017). Aktualnie opiekuje się naukowo 1 stażystą po doktoracie, 3 doktorantkami w tym 2 z zagranicy, 4 magistrantami and 2 licencjatami. Pięcioro studentów z jej grupy otrzymało prestiżowe stypendia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za wybitne osiągnięcia naukowe.

Dr Karska pełni obecnie funkcje Pełnomocnika Rektora ds. Doskonałości Naukowej oraz Pełnomocnika Dziekana ds. Umiędzynarodowienia; jest koordynatorką dwóch głównych projektów uniwersyteckich dotyczących umiędzynarodowienia: „International Academic Partnerships in Sciences with Nicolaus Copernicus University in Toruń” (we współpracy z University of Copenhagen, Leiden University, University of Newcastle i University of Innsbruck), oraz „PROM - International scholarship exchange of PhD candidates and academic staff”. W 2017 zainicjowała powstanie programu stażowego „Toruń Astrophysics/ Physics Summer Program” na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK, który co roku przyciąga ok. 30 zmotywowanych studentów z zagranicy, którzy realizują w Toruniu miesięczne staże badawcze. Dr Karska jest członkiem zgromadzeń ogólnych European Astrobiology Institute (EAI) i Gender Equality Network in the European Research Area (GENERA) oraz pełni funkcję early-career officer w Central European Hub stanowiącego część EuroPlanet Society. W latach 2017–2018 była członkiem Observing Panel Commitee w European Southern Observatory (ESO). Była główną organizatorką szeregu konferencji i warsztatów międzynarodowych, m.in. „Astrochemistry: past, present and future” w lipcu 2018 w Pasadenie, USA oraz szkoły dla doktorantów „Toruń Astrophysics, Spectroscopy and Quantum chemistry”.