Rázové vlny v okolí hvězd pohybujících se v těsné blízkosti jádra galaxie

• Název práce v češtině: Rázové vlny v okolí hvězd pohybujících se v těsné blízkosti jádra galaxie
• Název v anglickém jazyce: Bow-shocks around stars moving in a close vicinity of a galactic center
• Klíčová slova: Astrofyzika
• Klíčová slova anglicky: Astrophysics
• Akademický rok vypsání: 2022/2023
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Astronomický ústav UK (32-AUUK)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Vladimír Karas, DrSc.

Zásady pro vypracování

Pokyny pro vědeckou práci v 1. roce studia

Vypracování rešerše literatury v angličtině v rozsahu asi 30 stran.

Předpokládá se vykonání státní doktorské zkoušky v průběhu letního semestru.

Další povinnosti a doporučení (jazyky, všeobecné vzdělávání, vystoupení na seminářích atd.):

Účast v Kurzu základů vědecké práce na Akademii Věd ČR. Program a přihlášky na webových stránkách AV ČR:
http://www.langdpt.cas.cz/novinky/index.html

Studium odborné angličtiny. Podrobnější pokyny viz informace MFF na webových stránkách MFF UK:
http://www.mff.cuni.cz/fakulta/kjp

Seznámení se s počítačovým softwarem dle potřeby a po domluvě s vedoucím (Linux, Mathematica, Matlab).

Účast na pravidelném Workshopu.

Seznam odborné literatury

Základní monografie:

[1] Dopita M. A., Sutherland R. S. (2003), "Astrophysics of Diffuse Universe" (Springer: Berlin)
[2] Sanders R. H. (2014), "Revealing the Heart of the Galaxy" (Cambridge Univ. Press: New York)
[3] Eckart A., Schödel R., Straubmeier C. (2005), "The Black Hole at the Center of the Milky Way" (Imperial College Press: London)

Časopisecká literatura (zejm. Astrophysical Journal, Astronomy and Astrophysics, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) a preprinty vybraných odborných článků (arXiv) podle doporučení vedoucího nebo konzultanta:

[1] McKee C. F., Hollenbach D. J. (1980), "Interstellar shock waves", Annual Review of Astronomy and Astrophysics, Volume 18, pp. 219-262
[2] Kobulnicky et al. (2016), "A comprehensive search for stellar bowshock nebulae in the Milky Way", The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 227:18

Dále učebnice nebo manuály programovacíh metod (zejm. jazyk Fortran, grafický systém Gnuplot) na Internetu. Případně hodné doplňkové přednášky na MFF:

[1] Numerické metody ve Fortranu - NGEO022
https://is.cuni.cz/studium/predmety/index.php?do=predmet&kod=NGEO022

[2] Numerické metody řešení fyzikálních problémů - NAFY020 (Matlab)
https://is.cuni.cz/studium/predmety/index.php?do=predmet&kod=NAFY020

[3] Numerické řešení ODR - NMNV539 (cvičení)
https://is.cuni.cz/studium/predmety/index.php?do=predmet&kod=NAFY020

[4] Počítačové metody v teoretické fyzice I a II - NTMF057 (terorie)
https://is.cuni.cz/studium/predmety/index.php?do=predmet&kod=NTMF057

Předběžná náplň práce

Tématem doktorské disertační práce bude teoretické studium rázových vln v mezihvězdném prostředí v blízkosti astronomických kompaktních těles. Diskutovat morfologii a fyzikální vlastnosti rázových vln (bow shocks) vznikajících okolo hvězd orbitujících vysokou rychlostí a interagujících s mezihvězdným prostředím galaktického jádra.

Zásady pro vypracování:

Těsné okolí jádra galaxie obsahuje hvězdy, které zde interagují s okolním plynným prostředím a vytvářejí četné rázové vlny (bow shocks). Pro účely této práce budeme předpokládat aproximaci radiálního vtok nebo výtoku akreovaného plynu. Budeme brát v úvahu rychlý orbitální pohyb hvězd a zjednodušený model jejich hvězdného větru. Prostudujeme možné hustotní geometrické profily a orientaci bow-shocku a určíme pravděpodobnost jejich vzájemné interakce v husté centrální hvězdokupě.

Úkolem je prostudovat odbornou literaturu a vypracovat rešerši vztahující se k tématu podle pokynů vedoucího práce. Dále provést diskusi vlivů prostředí galaktického jádra (kompaktní objekt v centru, radiální akrece resp. výtok plynu z centra, ostatní hvězdy v nukleární hvězdokupě), v bezprostřední blízkosti masivní černé díry.

Práce bude vyžadovat základní znalosti rovnic teoretické fyziky a astrofyziky na úrovni příslušných přednášek a magisterského studia. Jako součást řešení se předpokládá zpracování numerické simulace. Práce by měla být připravena s pomocí textového editoru vhodného k přípravě matematických a technických textů (LaTeX) a grafů (např. GnuPlot). Struktura práce obvyklá pro vědeckou publikaci: úvod do problematiky, přehled již existujících relevantních prací, popis metody studia včetně numerického programu, výsledky, diskuse a závěr, seznam použité literatury. Očekávaný rozsah práce je v rozmezí asi 100-150 stran. Předpokládá se sepsání práce v angličtině.

Práci bude třeba odevzdat v termínu daném harmonogramem příslušného akademického roku. Další podrobnosti budou diskutovány s vedoucím práce nebo konzultantem.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The subject of this reserach will be the electromagnetic processes that are currently considered as a tentative explanation of the origin of flares in the Galactic center.

In the center of the Milky Way, Sagittarius A* is a prototypical example of an inactive galactic nucleus that harbours a supermassive compact dark object in the center. Its low luminosity has been attributed to an extremely small and inefficient level of accretion activity. Despite that various structures emerge within the sphere of black hole influence. A dense nuclear cluster surrounds the nucleus and vigorous winds of massive stars interact with the overall inward advection of rarefied gas, whereas further out an outflow occurs.

We model the occurrence, morphology and geometrical properties of bow shocks that can develop near fast moving stars with emerging winds. We show how the shape and orientation of the bow shocks changes with the distance from the centre and in the region where the bulk motion of the flow changes from inflow to outflow. Under suitable circumstances. large bow shock structure can be detected in infrared domain and their properties can trace the environment of the galactic center.