Magnetické pole v jádru Galaxie

• Název práce v češtině: Magnetické pole v jádru Galaxie
• Název v anglickém jazyce: Magnetic field in the Galactic centre
• Klíčová slova: Obecně relativistická magnetohydrodynamika, akreční disk, černá díra
• Klíčová slova anglicky: General relativistic MHD, accretion torus, black hole
• Akademický rok vypsání: 2009/2010
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i. (32-AUAV)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Vladimír Karas, DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 29.10.2009
• Datum zadání: 29.10.2009
• Datum a čas obhajoby: 09.05.2011 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 12.04.2011
• Datum odevzdání tištěné podoby: 01.04.2011
• Datum proběhlé obhajoby: 09.05.2011
• Oponenti: Jiří Kovář

Zásady pro vypracování

Prostudovat odbornou literaturu a vypracovat rešerši vztahující se k tématu podle pokynů vedoucího práce. Pokusit se o rozšíření soudobého popisu vzniku a vývoje magnetického pole v bezprostřední blízkosti galaktického jádra. Soustředit se na procesy magnetického přepojování (rekonexe).

Práce bude vyžadovat základní znalosti rovnic magnetohydrodynamiky a astrofyziky kompaktních objektů na úrovni příslušných přednášek magisterského studia. Rovněž je potřebná znalost základů teoretické fyziky, např. partie týkající se speciálních funkcí.

Součástí práce bude patrně i numerická část výpočtů vyžadující základy programování a přípravu grafů.

Práce by měla být sepsána pomocí textového editoru vhodného k přípravě matematických a technických textů (LaTeX). Očekávaný rozsah práce je v rozmezí asi 40-80 stran. Zvážit sepsání práce v angličtině.

Práci bude třeba odevzdat v termínu daném harmonogramem příslušného akademického roku.

Další podrobnosti budou diskutovány s vedoucím práce.

Seznam odborné literatury

Okruh 1 - jádro naší Galaxie:

1. Melia F. (2007): The Galactic Supermassive Black Hole (Princeton, Princeton University Press)

2. Eckart A., Schoedel R., Straubmeier C. (2005): The Black Hole at the Center of the Milky Way
(London, Imperial College Press)

Okruh 2 - proces magnetické rekonexe:

1. Priest E., Forbes T. (2000): Magnetic Reconnection (Cambridge, Cambridge Univ Press)

2. Somov B. V. (2006): Plasma Astrophysics, Astrophysics and Space Science Library, vol. 341 (New York, Springer)

Okruh 3 - astrofyzika kompaktních objektů:

1. Shapiro S. L., Teukolsky S. A. (1983): Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars (New York, Wiley)

2. Frank J., King A. R., Raine D. J. (1992), Accretion Power in Astrophysics (Cambridge University Press, Cambridge)

3. Misner C. W., Thorne K. S., Wheeler J. A. (1973): Gravitation (San Francisco, Freeman)

Okruh 4 - numerické metody v astrofyzice:

1. Press W. H., Teukolsky S. A., Vetterling W. T., Flannery, B. P. (1992): Numerical Recipes (Cambridge University Press, Cambridge)

V případě monografií půjde o nastudování vybraných partií. Dále bude potřeba časopisecká literatura podle doporučení vedoucího práce. Doporučená literatura bude zapůjčena vedoucím práce, případně v knihovně MFF UK resp. AV ČR.

Předběžná náplň práce

V blízkosti kompaktních objektů -- neutronových hvězd a černých děr -- dochází k interakci magnetických polí s plazmatem v silném gravitačním poli. Cílem práce bude seznámit se s fyzikálním popisem takové interakce a jejími důsledky pro magnetické pole v Centru naší Galaxie.

V rešeršní části práce by se měl diplomant seznámit s observačními charakteristikami magnetických polí, která se pozorují v jádru Galaxie v blízkosti objektu Sagittarius A*. Měl by například shrnout dosud známé vlastnosti týkající se tzv. filamentů - morfologie těchto útvarů, jejich rozměry a očekávané hodnoty magnetické indukce. Dále by se měl seznámit s teoretickými možnostmi, jak by magnetické struktury měly vypadat na menších škálách (v řádku několika jednotek až desítek gravitačních poloměrů). Předpokládá se, že magnetická pole jsou na malých škálách určena procesy akrece plazmatu a lze je popsat pomocí magnetohydrodynamických rovnic. Tyto rovnice obsahují efekt tzv. magnetorotační nestability a většinou se řeší numerickými postupy na počítačích. Diplomant by se proto měl také seznámit také se základním výsledky soudobých počítačových modelu magnetohydrodynamické akrece. V této fázi by se měl diplomant rozhodnout, zda zvolí spíše matematicko-analytický popis magnetických struktur v rámci zjednodušených modelů, nebo zda se soustředí na numerické modelování úplné soustavy magnetohydrodynamických rovnic.

Na rešeršní část naváže vlastní výzkum na téma procesu magnetické rekonexe v blízkosti černé díry, kde se projevuje silné gravitační pole způsobující výrazně diferenciální rotační profil akreovaného plazmatu.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Strong gravity near compact objects -- neutron stars and black holes -- influences motion of surrounding plasma and the structure of magnetic fields. The aim of this work is to learn about this interaction and apply this knowledge to the description of magnetic fields in the centre of the Milky Way.