Про кафедру астрофізики

 

Кафедра астрофізики

Коротка історія.
Кафедра астрофізики фізичного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка відновлена у 1996 році на чолі з доктором фіз.-мат. наук, професором Ваврухом Маркіяном Васильовичем. Однак, історично своїм корінням вона сягає другої половини XIX століття, коли Міністерство у справах освіти Австро-угорської монархії, до якої у той час належав Львів, дозволило відкрити у Львівському університеті кафедру астрономії і затвердило доктора В.Ляску першим її завідувачем. З 1900 року по 1930 рік кафедрою завідував всесвітньо відомий астроном професор М.Ернст.

Сучасність.
Зараз кафедру астрофізики фізичного факультету очолює доктор фіз.-мат. наук, ст. наук. співр. Мелех Богдан Ярославович. На кафедрі викладають: доктор фіз.-мат. наук, професор Маркіян Васильович Ваврух, директор астрономічної обсерваторії університету, доктор фіз.-мат. наук, професор Богдан Новосядлий, кандидати фіз.-мат. наук, доценти Нестор Тишко, Святослав Смеречинський, Оксана Стельмах та асистент Ігор Кошмак.

Навчальні дисципліни.
Студентам спеціальності “Фізика та астрономія” викладачами кафедри читаються такі курси, як загальна астрофізика, практична астрофізика, загальна теорія відносності та релятивістська астрофізика, а студентам-бакалаврам спеціалізації “Теоретична фізика та астрономія” – фізика зір та туманностей, теорія внутрішньої будови зір, програмування в ОС Linux. Студентам-магістрам спеціалізації “Астрономія” викладаються наступні курси: нуклеосинтез у Всесвіті, космічна магнетогідродинаміка, структура та еволюція Всесвіту, фізика Сонячної системи та планетологія, фізика білих карликів, фізика бінарних зоряних систем, обчислювальні методи в астрофізиці та моделювання астрофізичних процесів, перенесення випромінювання в фотосферах зір та небулярних середовищах, супутникова астрономія та космічна геодезія, небесна механіка та астродинаміка, загальна астрометрія та обробка спостережуваних даних, методи і проблеми сучасної астрофізики, актуальні проблеми астрофізики, основи космомікрофізики.

Конференції.
Кафедра проводить наукові конференції «Вибрані проблеми астрономії та астрофізики», присвячені пам’яті відомого астрофізика Б.Т.Бабія, у яких беруть участь українські та зарубіжні вчені, а також студенти та аспіранти кафедри. Перша конференція відбулася у жовтні 1996 р. і регулярно відбувається кожних 2-3 роки.

Відповідність сучасним вимогам.
До сучасних астрономів та астрофізиків у світі існує ряд вимог. Необхідно досконало володіти фізико-математичним апаратом, вміти працювати з телескопами та з комп’ютерною технікою, а також знати англійську мову. Всіх цих знань та навичок набувають студенти фізичного факультету, які навчаються, за спеціальністю “Фізика та астрономія” спеціалізацій “Теоретична фізика та астрономія” (бакалаври) та “Астрономія” (магістри). Зі студентами першого курсу проводиться безкоштовна індивідуальна робота з метою адаптації до навчання в університеті. Іногородні студенти забезпечуються гуртожитком.

Матеріально-технічна база кафедри астрофізики фізичного факультету:

  • Астрономічна обсерваторія з сучасним обладнанням.
  • Комп’ютерні класи, локальна комп’ютерна мережа з доступом до Інтернету (Wi-Fi).

Аспірантура.
На кафедрі діє аспірантура за спеціальністю 01.03.02 – «Астрофізика, радіоастрономія».
Студенти та аспіранти кафедри мають змогу опановувати на високому рівні сучасні методи фізичних та астрофізичних досліджень. Практика студентів проходить на Астрономічній обсерваторії Університету (м. Львів та смт. Брюховичі), а також в інших вузах та науково-дослідних центрах України: Інститути Академії Наук, Головна Астрономічна обсерваторія НАН України (м. Київ), НДІ “Астрономічна обсерваторія” Одеського національного університету імені І.І. Мечникова, Львівський центр Інституту космічних досліджень НАН України та НКА України та ін. Студенти-астрономи мають можливість проходити практику на Астрономічній обсерваторії Вроцлавського університету (Польща). Наші найкращі аспіранти-астрономи стажуються за кордоном та слухають спеціальні курси в університетах Польщі (Зелена Гура, Вроцлав), співпрацюють (разом з викладачами кафедри астрофізики нашого університету) з кафедрою астрофізики Віденського університету (Австрія) та з Центром астрономії імені Миколи Коперника (Торунь, Польща).

Основні роботодавці:

За додатковою інформацією звертайтеся:

  • Телефон кафедри: (032) 260-04-21
  • Моб. тел. завідувача кафедри:
    Мелех Богдан Ярославович +38 (067) 494-69-93,
    а також e-mail: bmelekh@gmail.com

Univer

Observatoriya

crab

O_DSCN0163

XahH5RE5XjLXAMS1sr8MCxZR

tpl

centavra_a

AZT

 

Наукові інтереси працівників кафедри

 

    • Комп’ютерне моделювання перенесення випромінювання в астрофізичних середовищах.

Більшість інформації від астрофізичних об’єктів отримується за допомогою телескопів,які сфокусовують видиме і невидиме світло (електро-магнітне випромінювання) після чого воно розкладається у спектр, досліджується його поляризація, проводяться фотометричні вимірювання. Все це випромінювання виникло в складних за структурою та за фізичними характеристиками астрофізичних середовищах (атмосферах зір, газопилових туманностях тощо). Ми відтворюємо шлях випромінювання у цих астрофізичних об’єктах використовуючи методи комп’ютерного моделювання, у якому враховуються всі важливі елементарні процеси у відповідній астрофізичній плазмі. Таке моделювання потребує значних обчислювальних потужностей. Ми вчимо студентів (майбутніх астрофізиків) усім тонкощам програмування для розрахунку таких складних моделей, як на окремих комп’ютерних робочих станціях, так і на обчислювальних кластерах.

    • Моделювання світіння галактик з активним зореутворенням на основі хемодинамічних симуляцій їх еволюції.

Звідки взялися ядра хімічних елементів складніших за гелій? У нас ви отримаєте знання про всі тонкощі зоряного нуклеосинтезу, про утворення ядер елементів важчих за залізо під час катастрофічних вибухів наднових, про збагачення міжзоряного середовища важкими елементами, про складний процес комп’ютерної симуляції еволюції галактик з активним зореутворенням в результаті якого ми отримуємо знання про утворення і роль все більш детальних елементів структури цих видовищних об’єктів. “Засвітивши” їх іонізуючим випромінюванням від молодих масивних зір у результаті моделювання їх світіння, ми отримуємо спектри та інші важливі характеристики цих галактик, які, порівнюючи з відповідними даними астрономічних спостережень на найбільших телескопах світу, дозволяють нам оцінити правильність наших моделей цих об’єктів. а також визначити майбутні напрямки їх удосконалення. У такий спосіб поглиблюється наше розуміння всіх важливих астрофізичних процесів, що відбуваються в галактиках з активним зореутворенням. Ми працюємо над цими задачами разом з австрійськими астрофізиками з Віденського університету.

    • Дослідження внутрішньої будови зір.

Життєвий цикл зір головним чином визначається їх масою, а також хімічним складом. В класичному розумінні зорі – це газові об’єкти, в надрах яких відбуваються термоядерні реакції синтезу. Тобто з легших елементів утворюються все важчі, при цьому виділяється енергія, яка і “розігріває” зорю. Але не всі об’єкти спроможні забезпечити термоядерне горіння – якщо маса об’єкта менша за приблизно 0.08 сонячні маси, то гравітаційного стиску недостатньо, щоб розігріти газ до потрібної температури. Такі об’єкти називають коричневими карликами. Із збільшенням маси зорі, все більше стадій термоядерного горіння вони проходять, утворюючи при цьому всередині все важчі і важчі елементи. Таким чином, чим важча зоря, тим цікавіше, але коротше життя вона проживає. До прикладу, час життя Сонця, такого як ми його знаємо зараз, близько 10 мільярдів років, а в 10 раз масивніша зоря проживе своє життя за приблизно 30 мільйонів років. Зорі більших мас мають і більші розміри, тому їх ділять на карлики та гіганти. А в залежності від поверхневої температури їм присвоюють різні кольори. Яка будова зір? Чи всі вони мають однакову структуру, подібну до Сонця?..

    • Дослідження білих карликів, нейтронних зір і чорних дір.

Як закінчують своє життя зорі? Залежно від маси зорі розрізняють три кінцеві етапи їх еволюції. Якщо маса зорі менша за приблизно 10 сонячних мас, то вона закінчить своє життя як білий карлик. Це компактний об’єкт розміром з нашу Землю, в якому зосереджена маса порядку сонячної. Речовина таких зір перебуває в екстремальних умовах: прискорення вільного падіння на їх поверхні в сотні тисяч раз перевищує земне, а центральна температура може сягати сотень мільйонів градусів. Гравітаційному колапсу такого об’єкта протистоїть тиск вже не звичайного газу, а виродженого. Цим зумовлена їх дивна властивість – чим більший карлик за розміром, тим менша його маса. Якщо маса зорі перевищує десять сонячних мас, то в кінці свого життя вона перетвориться на нейтронну зорю, або ж у випадку великих мас, у чорну діру. Типова нейтронна зоря – це куля радіусом декілька десятків кілометрів і масою декількох Сонць. Вона настільки густа, що електрони вимушені просто “втискатись” в протони. Таким чином утворюється дуже густий нейтронний газ, який і формує нейтронну зорю. Дуже масивні зорі з часом перетворюються в чорні діри. Ці об’єкти настільки густі, що навіть світло не може подолати їх гравітації. Якби Сонце перетворилось в чорну діру, то його радіус складав би близько 3 кілометрів. А чи знали Ви, що в центрі галактик теж є чорні діри, маси яких можуть перевищувати масу Сонця в мільярд разів? В кінці 2015 року вченим вперше вдалось зареєструвати збурення простору при злитті двох чорних дір. В результаті зіткнення утворились гравітаційні хвилі – коливання простору навколо чорних дір – які поширювались у всі сторони, що і зафіксували гравітаційні телескопи на поверхні Землі. Чому білі карлики не можуть бути масивніші за 1.5 сонячних маси і як вони пов’язані з таким надпотужним явищем в космосі як Наднові? Що таке пульсари? Яким чином чорні діри “викривлюють” простір? Про це та ще багато цікавого студенти можуть дізнатись на спецкурсах з фізики компактних об’єктів.

    • Дослідження фізичних характеристик та хімічного складу газопилових туманностей.

Дивлячись на ці об’єкти розумієш, чому їх часто називають “квітами Всесвіту”. Насправді планетарні туманності (компактні розміри – до одного парсека) виникли у результаті “смерті” зір проміжної маси, а гігантські області іонізованого газу, які мають розміри, що досягають порядку кілопарсека виникли в результаті їх іонізації масивними молодими зорями, що знаходяться у, або, біля них. Ми вивчаємо спектри цих об’єктів та моделюємо їх світіння, що дозволяє нам визначати фізичні характеристики та хімічний склад цих незвичайних, у порівнянні із земними умовами, середовищ. Це дозволяє нам вивчати розподіл хімічних елементів за об’ємом, як нашої, так і інших галактик, що у свою чергу відкриває нам усі тонкощі їх хемодинамічної еволюції. Також на основі хімічного вмісту зон HII у низькометалічних блакитних компактних галактиках, ми визначаємо і уточнюємо вміст, так званого, первинного гелію синтезованого не в зорях, а невдовзі після Великого Вибуху, коли температура у всьому Всесвіті була настільки великою, що термоядерні реакції відбувалися скрізь. Зараз у співпраці з польськими колегами з Інституту астрономії в місті Торунь (батьківщина Миколи Коперника), ми вивчаємо модельними методами пил в оболонках планетарних туманностях, оцінюючи правильність наших моделей шляхом співставлення модельних діаграм кольору в інфрачервоному діапазоні із спостережуваними, які, у свою чергу, були отримані з даних спостережень на космічних ІЧ-телескопах Spitzer, ISO та IRAS.

    • Екзопланети та планетні системи навколо інших зір.

Земля була і ще довгий час залишатиметься нашою домівкою, й для нас вона завжди буде особливою і унікальною планетою. Проте людська думка, цікавість та погляд тянулися до неба й шукали інші світи. Після вдосконалення методів астрономічних спостережень був детально досліджений більшість закутків нашої Сонячної системи, активно вивчається Сонце, планети та їхні супутники, поодинокі астероїди та астероїдні пояси, комети. Спроби знайти світ подібний до Землі не увінчалась успіхом й інтереси людства у пошуках планет вийшли за межі Сонячної системи. Ці позасонячні планети, які обертаються навколо інших зірок ми й називаємо екзопланетами. Спочатку була можливість виявляти лише величезні газові гіганти, як наш Юпітер, але з покращенням технологій та способів виявлення екзопланет, кількість їх відкриттів стрімко зросла й спостереження за ними стали надзвичайно інтенсивними.

    • Космологія та великомасштабна структура Всесвіту.

На початку XX століття американський астроном Едвін Габбл показав за результатами своїх астрономічних спостережень, що зорі у Всесвіті об’єднані у галактики, більшість яких, у свою чергу, віддаляються одна від одної. Альберт Айнштайн не зміг на основі рівнянь гравітації загальної теорії відносності отримати стійкі розв’язки для статичного Всесвіту. Російський інженер Фрідман та бельгійський священник Леметр, у свою чергу, отримали стійкі розв’язки для Всесвіту, що розширюється (або стискається). Так практично, і теоретично, було відкрито розширення Всесвіту. У 60-х роках XX століння Пензіас та Вілсон відкрили космічне реліктове випромінювання у мікрохвильовому діапазоні, яке виникло, згідно передбачень космологічних теорій, в епоху рекомбінації речовини у Всесвіті. Дослідження швидкостей обертання різних частин галактик привело до відкриття так званої темної матерії, яка не випромінює. але гравітаційно взаємодіє із звичайною матерією. Зовсім недавно за результатами спостережень наднових Ia-типу було відкрито прискорене розширення Всесвіту. Ми здійснюємо комп’ютерні космологічні симуляції еволюції Всесвіту вивчаючи з їх допомогою все більш тонкі нюанси протікання фізичних процесів за екстремальних умов раннього Всесвіту, перевіряючи правильність наших симуляцій через порівняння їх результатів із спостереженнями головно космічного мікрохвильового реліктового випромінювання. У такий спосіб ми вивчаємо вміст та природу вищезгаданої темної матерії та темної енергії, яка спричиняє прискорене розширення Всесвіту. Ці дослідження проводяться у тісній співпраці з європейськими науковцями. Дослідження за цим напрямком з одного боку вимагають, з іншого боку поглиблюють знання від мікро- до макрофізики, оскільки Всесвіт є своєрідною лабораторією (наприклад, прискорювач частинок) аналог якої людство ніколи не вдасться створити. Дослідження українських вчених (в тому числі львівських) за цим напрямком були удостоєні державної премії.

    • Лазерна локація та фотометрія штучних супутників.

Будь-який штучний супутник Землі виводиться на орбіту з певною метою (радіолокація, вивчення гравітаційного поля, ретрансляція тощо). Відповідно до цієї мети розраховуються і параметри орбіти супутника. Зрозуміло, що відхилення від розрахованої орбіти супутником, який наприклад здійснює радіолокацію дна океану, погіршує або унеможливлює виконання поставлених перед ним задач. Тому виникає потреба слідкувати за станом орбіти супутника. Відслідковування орбіти супутника є також основою, коли супутник використовується, як “пробна частинка” у гравітаційному полі Землі з метою вивчення останнього. Таким відслідковуванням стану орбіти супутників займається Міжнародна лазерно-локаційна служба у мережу якої входить, зокрема, і лазерно-локаційна станція, що знаходиться на спостережуваній базі Астрономічної обсерваторії нашого університету у смт. Брюховичі. Слід відзначити, що даний напрямок астрономічних досліджень є самоокупним, бо в точному знанні параметрів орбіти супутника зацікавлені їхні власники. Фотометрія ШСЗ дозволяє за кривою зміною блисків останніх визначати форму супутників, зрозуміло, що така задача була дуже актуальною у часи Холодної війни, однак й зараз інтерес до неї не згасає.

 

Міжнародна наукова співпраця

Небулярна група кафедри астрофізики ЛНУ (док. Мелех Б.Я. та асп. Бугаєнко О.) розробляють напрям мультикомпонетного моделювання світіння карликових галактик з активним зореутворенням на основі
хемодинамічних симуляцій їх еволюції (д-р Сімоне Реккі, проф. Ґ. Генслер, Інститут астрофізики, Відень).

Світлини док. Мелеха Б.Я. приміщення Інституту астрофізики Віденського університету та з його виступу на семінарі цього інституту.

Після семінару в Інституті астрофізики Віденського університету (30 травня 2016 р.): (зліва-направо) Сімоне Реккі (Simone Recchi, Австрія), Богдан Мелех (Україна), Франсуа Хамме (Francois Hammer, Франція), Ґерхард Генслер (Gerhard Hensler, Австрія).

Док. Мелех Б.Я. (Львів, ЛНУ) співпрацює з проф. Ришардом Щербою (Торунь, ЦАМК) над узгодженням фотоіонізаційних моделей світіння газопилових туманностей з результатами фотометричних спостережень, отриманих на космічних телескопах IRAS та Spitzer, а також в рамках проекту 2MASS

Світлини док. Мелеха Б.Я. приміщення Центру Астрономії імені Миколи Коперника у м. Торунь та заміської спостережуваної бази цього центру.

Світлини аспіранта кафедри астрофізики ЛНУ Буфана Ю. з міжнародної астрономічної обсерваторії “Пік Терскол” НАН України.

    • Міжнародна академія астронавтики нагородила українських учених за найкращу книгу в галузі фундаментальних наук

Міжнародна академія астронавтики, заснована у 1960 році з ініціативи одного із піонерів ракетобудування Т. фон Кармана, відзначила своєю нагородою 2016 року в категорії «Найкраща книга в галузі фундаментальних наук» тритомне видання «Dark energy and dark matter in the Universe». Серед авторів книги – директор Астрономічної обсерваторії та професор кафедри астрофізики Львівського національного університету імені Івана Франка – Богдан Степанович Новосядлий. Детальніше з цією новиною можна ознайомитися тут.

 

Практика студентів

Україна, Брюховичі, 2015 р.

IMG_6736 IMG_6742
IMG_6743 IMG_6771
IMG_6720 IMG_6721

Польща, Вроцлав, 2012 р.

Львівські студенти-астрономи Михайло Мозгаль та Оксана Саган (по центру) та польські колеги проф. Анджей Піґульскі (зліва) та проф. Павел Пресь (справа):

SAM_0128

Зображення NGC 2371 та NGC 2392, отримані нашими студентами на польських телескопах:

NGC2371-1

NGC2392-1

SAM_0088

SAM_0096

SAM_0099

SAM_0112

SAM_0123

SAM_0125

Україна, Крим, 2008 р.

Picture 135

Picture 440

Picture 186

Picture 202

Picture 210

Picture 246

IMG_0025

IMG_0026

Picture 272

Picture 439

Picture 179

Робота з абітурієнтами

Завідувач кафедри астрофізики, Мелех Богдан Ярославович, 7 лютого 2017 р. у складі представників Львівського національного університету імені Івана Франка відвідав Горохівську школу-гімназію, де розповів учням 10-11 класів про переваги навчання на фізичному фізичному факультеті та перспективи працевлаштування фізиків бакалаврів та магістрів.

Світлини Ольги Ферт, Романи Михайлишин, Дмитра Герцюка:

Більше світлин дивіться на сайті http://www.lnu.edu.ua/gallery/predstavnyky-lvivskoho-universytetu-vidvidaly-horohivsku-shkolu-himnaziyu/
 
 
Доцент кафедри астрофізики, Смеречинський Святослав Всеволодович, у складі делегації Львівського національного університету імені Івана Франка відвідав Буську гімназію імені Євгена Петрушевича, Бучацьку гімназію імені Володимира Гнатюка, та Львівський фізико-математичний ліцей, де зустрівся з учнями випускних класів та вчителями цих навчальних закладів, щоб розповісти про здобутки факультету, особливості навчання на факультеті та специфіку цьогорічної вступної кампанії.

Більше інформації можна дізнатися за наступними посиланнями:
Представники Університету відвідали Буську гімназію імені Євгена Петрушевича,
Делегація Університету відвідала Бучацьку гімназію імені Володимира Гнатюка,
Представники Університету зустрілися з учнями Львівського фізико-математичного ліцею.