Dr hab. Krzysztof Katarzyński, dyrektor Instytutu Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, został wybrany na przewodniczącego Rady Dyrektorów Konsorcjum Europejskiej Sieci VLBI. Gremium to koordynuje współpracę większości europejskich obserwatoriów radioastronomicznych oraz podobnych instytucji z Chin, Korei Południowej oraz Republiki Południowej Afryki.
VLBI (ang. Very Long Baseline Interferometry) to technika prowadzenia wspólnych obserwacji, przez kilka radioteleskopów równocześnie, w celu zwiększenia tzw. kątowej zdolności rozdzielczej w obrazach badanych źródeł, czyli w uproszczeniu – pozwala znacznie poprawić „ostrość” otrzymywanych obrazów. Uzyskanie obrazów o lepszej jakości czy też lepszych map emisji radiowej, jak to określają radioastronomowie, zależy głównie od odległości pomiędzy antenami. Im ta odległość jest większa, tym lepiej. Z tego względu w sieci VLBI łączy się często instrumenty znajdujące się w znacznych odległościach od siebie, nawet na różnych kontynentach. Stąd też bierze się nazwa całej techniki, czyli interferometria wielkobazowa.
U podstaw VLBI leży tzw. synteza apertury, czyli odpowiednia analiza matematyczna interferencji sygnałów zbieranych przez poszczególne radioteleskopy, która pozwala stworzyć wirtualny radioteleskop o rozmiarach Ziemi. Radioastronomowie, łącząc swoje siły i instrumenty, uzyskują potężne narzędzie badawcze, pozwalające „zaglądać” w najdalsze zakątki Wszechświata z precyzją niedostępną dla badań prowadzonych na innych długościach fali elektromagnetycznej – tłumaczy dr hab. Krzysztof Katarzyński.
Ojcem metody syntezy apertury był wybitny uczony brytyjski Sir Martin Ryle, który za wspieranie polskiej oraz w szczególności toruńskiej radioastronomii uzyskał 7 września 1973 roku tytuł doktora honoris causa Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Rok później Królewska Szwedzka Akademia Nauk doceniła jego przełomowe dla nauki osiągnięcia, przyznając mu Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Badania prof. Ryle’a były inspiracją dla pokoleń toruńskich astronomów, przyczyniły się do rozwoju astronomii na UMK oraz uzyskania wysokiej pozycji toruńskiego ośrodka wśród podobnych instytucji na świecie.
Toruńscy badacze zaangażowani są w badania VLBI w ramach europejskiej sieci radioteleskopów od lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, początkowo przy pomocy małego 15-metrowego radioteleskopu RT3 (trzeci radioteleskop w Obserwatorium) a od 1996 roku – przy pomocy nowoczesnego, średniej wielkości instrumentu o średnicy 32-metrów, czyli radioteleskopu RT4 nazwanego imieniem Mikołaja Kopernika.
RT4 jest jedynym radioteleskopem tej klasy i wielkości w Europie Środkowo-Wschodniej, stanowi wizytówkę polskiej nauki jako instrument zaprojektowany i zbudowany przez polskich naukowców i inżynierów. To światowej klasy infrastruktura badawcza znajdująca się w naszym kraju. I co najważniejsze, stanowi ważny element sieci EVN, co pozwala polskim naukowcom prowadzić badania na najwyższym światowym poziome – dodaje dyrektor Instytutu Astronomii UMK.
Toruński 32-metrowy radioteleskop obchodził w ubiegłym roku trzydziestą rocznicę swej pracy, co może sugerować, że jest instrumentem leciwym i przestarzałym. Nie jest to jednak prawdą – radioteleskop podlega ciągłym usprawnieniom i unowocześnieniom, tak aby zachować kompatybilność z innymi podobnymi instrumentami z całego świata, często bardzo nowoczesnymi konstrukcjami. Specyfika pracy w interferometrycznych sieciach radioteleskopów wymaga od każdego elementu sieci, czyli od każdej anteny, dostarczania sygnałów najwyższej jakości. Inaczej nie da się „połączyć” sygnałów z różnych instrumentów.
W 2020 roku, po przeszło 25 latach nieprzerwanej pracy (obserwacje prowadzone są przez 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu z przerwami na serwisowanie, naprawy i święta), toruńska antena przeszła gruntowną renowację, usunięto liczne ogniska korozji, odmalowano całą konstrukcję oraz usunięto ubytki w betonowych fundamentach. Było to możliwe dzięki dodatkowym funduszom uzyskanym z Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Renowacja ta powinna zapewnić sprawną prace tego instrumentu przez co najmniej kolejne ćwierć wieku. To bardzo istotne, bo toruńska antena oraz badania prowadzone przy jej pomocy są bardzo wysoko oceniane w środowisku naukowym. W marcu ub.r. toruński radioteleskop trafił na okładkę prestiżowego czasopisma Nature Astronomy. Nieczęsto się zdarza, by polska infrastruktura badawcza, zaprojektowana, wytworzona i pracująca w naszym kraju, zdobiła okładki międzynarodowych periodyków.
Sygnały rejestrowane przez wszystkie radioteleskopy sieci EVN zbierane są i korelowane w instytucie JIV-ERIC w Holandii (Joint Institute for VLBI ERIC). Tam znajduje się serce i najważniejszy element całej sieciowej infrastruktury radioteleskopów. Można powiedzieć, że JIV-ERIC łączy wszystkie dostępne informacje z każdej anteny i tworzy z nich całościowy obraz badanego obiektu, który dopiero wtedy staje się użyteczny z naukowego punktu widzenia – tłumaczy dr hab. Krzysztof Katarzyński.
Instytut JIV-ERIC funkcjonuje na zasadach European Research Infrastructure Consortium (ERIC), Polska ma ambicję dołączenia do tego konsorcjum. Toruńska stacja VLBI znajduje się na Polskiej Mapie Infrastruktur Badawczych, co powinno ułatwić przystąpienie do JIV-ERIC. Dodajmy, że od stycznia 2023 roku dyrektorem JIV-ERIC jest dr hab. Agnieszka Słowikowska, która wcześniej pełniła funkcję zastępcy dyrektora Instytutu Astronomii UMK ds. infrastruktury badawczej. Jej głównym zadaniem było nadzorowanie pracy 32-metrowego radioteleskopu. Z kolei dr hab. Krzysztof Katarzyński, dyrektor Instytutu Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, został właśnie wybrany na przewodniczącego Rady Dyrektorów Konsorcjum Europejskiej Sieci VLBI. Gremium to koordynuje współpracę większości europejskich obserwatoriów radioastronomicznych (z Finlandii, Francji, Hiszpanii, Holandii, Łotwy, Niemiec, Polski, Szwecji, Wielkiej Brytanii oraz Włoch) oraz podobnych instytucji z Chin, Korei Południowej oraz Republiki Południowej Afryki. Warto przypomnieć, że w latach 2009–2011 funkcję przewodniczącego Rady Dyrektorów pełnił prof. Andrzej Kus, ówczesny dyrektor Centrum Astronomii UMK.
Jeśli chodzi o perspektywy na przyszłość toruńskiej astronomii, to są one związane z projektem SKA Observatory (ang. Square Kilometre Array), czyli obserwatorium, które docelowo ma dysponować infrastrukturą radioteleskopów o łącznej powierzchni zbierającej fale radiowe bliską jednemu kilometrowi kwadratowemu. Jeżeli uda się to w pełni zrealizować, to będzie to infrastruktura przeszło 14 razy większa od największego obecnie istniejącego chińskiego radioteleskopu FAST (ang. Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) o średnicy 500 metrów.
Jednak nie tylko rozmiar ale również nowoczesne, mikrofalowe technologie zbierania sygnałów radiowych oraz systemy rejestracji i przechowywania ogromnych ilości danych, będą stanowiły o niezwykłym potencjale badawczym tej infrastruktury. Koszt dostarczenia i uruchomienia pierwszych teleskopów SKAO wynosi prawie 2,4 miliarda euro. Ten ogromny projekt naukowy, w który już w tej chwili zaangażowanych jest 15 krajów, przyniesie przełom w badaniach Wszechświata. SKAO jest przedsięwzięciem unikatowym w skali światowej. W tej chwili nie ma radioastronomicznych infrastruktur badawczych, które można by porównać do tego, czym ma się stać SKAO za kilka lat. Co więcej, SKAO będzie wyjątkowe nie tylko jeśli chodzi o infrastruktury astronomiczne, ale w ogóle wśród wszystkich urządzeń badawczych. Skalę, złożoność oraz koszty tego przedsięwzięcia można porównać do budowy Wielkiego Zderzacza Hadronów (ang. Large Hadron Collider, LHC) – czyli największego akceleratora cząstek elementarnych jaki został zbudowany przez ludzkość. LHC dał odpowiedzi na szereg kluczowych pytań związanych z budową mikroświata, potwierdził istnienie bozonu Higgsa itd. Z drugiej strony SKAO powstaje, aby zbadać czym jest nasz Wszechświat, jak powstał i skąd się wziął. Są to pytania kluczowe z punktu widzenia i zrozumienia naszego miejsca na Ziemi i we Wszechświecie.
Dyrektor Instytutu Astronomii UMK koordynuje obecnie prace związane z powstaniem Polskiego Konsorcjum Projektu SKA Observatory, którego koordynatorem będzie toruńska uczelnia. Przygotowany został również wniosek o wpisanie projektu SKA Observatory na Polską Mapę Infrastruktur Badawczych, co jest pierwszym krokiem w drodze do przystąpienia Polski do projektu SKAO.
KK