Osudová přitažlivost dvojhvězd

Osudová přitažlivost dvojhvězd

Fyzika / rozhovor

V dětství hltal populárně-naučné knížky a s dalekohledem prozkoumával noční oblohu, dnes je z něj uznávaný astrofyzik a držitel prestižního evropského grantu. S Ondřejem Pejchou nejen o fascinaci dvojhvězdami, působení v USA a končícím ERC projektu.

Astrofyzik Ondřej Pejcha (foto: Michal Novotný)
Astrofyzik Ondřej Pejcha (foto: Michal Novotný)

Ondřej Pejcha vystudoval Matfyz a Ohio State University. Ve Spojených státech získal stipendium NASA a nastoupil jako postdok na Princeton University, kde se začal věnovat studiu dvojhvězd, tématu, od kterého ho někteří kolegové astrofyzici odrazovali. Zájem o hvězdné srážky a splynutí ho však neopustil. Po návratu do České republiky získal v roce 2018 „startovací“ grant Evropské výzkumné rady (European Research Council; ERC) na výzkum silných interakcí dvojhvězd a o rok později si za svou práci převzal Cenu Neuron pro mladé nadějné vědce. Výzkumu hvězd se již několik let věnuje na Matematicko-fyzikální fakultě UK.

Proč jste se tenkrát v USA rozhodl zkoumat zrovna dvojhvězdy? Věděl jste, že je to perspektivní téma?

To jsem právě na začátku netušil. Dvojhvězdy sice patří mezi klasická témata v astronomii, ale na začátku mého pobytu v Princetonu se ještě zdálo, že první detekce gravitačních vln je hudbou daleké budoucnosti a že perspektivních témat v oboru dvojhvězd je málo. Většina zájmu v astronomii se dodnes soustředí hlavně na galaxie, exoplanety, kosmologii apod. Jako postdok jsem se na Princetonu zpočátku zabýval supernovami, během prvního roku se mi podařilo napsat hned dva články a měl jsem chvíli volna. Tak jsem si řekl, že toho využiji a budu půl roku zkoumat dvojhvězdy, které mě už delší dobu lákaly.

Zariskoval jste a vyšlo to?

O risk ani tolik nešlo. Věděl jsem, že když to nevyjde, prostě se po půl roce vrátím k původnímu tématu. I když mě od dvojhvězd někteří kolegové odrazovali, našli se i tací, kteří mě podpořili. Třeba Brianu Metzgerovi z Columbia University se můj nápad líbil a později jsme spolu o dvojhvězdách napsali několik článků.

Co jste se chtěl o dvojhvězdách dovědět?

Zajímalo mě, co se stane, když se dvě hvězdy srazí. Studoval jsem články, které se zabývaly splynutím dvou hvězd, ke kterému došlo v roce 2008, a přišlo mi, že dosavadní práce tuto událost nevysvětlovaly dobře. Zkusil jsem proto sám vytvořit jednoduchý výpočet toho, co se stalo, a ukázalo se, že funguje. Později jsem vyvinul nový typ simulace, který předtím ještě nikdo nezkoušel.

O jakou událost z roku 2008 šlo?

To byl jeden ze šťastných okamžiků astronomie, kdy se podařilo objevit novu, vzplanutí hvězdy, které mělo neobvyklé vlastnosti jako nízkou teplotu vyzařování a relativně nízkou svítivost. Díky archivním datům pocházejícím z jedné velké přehlídky oblohy se brzy zjistilo, že šlo původně o dvě obyčejné hvězdy, které kolem sebe obíhaly, začaly se přibližovat, až se nakonec srazily a splynuly v jeden objekt. Něco takového se nikdy předtím ani potom nepodařilo astronomům pozorovat.

Byla to hvězda s označením V1309 Scorpii, jejímuž studiu jste se pak věnoval i v následujících letech?

Ano, napsali jsme o ní několik článků a získané poznatky jsme využili i při analýze dalších podobných objektů. A nakonec je to i téma mého ERC projektu, který momentálně dokončuji.

Co konkrétně zkoumáte?

Zajímají mě silné interakce dvojhvězd, konkrétně události, kdy spolu dvě hvězdy začnou z rozličných důvodů interagovat a za velmi krátkou dobu, třeba i během pouhých několika oběžných period, jedna hvězda z dvojice téměř kompletně přijde o svoji obálku a objekty se k sobě velmi výrazně přiblíží, řekněme třeba stonásobně, anebo dokonce splynou v jeden celek s exotickými vlastnostmi. Myslíme si, že tento proces hraje klíčovou roli při vzniku řady vesmírných objektů, jako jsou blízké dvojhvězdy složené z bílých trpaslíků, neutronových hvězd nebo černých děr.

Dvojhvězdy se tedy ukázaly jako zajímavé téma…

Studium silné interakce dvojhvězd je dnes nezbytné pro mnoho teorií, které vysvětlují zdroje gravitačních vln. V roce 2015 bylo poprvé pozorováno splynutí dvou černých děr za emise gravitačních vln, za což pak byla v roce 2017 udělena Nobelova cena. A právě tehdy se fáze společné obálky a silné interakce dvojhvězd dostaly znovu do popředí zájmu – desítky let se vědělo, že takto silné interakce musí existovat, abychom dokázali vysvětlit vznik dvojhvězd, které eventuálně splynou za emise gravitačních vln. Ale až do objevu V1309 Sco a podobných objektů bylo možné tuto fázi společné obálky přímo studovat jenom teoreticky.

Co vás osobně na dvojhvězdách přitahuje?

Mám rád všechny hvězdy, ty osamocené i ty vícenásobné… Dvojhvězdy je ale takový dobrý kompromis: škála jevů, které se v nich mohou stát, je mnohem širší než u osamocených hvězd, a zároveň je pořád relativně snadné dvojhvězdy pozorovat a zkoumat, což u složitějších soustav již nemusí platit.

TIP: Téma dvojhvězd i specifika astronomické práce přibližuje americký dokument Luminous z roku 2022. Časosběrný snímek zachycuje příběh astronoma Larryho Molnara, jenž na sebe před několika lety upozornil odvážnou předpovědí o splynutí dvou hvězd, které mělo být v roce 2022 pozorovatelné ze Země. Ondřej Pejcha je jedním z vědců, jejichž komentář v dokumentu zaznívá. Film je od letošního června dostupný na všech hlavních streamovacích platformách.


ERC Starting Grant jste získal před šesti lety a tenkrát jste někde zmínil, že žádost o tento grant byl dosud nejriskantnější počin, kterého jste se ve vědě dopustil. V čem to pro vás bylo tak riskantní?

Riskantní byl návrh projektu, kdy bylo nutné formulovat, jaký pokrok chci učinit, aniž bych dopředu věděl, že se mi to skutečně podaří. A vlastně celý proces žádání o grant byl pro mě trochu risk a velká škola, o ERC jsem totiž žádal dvakrát, poprvé neúspěšně.

Co se při prvním pokusu nezdařilo?

Kámen úrazu byl v tomto případě úplně jednoduchý, většinu své akademické dráhy jsem se do té doby věnoval supernovám a jak už zaznělo, dvojhvězdy jsem začal dělat jen tak bokem. Do prvního návrhu jsem tedy zahrnul obě oblasti, a právě na tom to selhalo. Byla to dvě témata, která spolu úplně nesouvisela, z nichž jedna část – ta o supernovách – nebyla komisí vnímaná tak dobře jako ta druhá. Dvojhvězdy byly pro komisi zajímavější, a vlastně i pro mě, jen jsem napoprvé neměl odvahu postavit celou žádost právě na nich.

V Americe jsem viděl, že je možné vědu dělat na daleko vyšší úrovni a ve větší intenzitě, než jsem si předtím dokázal představit, a to mě ohromně motivovalo do další práce.

Máte za sebou devět let působení v Americe. Myslíte si, že vám tato zkušenost pomohla k získání prestižního evropského grantu?

Myslím si, že mi pomohla naprosto zásadně. Většinu své akademické kariéry jsem absolvoval v zahraničí. Kromě studia jsem neměl z Česka žádnou profesní zkušenost, jelikož doktorské studium a následné roky na postdoku jsem strávil v Americe a úspěšnou žádost o ERC jsem podal tři týdny po svém návratu do Česka. Užitečné bylo například to, když jsem si v Americe žádal o místo postdoka. Ucházel jsem se o NASA Hubble Fellowship, což je celostátní stipendium umožňující samostatný výzkum na univerzitě, kterou si stipendista vybere. O stipendium tehdy žádalo nějakých 300 lidí, přičemž jich uspělo asi jen 17. Pamatuji si, že když jsem sepsal svoji první žádost, vedoucí mého doktorátu mi na to tenkrát řekl: „No tak takhle ne, napiš to znovu.“ Takto jsme to zopakovali asi třikrát, než jsem „vyrobil“ něco, co mělo šanci na úspěch.

Díky stipendiu jste pak strávil čtyři roky na Princetonu. Co to pro vás znamenalo?

Stipendium mi umožnilo nezávislý výzkum, jinak řečeno mohl jsem si vybrat, kde, s kým a na čem budu pracovat. To je poměrně ojedinělé, protože většina akademických pozic bývá přímo vázaná na nějaký konkrétní projekt či financování. NASA Hubble Fellowship je velmi prestižní program, jehož cílem je vychovat vědce k nezávislosti, získal jsem tedy značnou míru svobody.

Nakolik je věda svobodné povolání?

Myslím si, že svoboda ve vědě existuje, akorát musíte přesvědčit grantovou či jinou komisi, aby váš nápad podpořila… Mně osobně se na vědecké profesi líbí její různorodost, kdy se postupně vyvíjíte a můžete si vybrat, na co se soustředit a v čem se chcete zlepšovat. Témata navíc můžete během kariéry měnit, což snižuje riziko vyhoření. Jeden profesor z Caltechu říká, že člověk by měl každých pět let změnit svůj obor. Něco na tom bude.

Přišel jste působením ve vědě o nějaké iluze?

Naopak, spíše jsem je získal. Když jsem dělal doktorát v Americe, jediné hledisko, které hrálo roli, byla kvalita a provedení nápadů. Viděl jsem, že je možné vědu dělat na daleko vyšší úrovni a ve větší intenzitě, než jsem si předtím dokázal představit, a to mě ohromně motivovalo do další práce.

Co rozhodlo o tom, že se vrátíte zpátky do Prahy?

Získal jsem univerzitní podporu Primus, což byla zajímavá nabídka, na poměry v astronomii navíc štědrá. Manželka měla také své zaměstnání v Praze, takže jsem si nakonec z amerického stipendia ukrojil rok a vrátil se dřív. Návrat do Česka ale nebyla jediná varianta, kterou jsem zvažoval. Odeslal jsem několik přihlášek na instituce v USA, nicméně když ve výběrovém řízení skončíte na druhém místě, jste prostě druhý a nic s tím nenaděláte. I ve vědě hraje velkou roli náhoda a je poměrně málo vědců, kteří si pozice mohou skutečně vybírat…

Co jste si z Ameriky přivezl s sebou do Česka?

Asi snahu přistupovat k problémům vždy originálně, tj. jinak než ostatní, a produkovat kvalitní výzkum. Pokud jde o konkrétní inspirace, napadají mě dvě. Ta první je ranní káva s kolegy. V Ohiu i na Princetonu jsme se každý den ráno potkávali s ostatními výzkumnými týmy u šálku kávy a společně jsme probírali vědecké články, které ten den vyšly. To bylo velmi užitečně, člověk si jednak díky tomu udržoval přehled napříč celým oborem a zároveň se naučil vysvětlit svou oblast ostatním. Občas dalo takové setkání vzniknout i nějaké nové myšlence. Science Cafe teď pořádám dvakrát týdně na Matfyzu, chodí na něj převážně studenti a postdoci z mé skupiny.

Druhou inspirací mi byl speciální předmět Order of magnitude astrophysics – Astrofyzika řádových odhadů, na který jsem chodil během doktorského studia. Profesor nám vždy na začátku hodiny předložil nějaký problém, třeba abychom spočetli, jak rychle roste tráva. Potom jsme dostali chvíli čas, abychom nad tím samostatně přemýšleli, a pak vylosoval jednoho studenta, který měl na tabuli zapisovat nápady ostatních. Cílem bylo dobrat se společně řešení, podpořit týmovou práci a kreativitu. Když se to tak vezme, vědecká práce vlastně stojí na tom samém – máte nějaký problém, který musíte kreativně vyřešit, přičemž nestačí pouze reprodukovat poučky z učebnic. Něco podobného se teď snažím zavádět i do své výuky.

Jak na to studenti reagují?

Zpočátku je to pro ně nezvyk, což je pochopitelné, i mně chvíli trvalo, než jsem se v Americe na takový přístup adaptoval. Někdy to bylo docela „bolestivé“, protože si člověk uvědomil, jaké má mezery a že vlastně skoro nic neví. Ale myslím si, že po čase se to studentům začne líbit. V astronomii, obzvlášť v Americe, se hodně cení nové myšlenky a nápady, a i tohle je způsob, jak nové myšlenky generovat a jak je rychle otestovat.

Doc. Mgr. Ondřej Pejcha, Ph.D.
Vystudoval teoretickou fyziku na MFF UK a astronomii na Ohio State University. Jako NASA Hubble FellowLyman Spitzer Jr. Fellow strávil čtyři roky na Princeton University. Od roku 2017 působí na Ústavu teoretické fyziky na MFF UK. Mezi hlavní témata jeho výzkumu patří dvojhvězdy a jejich splynutí, výbuchy supernov a vznik neutronových hvězd a černých děr. V roce 2017 se stal jedním z vůbec prvních příjemců univerzitní podpory Primus, která mu umožnila založit na MFF UK vlastní výzkumnou skupinu. O rok později získal prestižní ERC Starting Grant. V rámci tohoto projektu, který příští rok skončí, pracoval na vývoji nové numerické metody pro řešení velmi silné interakce dvou hvězd. Je držitelem Ceny Neuron pro mladé nadějné vědce za rok 2019. Žije v Praze, kde s manželkou vychovává dvě děti.


Mohlo by vás také zajímat:

Tereza Jeřábková: Vesmír je moje laboratoř
Začínající fyzik: Věda je vzrušující cesta
Když léčí protony