Dr Justyna M. Sokół, laureatka Programu im. Bekkera, dzięki stypendium NAWA, uczestniczyła w największych dotąd badaniach wpływu cyklu aktywności słonecznej na oddziaływanie wiatru słonecznego z materią międzygwiazdową finansowanych przez NASA.

Interstellar Boundary Explorer (IBEX) to mały satelita naukowy amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, który krąży po orbicie okołoziemskiej od 2008 roku. IBEX  ma  do wykonania ważne zadanie: zbiera dane, które pozwalają naukowcom  badać  procesy zachodzące na granicy  heliosfery, czyli tam gdzie materia pochodząca ze Słońca spotyka się z lokalną materią międzygwiazdową. Analizy danych z misji IBEX prowadzą naukowcy z Uniwersytetu w Princeton. Dzięki stypendium NAWA, dołączyła do nich dr Justyna M. Sokół. Odkrycia naukowców oraz nowo opracowane dane na temat heliosfery i jej oddziaływania z lokalną materią międzygwiazdową w trakcie ostatniego cyklu aktywności słonecznej zostały opublikowane w czerwcu tego roku w prestiżowym czasopiśmie Astrophysical Journal Supplements.

Jakiego odkrycia dokonali naukowcy zaangażowani w misję IBEX?

dr Justyna M. Sokół: Zespół naukowy misji kierowany przez prof. Davida McComasa z Uniwersytetu w Princeton, przeanalizował dane zebrane przez IBEX z ostatnich 11 lat, czyli całego cyklu aktywności słonecznej. Zadaniem IBEX jest rejestrowanie energetycznych atomów wodoru, które powstają na granicy heliosfery. Heliosfera jest bąblem, który tworzy w lokalnej materii międzygwiazdowej wypływający ze Słońca wiatr słoneczny. IBEX rejestrując energetyczne atomy wodoru, tworzy mapę nieba, która pozwala badać strukturę heliosfery, jej kształt i rozmiar, jak również szczegółowo studiować procesy mieszania się materii pochodzącej ze Słońca z materią międzygwiazdową w odległości ok. 100 jednostek astronomicznych od Słońca. Wyniki omawiane w artykule pokazują, że aktywność słoneczna ma znaczący wpływ na to co dzieje się w granicznych warstwach heliosfery oraz na rozmiar heliosfery. Dodatkowo obserwacje dostarczyły danych umożliwiających dokładniejsze zbadanie przestrzennej struktury heliosfery.

Jaki był Pani udział w tym projekcie?

Kiedy rozpoczynałam stypendium w czerwcu 2019 r. na Uniwersytecie w Princeton, grupa profesora D. McComasa właśnie rozpoczynała analizę 11 lat obserwacji energetycznych atomów wodoru wykonanych przez satelitę IBEX. Dane te obejmowały obserwacje wykonane podczas pełnego cyklu aktywności słonecznej i do interpretacji pomiarów potrzebne były nowe oszacowania wpływu wiatru słonecznego i promieniowania ultrafioletowego ze Słońca na mierzone strumienie atomów. Ponieważ już wcześniej zajmowałam się badaniem wpływu modulacji słonecznej na gaz międzygwiazdowy, zostało mi powierzone zadanie opracowania aktualnego modelu czynników jonizacyjnych wewnątrz heliosfery. Energetyczne atomy wodoru powstają w odległości ok. 100 jednostek astronomicznych (j.a.) od Słońca, a IBEX znajduje się ok. 1 j.a., od Słońca, zatem zanim strumienie atomów dotrą do detektora ulegają stratom w wyniku jonizacji przez wiatr słoneczny i przez promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez Słońce. Istotne jest, aby wiedzieć ile atomów mogło zostać zjonizowanych, zanim zostały one zarejestrowane przez detektor, aby móc oszacować intensywność atomów na granicy heliosfery, a następnie poprawnie zinterpretować zjawiska fizyczne zachodzące w heliosferze. Opracowany przeze mnie najnowszy model czynników jonizacyjnych w heliosferze wykorzystany do analizy 11 lat danych IBEX został właśnie opublikowany w artykule Sokół i in. w czasopiśmie The Astrophysical Journal.

Jak stypendium NAWA wpłynęło na Pani rozwój naukowy?

Dzięki stypendium NAWA miałam możliwość pracy naukowej w tematyce, która mnie interesuje bezpośrednio współpracując z naukowcami, którzy mają ogromne doświadczenie w badaniu przestrzeni kosmicznej i heliosfery. Ponadto przez 12 miesięcy pracowałam bezpośrednio z kierownikiem misji IBEX, prof. D. McComasem, dzięki czemu poznałam „od kuchni” pracę zespołu, który otrzymuje jako pierwszy dane rejestrowane przez satelitę.

Na Wydziale Nauk Astrofizycznych Uniwersytetu Princeton bardzo duży nacisk kładziony jest na samodzielność w pracy naukowej. To było bardzo cenne i rozwijające doświadczenie. Nauczyłam się, jak samodzielnie rozwijać tematykę badawczą, która mnie interesuje oraz jak poszerzać zainteresowania w wybranym obszarze badań. Samokształcenie oraz świadome i dynamiczne rozwijanie ścieżki kariery z aktywnym poszerzeniem obszaru badań, to istotne elementy kształcenia i rozwoju młodej kadry naukowej w Uniwersytecie Princeton. Cieszę się, że mogłam tego doświadczyć dzięki stypendium NAWA.

Jeśli miałaby Pani zachęcić innych naukowców do udziału w Programie Bekkera, to jaka jest największa wartość z pobytu na stypendium NAWA?

Uważam, że Program im. Bekkera to idealny program dla młodych naukowców, którzy chcą aktywnie uczestniczyć w nauce i chcą się rozwijać. Stypendium daje możliwość spojrzenia na sposób uprawiania nauki, na obraną dziedzinę naukową i zainteresowania badawcze z innej perspektywy. Pozwala również zweryfikować dotychczasowe doświadczenie. Dzięki bezpośredniemu kontaktowi z innymi naukowcami, zainteresowania i techniki badawcze znacząco się poszerzają. Dla mnie ta zmiana perspektywy była najcenniejszym doświadczeniem, ponieważ mogłam nadal rozwijać się w tematyce, którą zajmowałam się dotychczas w Polsce, jednak tym razem w znacznie szerszym zakresie tematycznym.

Zdjęcie: ©lukszczepanski - stock.adobe.com.

Zdjęcie: Archiwum prywatne dr Justyny M. Sokół

Dr Justyna M. Sokół jest fizykiem badającym heliosferę i oddziaływanie materii słonecznej z lokalnym ośrodkiem międzygwiazdowym. Prowadzi prace badawcze nad modulacją gazu międzygwiazdowego, jonów pochwyconych oraz atomów energetycznych w heliosferze przez czynniki jonizacyjne pochodzące ze Słońca. Opracowała model ewolucji szybkości i gęstości protonów wiatru słonecznego w funkcji szerokości heliograficznej w oparciu o pomiary satelitarne i radiowe obserwacje scyntylacji międzyplanetarnych. Skonstruowała wieloskładnikowy model odtwarzający tempa fotojonizacji dla międzygwiazdowego wodoru, helu, neonu i tlenu. Modele te służą do wyliczania strat jonizacyjnych materii międzygwiazdowej i jej populacji pochodnych wewnątrz heliosfery. Dr Sokół wspomaga prace zespołu naukowego misji Interstellar Boundary Explorer (IBEX) i należy do zespołu naukowego przygotowywanej misji Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). W 2019 r. opracowała koncepcję planu obserwacji różnych populacji gazu międzygwiazdowego dla instrumentu IMAP-Lo misji IMAP. Dr Sokół ukończyła fizykę doświadczalną na Uniwersytecie Opolskim. W trakcie studiów angażowała się w prace w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Opolskiego i uczestniczyła w letnich praktykach studenckich organizowanych przez Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Wrocławskiego, dzięki którym rozwijała swoje zainteresowanie fizyką Słońca oraz fizyką przestrzeni kosmicznej. W latach 2010-2020  współpracowała z Zespołem Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. W 2016 r. obroniła pracę doktorską na temat modulacji gazu międzygwiazdowego i jego populacji pochodnych w heliosferze przez efekty związane z cyklem aktywności słonecznej. W 2018 r. została beneficjentem pierwszej edycji programu im. Bekkera (NAWA), dzięki któremu realizowała roczny projekt badawczy w grupie Space Physics at Princeton Uniwersytetu Princeton.