Astrofyzika
Specializace bakalářského studijního programu Fyzika
První pohled na noční oblohu fascinuje asi každého. Ve většině dětí vyvolá mnoho otázek a touhu na ně dostat co nejjasnější odpovědi. Bohužel s postupem času tato přirozená zvědavost z většiny lidí vyprchá a přestanou se na nebe dívat. Pokud patříte k těm, kteří si tuto zvědavost udrželi nebo znovu objevili, pak by Vás specializace Astrofyzika mohla zajímat :).
Pro koho je specializace Astrofyzika určena?
Primárním cílem specializace Astrofyzika je příprava vědeckých pracovníků, kteří se budou aktivně podílet na výzkumu v některém z astrofyzikálním odvětví. Jinými slovy, chcete-li svůj čas věnovat zkoumání vesmírných objektů, tak jste tu správně. Bakalářský studijní program je ale také vhodný pro vědecko-popularizační pracovníky hvězdáren, kteří chtějí získat hlubší pochopení astrofyzikálních témat.
Co se naučíte?
V průběhu bakalářského studia budete seznámeni se základy všeho, co by měl astrofyzik znát. A to ne jen teoreticky, ale i prakticky. Předměty se dají rozdělit do třech skupin: fyzikální, matematické a astrofyzikální.
- Fyzikální skupina předmětů je postavena na kurzech klasické a teoretické fyziky. V celkem 8 povinných předmětech budete seznámeni se vším od klasické mechaniky, přes elektřinu a magnetismus, termodynamiku, speciální relativitu až po kvantovou mechaniku. Praktickou část výuky pak tvoří další 3 předměty, kde se seznámíte s fyzikálními zákony formou praktik.
- Matematická skupina předmětů Vám poskytne nezbytný aparát pro práci s fyzikálními teoriemi. Tvoří ji celkem 5 povinných předmětů, z čehož 3 se věnují matematické analýze a 2 algebře a geometrii.
- Astrofyzikální skupina předmětů vás provede od úplných základů až po přípravu na vlastní vědeckou činnost. Celkem 9 povinných předmětů vám dodá obecný přehled v astrofyzikálních tématech a hlouběji vás seznámí s základním kamenem astrofyziky, tedy stavbou a vývojem hvězd.
Dále je kladen důraz na praktickou část výzkumu. Získáte teoretický základ pro astronomické pozorování a také pozorovací praxi. Nedílnou součástí dnešní astrofyziky jsou rovněž metody zpracování dat, kterým se věnují astronomická praktika.
Jako ve všech vědních odvětvích, tak i v astrofyzice se dnes neobejdete bez práce s počítačem. Ať už simulace astrofyzikálních jevů nebo zpracování velkých objemů dat nelze dělat ručně. Proto každý student musí absolvovat zkoušku z programování. Samozřejmě ne všem dala střední škola dostatečný základ v programování a tak si před zkouškou můžete zapsat předmět Python pro fyziky, který vás od začátku seznámí s programováním v jednom z nejužívanějších jazyků.
Další nezbytnou dovedností vědce je znalost anglického jazyka. Všechny vědecké práce jsou dnes psané v angličtině a na fakultě se běžně vyskytují hosté, ale i vyučující, se kterými se česky nedomluvíte. Stejně jako u programování, tak i u angličtiny si můžete před zkouškou zapsat předměty, na kterých vám s angličtinou pomůžeme. Konkrétně se jedná o Angličtinu pro fyziky I a II.
Dále si můžete zapsat i různé volitelné předměty a to i jiných specializací jako je Biofyzika či Nanotechnologie. Výhodou studia na Masarykově univerzitě je také možnost zapsání jakéhokoliv předmětu vyučovaného na jednom z vice než dvou set ústavů. Chcete se naučit více matematiky? Zapište si předměty Ústavu matematiky a statistiky. Chcete se zlepšit v programovaní? Na Fakultě informatiky najdete předmět snad ke každému programovacímu jazyku. A tak dále pro další obory jako je chemie, biologie, geologie...
Co potřebujete do začátku?
Ideální student by měl mít dobré základy matematiky, fyziky a práce s počítačem. Chápeme ale, že ne každá střední škola je schopná všechny tyto základy stůdentům poskytnout. Pokud máte dobré logické myšlení a chuť se učit nové věci, tak jde všechno dohnat. Nebudeme vám ale nic nalhávat, bude to stát hodně práce.
- Nejste si jistí matikou? Doporučujeme si zapsat Přípravný kurz ke studiu, předmět konaný týden před začátkem prvního semestru, který začínajícím studentům zopakuje středoškolskou matematiku.
- Neumíte programovat? Nevadí, zapište si Python pro fyziky.
- Zajímá vás astronomie, ale zatím jste neměli příležitost se o ní dozvědět více? Zapište si Podzimní astronomický kurz. Předmět konající se týden před začátkem semestru, kde z vás za týden uděláme astronomické pozorovatele.
Vědecké zaměření
Začátek bakalářského studia je pro všechny stejný. Své vědecké zaměření si studenti volí při výběru tématu bakalářské práce ve třetím ročníku a zapisováním volitelných předmětů. Pro představu čím vším se u nás můžete zabývat uvádíme pár příkladů bakalářských prací:
Modelování temné hmoty v kupách galaxií
Neznámá materie, označovaná jako temná hmota, by podle současných kosmologických modelů měla tvořit valnou část veškeré hmoty ve vesmíru. Tento druh hmoty však nejsme schopni přímo pozorovat, neboť se předpokládá, že nepodléhá elektromagnetické interakci, a tedy nemůže ani zářit. Případný výskyt temné hmoty je možné odhalit pouze u velkoškálových objektů jako jsou galaxie a galaktické kupy, a to pouze nepřímo pomocí gravitačního působení na hmotu svítivou. V~této bakalářské práci se věnujeme vytváření počítačových modelů hal temné hmoty právě kolem galaktických kup. Tyto modely porovnáváme s reálnými měřeními svítivé hmoty v kupách galaxií.
Analýza tvaru světelné křivky vybraných cefeid z Galaktického pole
Náplní této práce je získání originální BVRI CCD fotometrie 9 cefeid pulzujících v základním módu v souhvězdí Kasiopea. Pozorování probíhalo během podzimu 2017 a zimy 2018 na Observatoři Masarykovy Univerzity v Brně. Ze získaných dat byly sestrojeny fázové křivky pro každý filtr a následně popsány metodou Fourierovy dekompozice. Při porovnání získaných koeficientů ϕ21, ϕ31, R21 a R31 ve filtru V s daty z různých zdrojů v literatuře a s daty z projektu ASAS-SN nebyly zjištěny výrazné rozdíly. Byla provedena oprava pulzační periody pro V824 Cas. Tato hvězda vykazuje nezvykle nízkou amplitudu i Fourierovy amplitudové koeficienty, což by mohlo naznačovat vyšší metalicitu, jiný typ cefeid nebo dvojhvězdnost V824 Cas. Získané koeficienty byly také porovnány s koeficienty cefeid naměřenými projektem OGLE v I filtru v Galaktické výduti, LMC a SMC. Kromě V824 Cas a CF Cas žádná z hvězd nevykazovala výraznější odchylky od obecného trendu.
Určování výkonů jetů v obřích eliptických galaxiích
V průběhu posledních několika dekád byly objeveny poklesy jasu v rentgenových pozorováních kup, skupin galaxií i eliptických galaxiích. Tyto poklesy jsou způsobeny jety centrální supermasivní černé díry, které odhrnují okolní horký difúzní plyn a vytváří v něm bubliny. Ze znalosti jejich velikosti a stáří lze odhadnout výkony jetů za předpokladu, že množství energie disipované ve formě šoků je zanedbatelné. Podle zjištění Allen et al. (2006) existuje korelace mezi Bondiho akrecí a výkonem jetů, naznačující existenci zpětné vazby mezi aktivním galaktickým jádrem a rentgenovým plynem hostující galaxie. Nicméně, protože neexistuje objektivní způsob detekce bublin a určení jejich velikostí, výkony jetů určené různými autory se mohou značně lišit a to i v případě, kdy vyjdou z totožných dat. To následně značně komplikuje studium fyzikální podstaty této zpětné vazby. Obsahem této práce je studium technik zpracování obrazu, které se používají na detekci bublin s vyšetřením rozličných zdrojů nejistot ovlivňující určené výkony. Následně je s cílem objektifikace celého procesu navrhnut nový způsob jejich detekce inspirovaný prací Fort (2017), který je zde poprvé aplikován na snímky skutečných galaxií - pomocí neuronové sítě.
Studium galaxií prostřednictvím GAN sítí
V současné astronomické éře očekáváme příliv velkého objemu dat, jehož zpracování se vymyká lidským silám. Z těchto důvodů je vhodné vyvinout metody, které efektivně a spolehlivě analyzují data. Práce reaguje na současnou situaci a je inspirována projektem GalaxyGAN. Jejím cílem jest prozkoumání užití neuronových sítí při zpracování astronomických snímků. Pozorování astronomických objektů je limitováno mnoha faktory a jedním z nich je šum. Náš výzkum se zaměřil na odstranění šumu obrazových dat pomocí „generative adversarial network“ – GAN. Výsledky ukázaly, že použití těchto sítí na daný problém je možné. Při porovnání s dalšími dostupnými metodami vykazují srovnatelné, místy i výrazně lepší, výsledky.
Páry a rodiny asteroidů
Tato práce se zabývá provázaností mezi planetkovými rodinami a planetkovými páry. Cílem práce je zúžit seznam kandidátů na planetkové páry vyloučením možnosti detekovat pár v rodině. Úvodní část práce je zaměřena na obecné informace o planetkách, například o jejich výskytu ve Sluneční soustavě, chemickém složení a podobně. Následující kapitola je již zaměřena na druhy planetkových systémů a na jejich odlišné způsoby vzniku. V praktické části je čtenář seznámen s použitými databázemi kandidátů i rodin planetek a na závěr je seznámen s výsledky této práce.
Uplatění
Většina studentů po absolvování bakalářského studia pokračuje ve vědecké kariéře, tedy zapíše se do magisterského a následně doktorského studia. Zde se hodí říct, že doktorské studium je spíše zaměstnání, jelikož doktorantům je vypláceno stipendium a finance z grantů, na kterých se mohou podílet. Po doktorátu následují postdoktorální a profesorské pozice.
Vždycky je tu ale možnost akademickou sféru opustit a najít zaměstnání jako fyzik. Už dávno neplatí, že fyzik se uplatní jen na univerzitě nebo na akademickém ústavu. Na dnešním trhu práce je povolání fyzika vyžadováno stále více a našim absolventům je často dávána přednost před absolventy technických oborů, díky jejich hlubšímu porozumění fyzikální problematice a schopnosti samostatně řešit komplexní fyzikální problémy. Naši absolventi běžně nacházejí uplatnění ve
firmách jako je Honeywell, Meopta, On Semiconductor, TESCAN, Thermo Fischer Scientific atd.
Naše absolventy, kteří se chtějí stát popularizátory vědy, přijímá většina organizací už s bakalářským titulem.
Dále by vás mohlo zajímat:
„Nezapomínejte se dívat nahoru na hvězdy, a ne dolů na nohy. Snažte se pochopit, co vidíte, a přemýšlejte nad tím, proč existuje vesmír. Buďte zvědaví. A jakkoli se život může zdát obtížný, vždycky existuje něco, co můžete dělat a v čem můžete uspět. Záleží jen na tom, že to nevzdáte.“
Stephen Hawking