Rašydamas šituos žodžius, dar nežinau, ar šiandien bus paskelbta apie gravitacinių bangų atradimą, bet visos gandų mašinos sako, kad bus. Neabejoju, kad apie atradimą bus rašoma visur žiniasklaidoje. Taip pat neabejoju, kad tarp paaiškinimų apie atradimo reikšmę bus ir teisingų, ir klaidingų, ir visiškai ne į temą. Tad parašysiu ir aš trumpą paaiškinimą, kas per dalykas tos gravitacinės bangos ir kodėl bandome jas aptikti. Galbūt tai bus ne pats klaidingiausias paaiškinimas, kurį matysite per artimiausias dienas :)

Pradėsiu nuo nuorodos į įrašą, kurį dariau prieš beveik dvejus metus. Tada, 2014-ųjų kovą, buvo paskelbta apie pirmykščių, nuo Didžiojo sprogimo užsilikusių, gravitacinių bangų aptikimą. Tiksliau apie jų paliktą pėdsaką kosminėje foninėje spinduliuotėje. Visgi vėliau paaiškėjo, kad signalas visgi buvo mūsų Galaktikoje esančių dulkių paliktas triukšmas. Bet stebėjimai, aišku, nesiliovė.

Kaip atsiranda gravitacinės bangos? Bet kokia medžiaga iškreipia erdvę aplink save. Kuo labiau nutolstame nuo medžiagos telkinio, tuo iškreipimas menkesnis, tačiau jis yra visur. Jei kūnas juda, keičiasi ir erdvės iškreipimas, tačiau vieno tokio pasikeitimo subangavimui neužtenka. Kad atsirastų gravitacinės bangos, reikalingas judėjimas su pagreičiu. Pavyzdžiui, gravitacines bangas skleidžia dvinarės žvaigždės. Taip pat manoma, kad gravitacinių bangų turėjo kilti Visatos egzistavimo pradžioje buvusio infliacijos periodo metu.

Toks gravitacinių bangų susidarymo mechanizmas yra analogiškas elektromagnetinei spinduliuotei. Krūvį turintis objektas, judantis su pagreičiu, skleidžia spinduliuotę. Netrukus po bendrosios reliatyvumo teorijos suformulavimo, Albertas Ainštainas (tas, kurį paprastai Einšteinu vadina) išvedė ir gravitacinių bangų prognozę. Ir štai, po šimto metų jas pavyko aptikti tiesiogiai.

Kaip jas galima aptikti? Ką reiškia “tiesioginis aptikimas”? Ogi tai, kad aptiktas gravitacinių bangų sukeltas erdvės susitraukimas ir išsitempimas. Gravitacinės bangos tą ir daro – tempia erdvę. Bet kokio atstumo pokytis yra labai nedidelis, eilės ar mažesnis (viskas priklauso nuo šaltinio), taigi reikalingas ir labai jautrus detektorius. Nenuostabu, kad šiam atradimui prireikė šimto metų.

Tiesiogiai bangos aptinkamos naudojant interferometrą. Tai toks prietaisas, kuriame lazerio šviesa padalinama į du spindulius, nukreipiamus ilgais tuneliais statmenomis kryptimis. Kiekvieno tunelio gale spindulys atsispindi ir grįžta atgal, tada abu spinduliai sujungiami į vieną ir nukreipiami į ekraną. Jei abiejų spindulių nukeliauti atstumai yra tiksliai vienodi, bangos interferuoja destruktyviai – viena kitą panaikina ir jokio signalo detektorius neužfiksuoja. Tačiau jei vienas iš tunelių yra ilgesnis už kitą, gaunamas signalas, nebent ilgių skirtumas yra spindulio bangos ilgio kartotinis. Gravitacinė banga, pralėkdama pro detektorių, jo tunelius iškreipia nevienodai, taigi teoriškai bangą aptikti įmanoma. Žinoma, pirmiausia reikia kuo geriau pašalinti visas kitas įmanomas vibracijas, pradedant netoliese važinėjančių automobilių keliamais virpesiais, baigiant Žemės tektoninių plokščių judėjimu.

Yra būdų aptikti gravitacines bangas netiesiogiai. Du vienas aplink kitą besisukantys objektai, spinduliuojantys šias bangas, praranda energiją, todėl jų orbita po truputį mažėja. Orbitos periodo trukmę labai tiksliai galime išmatuoti dvinariuose pulsaruose, tokiuose kaip Hulse-Taylor objektas. Šios poros sukimosi periodas trumpėja tiksliai taip, kaip prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija, o jo atradimas 1974-aisiais metais buvo pirmasis rimtas gravitacinių bangų egzistavimo įrodymai. Atradėjai 1993-aisiais pasidalino Nobelio fizikos premiją.

Advanced LIGO atradimas. Advanced LIGO yra būtent toks interferometras, kurį aprašiau aukščiau. LIGO – Lazerinių interferometrų gravitacinių bangų observatorijos (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) – projektas pradėtas dar 1992 m., detektorius įjungtas 2002-aisiais. Per aštuonerius darbo metus gravitacinių bangų aptikti nepavyko, tada detektorius penkerius metu buvo atnaujinamas ir tobulinamas. Pernai rugsėjį, pavadintas Advanced LIGO, įjungtas iš naujo. Ir iškart, tiksliau netgi dar prieš pradedant oficialius stebėjimus, rugsėjo 14-ą dieną, užfiksuotas signalas, kuris, kaip paaiškėjo, yra dviejų susijungiančių juodųjų skylių paskleistos gravitacinės bangos.

Juodųjų skylių poros masės buvo 29 ir 36 kartus didesnės nei Saulės. Jos sukosi viena aplink kitą, o sukdamosi spinduliavo gravitacines bangas. Atstumas tarp jų mažėjo, sukimasis greitėjo, gravitacinės bangos stiprėjo, o jų dažnis didėjo. Galiausiai jos pasidarė tokios stiprios, kad Advanced LIGO detektorius sugebėjo aptikti. Pagautas signalas truko mažiau nei sekundę, bet jame aiškiai matyti bent septynios bangos keteros. Ir signalas visiškai atitiko tai, ką prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija; būtent priderinę modelio parametrus prie signalo dažnio ir jo kitimo, LIGO komandos nariai ir nustatė juodųjų skylių mases. Juodosios skylės susiliejo į vieną, kuri dar trumpą laiką (vėlgi – trumpiau nei sekundę) virpėjo – tai matoma kaip slopstantis signalas. Iš jo savybių nustatyta, kad naujoji juodoji skylė yra 62 kartus masyvesnė už Saulę. Tai reiškia, kad 3 Saulės masės prarastos kaip energijos – išspinduliuotos gravitacinėmis bangomis. Trys Saulės masės virto energija per keletą milisekundžių. Kaip spaudos konferencijos metu gerai pastebėjo Kipas Tornas (Kip Thorne), trumpą laiką besijungiančių juodųjų skylių gravitacinė spinduliuotė turėjo daugiau galios, nei visos Visatos žvaigždės kartu sudėjus.

Toks stiprus signalas pasklido po visą Visatą. Kol atsklido iki mūsų, bangos amplitudė liko mažytė – erdvė ištempta/suspausta vos karto. Advanced LIGO detektorių kiekvieno tunelio ilgis yra po 4 km; šis atstumas susitraukė ar išsiplėtė mažiau nei per vieną tūkstantąją protono skersmens dalį. Ir visgi to užteko, kad signalas būtų pagautas. Žinodami pradinę bangos energiją ir dabartinę amplitudę, astronomai nustatė ir atstumą iki jos šaltinio – 410 megaparsekų, kas atitinka 1,3 milijardo metų praeitį.

Signalas aptiktas abiejuose Advanced LIGO detektoriuose – tai žymiai padidina tikimybę, kad signalas yra tikras. Šiek tiek anksčiau jis prasidėjo Luizianoje, maždaug po septynių milisekundžių – Vašingtone. Ši informacija leido apytikriai nustatyti ir kryptį, iš kurios banga atsklido: greičiausiai tai yra pietinis dangaus, maždaug Magelano debesų link. Tikslesniam nustatymui reikėtų dar bent vieno detektoriaus, kad pavyktų trianguliuoti signalą.

Nors signalas užfiksuotas dar rugsėjį, iki pat dabar komanda jį analizavo, tikrino jo patikimumą ir t.t. Dabar rezultatai surašyti į straipsnį, kuris praėjo recenzavimo procesą ir šiandien buvo paskelbtas žurnale Physical Review Letters.

Kas iš to? Neabejoju, kad daug kam kyla klausimas, kokia tokio atradimo prasmė. Gal jau teko matyti skambias antraštes, kad jis pakeičia visą astronomiją. Ar tikrai? Greičiausiai tikrai, bet tam reikės laiko.

Kad suprastume atradimo reikšmę, reikia prisiminti, kad iki šiol visa informacija apie kosmosą mus pasiekė tik elektromagnetinių bangų pavidalu. Ar tai būtų radijo bangos, atsklindančios iš energingų dalelių sąveikų su magnetiniais laukais, ar regimieji žvaigždžių šviesos spinduliai, ar rentgeno spinduliuotė iš juodųjų skylių akrecinių diskų – visa tai yra elektromagnetinės bangos. Nepaisant to, skirtingi jų diapazonai – radijo, submilimetrinės, infraraudonosios, regimosios, ultravioletinės, rentgeno ir gama bangos – atskleidžia labai skirtingą kosmoso vaizdą, leidžia aptikti ir tyrinėti skirtingus procesus. Prieš paleidžiant pirmąjį kosminį teleskopą, buvo ginčijamasi dėl jo poreikio, nes „vis tiek juo bus matoma tas pats, kas iš Žemės, tik šiek tiek ryškiau“. Vėliau paaiškėjo, kad taip teigusieji labai klydo.

Gravitacinės bangos – fundamentaliai kitoks informacijos apie kosmosą gavimo būdas. Galėdami identifikuoti jų šaltinius, mes atveriame net ne naują langą į kosmosą, mes įgyjame naują observatoriją. Dar vieną panašią observatoriją mums duos neutrinų stebėjimai, kurių gaudymas pernai davė pirmuosius rezultatus. O šis gravitacinių bangų aptikimas mums jau atskleidė:

• kad egzistuoja juodosios skylės; aišku, ir anksčiau astronomai tuo neabejojo, tačiau šis signalas yra tvirčiausias jų egzistavimo įrodymas, mat kyla iš ekstremalaus erdvėlaikio iškreiptumo, o ne iš aplink besisukančių dujų ar gravitacinio poveikio žvaigždėms, kaip ankstesni įrodymai;

• kad egzistuoja dvinarės juodosios skylės; anksčiau jų egzistavimas buvo prognozuojamas teoriškai, bet aptikti nepavyko, nes tokie objektai elektromagnetiškai nieko nespinduliuoja;

• kad egzistuoja ~30 Saulės masių juodosios skylės; anksčiau išmatuotos juodųjų skylių masės neviršijo 15 Saulės masių (čia turiu omeny ne supermasyviąsias);

• kad juodosios skylės susilieja, o šio proceso signalas puikiai atitinka bendrojo reliatyvumo teorijos prognozes.

Ir tai – tik pirmieji duomenys, gauti dar oficialiai neprasidėjus Advanced LIGO darbui. Tikimasi, kad tolesni stebėjimai atskleis dar ne vieną gravitacinių bangų šaltinį. Advanced LIGO detektoriai jautrūs bangoms, kurių dažnis siekia nuo kelių iki tūkstančio hercų (t. y. per sekundę pro mus pralekia nuo kelių iki tūkstančio bangų keterų). Tokias bangas turėtų skleisti kompaktiškos ekstremalios dvinarės, sudarytos iš juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių, bei supernovų sprogimai. Truputį mažesnio dažnio gravitacines bangas, kurių periodai trunka nuo sekundžių iki valandų, tikimasi aptikti kosminiais interferometrais. Tokio interferometro projekto LISA (Laser Interferometer Space Array) pilotiniai detektoriai pernai išskrido į kosmosą. Dar ilgesnes gravitacines bangas tikimasi aptikti tik netiesiogiai – stebint pulsarų judėjimo pokyčius.

Antžeminių detektorių, tokių kaip LIGO, bus ir daugiau. LIGO konsorciumas šiuo metu derasi su kolegomis Indijoje, Europoje Prancūzija ir Italija bendradarbiauja Virgo konsorciume, savo detektorių stato ir Japonija. Šie detektoriai, dalindamiesi informacija, sukurs planetos dydžio gravitacinių bangų paieškos tinklą, kuris leis nustatyti ir šaltinių savybes, ir jų padėtis erdvėje. Mūsų laukia puikūs laikai ir daug naujovių.

Laiqualasse

Praėjusią savaitę buvo paskelbta apie daugybę naujų egzoplanetų, kurių pririnko Kepleris. Tarp kitų naujienų – deguonis Marse, daugiau Merkurijaus tranzito vaizdų, nykštukinės planetos dydžio patikslinimas ir taip toliau. Apie visa tai skaitykite po kirpsniuku.

***

Sakalo skrydis. Lapkričio mėnesį į pirmąjį darbinį skrydį turėtų pakilti SpaceX raketa Falcon Heavy. Ši raketa kuriama jau ne vienerius metus, o pirmieji skrydžiai buvo planuojami išvis 2013 metais, bet vėliau SpaceX susikoncentravo į daugkartinio naudojimo raketų gamybą, taigi šis projektas buvo kiek atidėtas. Falcon Heavy bus galingiausia šiuo metu veikianti raketa, į geostacionarią orbitą (~30 tūkst. km aukštį) galės iškelti 22 tonų krovinį. Tiesa, jei raketą bus bandoma išsaugoti tolesniam naudojimui, jai reikės daug papildomo kuro, ir galima krovinio masė sumažės iki 8 tonų. Visgi tokios masės yra tikrai didelės (palyginimui – United Launch Alliance raketa Delta-4 Heavy pakelia 14 tonų, o Arianespace Ariane5 – dešimt su puse). Koks krovinys bus gabenamas šiuo skrydžiu – dar neaišku, bet SpaceX atstovai teigia, kad tai turėtų būti palydovas, skirtas arba komerciniams, arba JAV saugumo tikslams.

***

Sena atmosfera. Net dvi naujienos iš praeitos savaitės kalba apie Žemės atmosferą senais laikais. Tie laikai buvo prieš 2,7 milijardo metų. Atmosfera tada buvo labai kitokia, nei dabartinė – mažai deguonies, didelis tankis... ar bent jau taip buvo manoma iki šiol. Nauji atradimai verčia peržiūrėti abu šiuos teiginius. Ištyrę kelias dešimtis mikrometeoritų, mokslininkai nustatė, kad viršutiniuose atmosferos sluoksniuose buvo daug daugiau deguonies, nei arti Žemės paviršiaus, galbūt net tiek pat, kiek šiandieninėje atmosferoje. Mikrometeoritai greičiausiai subyrėjo kelių dešimčių kilometrų aukštyje virš Žemės paviršiaus, o jų paviršius padengtas geležies oksidu – tai reiškia, kad krisdami toliau, jie sąveikavo su nemažu deguonies kiekiu atmosferoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

Tuo tarpu kita tyrėjų grupė nagrinėjo Australijoje randamose senose lavos tėkmėse sustingusius burbuliukus. Šių burbuliukų dydis priklauso nuo atmosferos slėgio tuo metu, kai lava dar nebuvo sustingusi. Išmatavę burbuliukų skersmenis, mokslininkai nustatė, kad prieš 2,7 milijardo metų Žemės atmosfera greičiausiai buvo retesnė, nei dabar. Gali būti, kad atmosfera praretėjo lyginant su dar ankstesne tankesne, kai pirmosios gyvybės formos ėmė sparčiai vartoti azotą. Vėliau, atsiradus deguonį gaminančiai gyvybei, azotas ir deguonis buvo išmetami į atmosferą ir ji vėl sutankėjo maždaug iki dabartinio slėgio. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Magnetinės audros. Saulės vėjas, sąveikaudamas su Žemės magnetosfera, apgaubia Žemę ir yra nustumiamas į šalis. Tam reikalingas magnetinio persijungimo procesas – Saulės magnetinio lauko linijos, pasiekusios žemiškąsias, susijungia su jomis. Šis procesas daug nagrinėtas skaitmeniniais modeliais ir laboratoriniais eksperimentais, tačiau tik dabar pavyko jo eigą pamatyti realybėje. Keturi NASA zondai, sudarantys MMS (Magnetospheric MultiScale mission) programą, skraidydami persijungimo regione, labai sparčiai stebėjo elektringų dalelių judėjimą, ir nustatė, kaip vyksta persijungimo procesas ir kaip jo metu magnetinio lauko energija perduodama protonams ir elektronams. Visi gauti duomenys puikiai atitiko teorinį ir laboratorinį supratimą apie magnetinio lauko persijungimą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

Žemės magnetinis laukas kartais apsiverčia – šiaurinis polius tampa pietiniu. Tai vyksta reguliariai, tarp apsivertimų praeina 200-300 tūkstančių metų, tačiau po paskutinio apsivertimo praėjo jau gerokai daugiau laiko, taigi gali būti, kad magnetinis laukas apsivers kažkada visai netrukus. Pastaruoju metu vykdomi detalūs magnetinio lauko stiprumo tyrimai rodo gana greitus – per keletą mėnesių vykstančius – procentų lygio stiprumo pokyčius. Ar jie žymi magnetinio lauko apsivertimo pradžią, ar yra natūralių nuolatos vykstančių svyravimų dalis – nežinia.

***

Tranzito mokslas. Praeitą pirmadienį įvykęs Merkurijaus tranzitas Saulės disku į internetus atnešė labai daug nuotraukų, kurių šiek tiek rasite čia, o čia - aukštos raiškos tranzito filmukas. Tranzitas pasitarnavo ir moksliniams tikslams – jo stebėjimai leido patikslinti egzoplanetų tranzitų stebėjimų interpretaciją.

Prieš metus pasibaigusios MESSENGER misijos duomenys sudėti į detaliausią kada nors padarytą Merkurijaus merkurlapį. Šiuose žemėlapiuose aiškiai pavaizduoti ir paviršiaus darinių aukščiai bei gyliai, taigi galima įsivaizduoti, kad skrendame virš planetos paviršiaus.

***

Marso deguonis. Marso atmosferoje yra šiek tiek deguonies. Labai nedaug, todėl ir aptikti jį – pasiutusiai sudėtinga. Viking ir Mariner zondai, nusileidę Marso paviršiuje aštuntajame dešimtmetyje, deguonį užfiksavo, bet vėliau to pakartoti nepavyko (tiesa, atrodo, nelabai buvo ir bandoma). Dabar pagaliau pasiekimas pakartotas, tik jau iš Žemės. Teleskopu SOFIA, kuris stebi infraraudonuosius spindulius ir yra įrengtas specialiai pritaikytame lėktuve, kuriuo galima pakilti į 11-13 km aukštį, nustatytas atominio deguonies (t. y. palaidų deguonies atomų) spektrinis signalas. Signalas labai silpnas, nes deguonies, kaip minėta, labai nedaug – kvėpuoti tikrai neverta bandyti. Bet apskritai rezultatas įdomus. Jis publikuotas Astronomy & Astrophysics.

Kad jau prakalbome apie deguonį Marse, štai jums ir filmukas apie tai, kada ten galės gyventi žmonės. Na, ar bent jau numirti:

***

Saturno ašigaliuose sukasi vėtros, kurių skersmenys palyginami su visos Žemės dydžiu. Šiauriniame ašigalyje vėtra yra šešiakampės formos. Pietinio sūkurio vaizdai sutinkami ne taip dažnai, bet irgi yra įspūdingi. Čia matome Cassini zondo padarytą labai detalią nuotrauką, kurios vienas pikselis atitinka du kilometrus Saturno paviršiaus.

***

Plutono klasifikacija. Plutono sąveika su pro šalį lekiančiu Saulės vėju yra panašesnė į planetų, nei į asteroidų ar nykštukinių planetų. Nors taip toli nuo Saulės jos vėjas yra silpnas, bet elektringos dalelės ten vis tiek lekia ir sąveikauja su planetų atmosferomis. New Horizons duomenys parodė, kaip Plutono atmosfera reaguoja į Saulės vėją – pasirodo, ji yra nupučiama gerokai menkiau, nei buvo tikimasi. Taip savo atmosferą išlaiko planetos. Iš kitos pusės, prieš Plutoną Saulės vėjas šiek tiek sulėtėja ir susiformuoja silpna smūginė banga, panašiai kaip kometose. Taigi bendrai paėmus Plutono sąveika su Saulės vėju turi Saulės sistemoje unikalių savybių. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research.

***

Nykštukės dydis. Saulės sistemos pakraštyje, nuo Saulės nutolęs per maždaug 67 astronominius vienetus (AU; 1 AU – vidutinis atstumas tarp Saulės ir Žemės; Plutonas nuo Saulės nutolęs per maždaug 37 AU), sukasi objektas, kol kas neturintis vardo, žinomas tik katalogo numeriu . Naujausi jo stebėjimai, atlikti Heršelio kosminiu teleskopu ir Keplerio misijos K2 metu, parodė, kad jis iš tiesų yra gana didelis – tarp 1310 ir 1610 km, o tikėtiniausias skersmuo yra 1535 km. Tai reiškia, kad už jį didesnės yra tik dvi nykštukinės planetos – Plutonas (2374 km) ir Eridė (2236 km). Dar panašaus dydžio yra Haumėja, kurios forma labai pailga ir viena kryptimi ilgis siekia 1920 km, tačiau kita yra gerokai mažesnis. Makemakės skersmuo – 1430 km. Taigi , iš pradžių dar vadintas Snieguole (nes buvo manoma, kad jis atspindi labai daug Saulės šviesos, bet vėliau paaiškėjo, kad tai visai netiesa, todėl ir pravardė pranyko), iš tikro yra visai nemažas kūnas. Bet jis neturi vardo! Koks tas vardas bus – kol kas nežinia; teisę jį siūlyti pirmiausiai turi objekto atradėjai. Kitos planetos – ir didelės, ir nykštukinės – pavadintos įvairiais dievais; dauguma romėniškaisiais, bet ne taip seniai atrastos nykštukinės pavadintos pagal kitų religijų dievus. Ech, kad taip pasiūlytų kokį Eru ar Manvę... Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Keplerio radiniai. Praeitą savaitę paskelbta apie 1284-ių naujų egzoplanetų atradimą. Na, toks teiginys nėra visiškai teisingas: apie šias planetas žinojome jau anksčiau, bet dabar patvirtinta, kad jos beveik neabejotinai egzistuoja. Kaip šitai suprasti? Reikalas čia yra toks, kad egzoplanetos aptiktos Keplerio teleskopu, kuris matuoja planetų tranzitus. Tačiau tranzitas – periodinis žvaigždės šviesio sumažėjimas – gali įvykti ir dėl kitų priežasčių, pavyzdžiui ilgalaikės žvaigždės dėmės arba kompanionės rudosios nykštukės (kuri yra daugiau nei 13 kartų masyvesnė už Jupiterį ir planeta nelaikoma). Taigi Keplerio atrastos planetos vadinamos planetomis-kandidatėmis, ir šiuos atradimus reikia kažkaip patvirtinti. Paprastai patvirtinimo siekiama stebint žvaigždę su antžeminiais teleskopais, galinčiais išmatuoti žvaigždės judėjimo greitį; jei aplink žvaigždę sukasi planeta, matysime, kaip žvaigždė juda tai truputį tolyn nuo mūsų, tai truputį artyn, lyginant su vidutiniu jos greičiu. Šitaip aptikta planeta jau laikoma patvirtinta. Bet šįkart grupė mokslininkų nusprendė padaryti kitaip – jie pasinaudojo geriausiu mūsų supratimu apie žvaigždžių dėmes, rudąsias nykštukes ir kitus galimus reiškinius, kurie gali apsimesti planetomis, ir nustatė kiekvienos Keplerio atrastos planetos realumo tikimybę. Visi radiniai, kuriems tikimybė būti realiems yra didesnė, nei 99 procentai, paskelbti tikromis egzoplanetomis. Taip dar kartą patvirtintas jau anksčiau aptiktų 984 planetų egzistavimas, aptiktos 1284-os naujos egzoplanetos, o dar 1327-os greičiausiai irgi yra tikros egzoplanetos, bet šis teiginys nėra toks tvirtas, kad jas būtų galima patvirtinti. Dar 707 Keplerio radiniai greičiausiai yra ne planetos. Šitaip patvirtintų egzoplanetų skaičius išauga iki maždaug 3200, o Kepleriui priklauso daugiau nei 2200-ų atradimas. Tyrimo rezultatai arXiv.

Tarp naujai aptiktų planetų maždaug 550 yra pakankamai mažos, kad greičiausiai būtų uolinės. Tiesa, visiško Žemės analogo – planetos, kurios masė ir motininė žvaigždė atitiktų žemiškąsias – kol kas nėra, nors dvi – Keplerio-1229b ir Keplerio-1638b – yra tikrai panašios, pirmoji mase, antroji motininės žvaigždės ir orbitos savybėmis. Apskritai tarp naujųjų planetų yra devynios, panašios į Žemę ir patenkančios į savo žvaigždžių gyvybines zonas – sritis, kuriose temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Šie nauji duomenys patvirtina jau anksčiau išryškėjusį paveikslą – į Žemę panašios ar šiek tiek už ją didesnės uolinės planetos yra dažniausiai sutinkamas planetų tipas Galaktikoje. Maždaug kas ketvirta Paukščių Tako žvaigždė turėtų turėti po uolinę planetą gyvybinėje zonoje.

Tarp naujai paskelbtų egzoplanetų akį traukia viena sistema, Keplerio-223, kurioje yra keturios planetos, surakintos į orbitinį rezonansą. Tai reiškia, kad visų planetų metų trukmių santykiai gali būti išreiškiami nedidelių natūraliųjų skaičių santykiais. Keplerio-223 atveju šie skaičiai yra 8:6:4:3, t. y. kol vidinė planeta apsuka aštuonis ratus aplink žvaigždę, antroji apsuka šešis, trečioji – keturis, o ketvirtoji – tris. Saulės sistemoje panašūs rezonansai egzistuoja tarp Neptūno ir Plutono (3:2) bei kai kurių Jupiterio palydovų. Visgi šis atradimas – tikrai stebinantis, nes Keplerio-223 yra šešių milijardų metų amžiaus. Per tiek laiko rezonansą tikrai galėjo suardyti net ir netoliese skraidantys asteroidai arba kokia kita sistemos planeta, jei tokia egzistuotų, mat rezonansai dažniausiai yra gana nestabilios konfigūracijos. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Gyvybė Galaktikoje? Balandžio mėnesį vykusiame JAV fizikų draugijos suvažiavime daug dėmesio skirta nežemiškos gyvybės paieškoms ir bandymams įvertinti, kiek nežemiškų civilizacijų galėtų būti Paukščių Take ar visoje Visatoje. Šis įvertinimas remiasi pusšimčio metų senumo Dreiko lygtimi, kuria bandoma priskirti skaitines vertes įvairiems civilizacijai atsirasti reikalingiems aspektams – nuo žvaigždžių formavimosi spartos Galaktikoje iki tikimybės, kad planetoje atsiradusi gyvybė taps protinga ir sukurs civilizaciją bei pradės komunikuoti. Aišku, daugumos šių faktorių verčių mes nei žinome, nei realiai galime įsivaizduoti, bet tai netrukdo bandyti juos sudauginti; taip gaunami rezultatai, kad šiuo metu Galaktikoje yra gal tik dvi komunikuojančios civilizacijos, o gal jų yra 200 milijonų. Bet klausimą, ar mes esame vieniši, galima nagrinėti ir kitaip – remiantis egzoplanetų atradimais ir netgi Paukščių Tako tinkamumu uolingoms planetoms formuotis. Pasirodo, masyvesnėse galaktikose susiformuoti uolinėms planetoms tikimybė yra didesnė, tačiau Paukščių Tako masės galaktikų yra daugiau, taigi mūsų egzistavimas būtent tokioje galaktikoje neturėtų būti netikėtas. Tuo tarpu Saulės sistemos konfigūracija atrodo gana išskirtinė – dauguma kitų žinomų sistemų turi masyvias planetas prie žvaigždės, o mažesnės masės – toliau, priešingai, nei pas mus. Ar tai svarbu gyvybės formavimuisi? Atsakymas yra tvirtas galbūt. Ar šios diskusijos yra niekur nevedantis filosofavimas? Kol kas filosofijos čia daugiau, nei mokslo, bet nebūtinai taip bus ateityje; o tokie svarstymai gali padėti nuspręsti, kokiais būdais geriausia ieškoti nežemiškos gyvybės, nesvarbu, protingos ar ne.

***

Savaitės filmukas – apie besiplečiančią supernovą. Jos šviesa mus pasiekė 1572-aisiais metais, bet jos liekana vis dar plečiasi. Ir penkiolika metų rentgeno spindulių stebėjimų bei trisdešimt metų radijo bangų stebėjimų leidžia pamatyti tą plėtimąsi gyvai. Filmuką sukūrė Chandra rentgeno spindulių teleskopo komanda, bet jūtūbėje radau tik apkarpytą versiją be autorių įvardinimo:

***

Reliatyvumas veikia. Bendroji reliatyvumo teorija labai gerai paaiškina bendrą Visatos evoliuciją beveik nuo Didžiojo sprogimo iki mūsų dienų. Ja paremtas kosmologinis modelis, vadinamas ΛCDM (Lambda, t. y. tamsiosios energijos, ir šaltosios tamsiosios materijos), paaiškina kosmologinių struktūrų formavimosi eigą. Dabar pirmą kartą patikrinta, ar šio modelio prognozės apie labai tolimų galaktikų telkimąsi į struktūras atitinka realybę. Tam pasirinktos beveik 3000 galaktikų, patekusių į Japonijos teleskopo Subaru apžvalgą. Šių galaktikų šviesa iki mūsų keliavo daugiau nei 9 milijardus metų, taigi stebėdami jas, žvelgiame į Visatos vaizdą, kai ji buvo trigubai jaunesnė, nei dabar. Išmatavus šių galaktiktų pasiskirstymą dangaus plokštumoje ir jų raudonojo poslinkio (kuris nurodo atstumą) pasiskirstymą, apskaičiuoti nukrypimai nuo tolygumo, t. y. nustatyta, kiek smarkiai galaktikų tarpusavio gravitacija jas spėjo sutelkti į spiečius. Nuokrypio vertė labai gerai atitinka ΛCDM modelio prognozes. Anksčiau šie nuokrypiai buvo patikrinti artimesnėms galaktikoms ir taip pat puikiai atitiko. Šis rezultatas ne tik patvirtina, kad ΛCDM modelio prognozės atitinka realybę, bet ir suteikia dar vieną būdą patikrinti alternatyvias, pavyzdžiui modifikuotos gravitacijos, kosmologines teorijas. Tyrimo rezultatai arXiv http://arxiv.org/abs/1511.08083.

***

Štai ir visos naujienos, kurias surinkau šį kartą. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Šįkart kąsnelis truputį ankstyvesnis ir truputį trumpesnis, nei įprastai, nes vasara – toks jau metas, kad ne kiekvieną pirmadienį būnu vietoje su internetu. Taigi kol aš būsiu miškuose, jums siūlau paskaityti apie Junoną, kur prie Jupiterio atskrenda, New Horizons ir kitas misijas, tolimiausią Visatos nuotrauką ir dar šį bei tą.

***

Asteroido evoliucija. Dar 2003 metais į asteroidą Itokawa išskrido Japonijos zondas, ten paėmė mėginių ir 2010-aisiais juos grąžino į Žemę. Dabar naujausi analizės įrankiai leido ištirti šių mėginių – iki 10 mikrometrų dydžio kruopelių – sandarą ir parodė, kad juose yra keturių tipų poveikio pėdsakai. Iš jų galima nustatyti, kad Itokava susiformavo prieš 4,5 milijardo metų, bet tada buvo apie 40 kartų didesnis, nei dabar (dabar jo dydis yra apie pusę kilometro). Vėliau jis keletą kartų susidūrė su kitais asteroidais ir buvo ardomas, veikiamas Saulės vėjo ir spinduliuotės, kol pasiekė dabartinę struktūrą. Tyrimo rezultatai publikuojami Geochimica et Cosmochimica Acta.

***

Ankstyvi susidūrimai. Du meteoritai, pilni rutuliukų chondrulių, atskleidė netikėtų žinių apie Saulės sistemos formavimąsi. Chondrulėse randami mineralai magnetitai, kurie turi dvi versijas – šaltąją ir karštąją; pavadinimai nurodo mineralo formavimosi sąlygas. Anksčiau meteorituose buvo aptiktas tik šaltasis magnetitas, taigi buvo manoma, kad jis formavosi protoplanetiniame diske lėtai maišantis dujoms. Visgi dabar dviejuose meteorituose aptiktos chondrulės su karštaisiais magnetitais. Tai reiškia, kad bent dalis magnetito ankstyvojoje Saulės sistemoje fomavosi karštomis sąlygomis – susitrenkiant didelėms protoplanetinėms uolienoms. Tokias sąlygas sukurti galėjo didžiųjų planetų gravitacijos keliamos perturbacijos. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Deguonis Marse. Smalsiukas jau prieš pusantrų metų aptiko mineralų su dideliu mangano kiekiu. Dabar, išanalizavus šių tyrimų detalius duomenis, paaiškėjo, kad manganas tuose mineraluose yra ne palaidas, bet susijungęs su deguonimi į mangano oksidą. Žemėje mangano oksidas natūraliai formuojasi tik ten, kur daug vandens ir stipriai veikia oksidacijos procesai. Jei tas pat galioja ir Marsui, vadinasi kadaise tose Marso vietose buvo ne tik daug vandens (tai žinota jau seniau), bet ir santykinai daugiau deguonies, nei dabar atmosferoje (to anksčiau nežinota). Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

Žemėje egzistuoja dviejų tipų vėjo suneštos kopos: maži iki 30 centimetrų ilgio kalneliai arba ilgi kilometrus besitęsiantys gūbriai. Marse aptiktas tarpinis variantas, primenantis struktūras, kurias suformuoja per smėlį greitai tekantis vanduo. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad šių struktūrų dydis turėtų būti atvirkščiai proporcingas planetos atmosferos tankiui, taigi panašių senovinių struktūrų pėdsakai gali padėti išsiaiškinti, kaip Marsas prarado atmosferą. Marsaeigis Opportunity tokių pėdsakų buvo užfiksavęs, bet turimi duomenys nepakankamai detalūs, kad iš jų būtų galima nustatyti atmosferos pokyčius. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Cereros pluta. Du nauji tyrimai rodo, kad mūsų supratimas apie Cererą yra toli gražu nepilnas. Viename jų analizuojamas šviesių dėmių Cereros paviršiuje spektras, iš kurio paaiškėja, kad dėmių paviršiuje yra ne magnio sulfatas, kaip manyta anksčiau, o natrio karbonatas. Tokiems mineralams formuotis reikia vandens, taigi Cereroje jo kažkada buvo. Gali būti, kad druskingas skystas vanduo egzistavo trumpai po asteroido smūgio į nykštukinę planetą, o vėliau, vandeniui garuojant, karbonato nuosėdos liko kraterio dugne. Kitame tyrime, remiantis Cereros topografija – kalnų ir įdubų „aštrumu“ – teigiama, jog nykštukinės planetos pluta sudaryta daugiausiai iš akmens, o ne iš ledo. Tiesa, kai kuriose vietose krateriai yra labai glotnūs, taigi ten po paviršiumi gali būti storas ledo sluoksnis, kuris leidžia krateriams išsilyginti gerokai greičiau, nei akmuo. Pirmasis tyrimas publikuojamas Nature, antrasis – Nature Geoscience.

Cerera turi daug paslapčių ir neatsakytų klausimų. Svarbiausi iš jų – tos pačios dėmės, jos formavimosi istorija, panašios kilmės asteroidų nebuvimas ir taip toliau – aptariami šiame Space.com straipsnyje.

***

Junonos skrydis. Artėjant rytojui, kad zondas Juno (arba, sulietuvinus, Junona) įskries į orbitą aplink Jupiterį, daugėja ir įvairių pranešimų apie misijos detales. Dar penktadienį Junona įskrido į Jupiterio magnetosferą, kuri yra bene didžiausias objektas Saulės sistemoje. Čia galite išgirsti, kaip Junonos magnetometras pajuto magnetosferos ribos kirtimą. Vienas iš Junonos tikslų – išsiaiškinti, kaip ta magnetosfera atsiranda, t. y. ištyrinėti dinamo efektą, kuriamą skysto vandenilio Jupiterio atmosferoje.

Junona turi ir nedidelį regimųjų spindulių teleskopą, kuriuo bus daromos Jupiterio nuotraukos. Šiuo metu Jupiterio detalių nuotraukų dar neturime, bet savaitės pradžioje Junona nufotografavo keturis didžiausius Jupiterio palydovus. Norėdami pamatyti pačią planetą, kol kas galime pasigrožėti nuotraukomis, darytomis Europos pietinės observatorijos (ESO) Labai dideliu teleskopu (VLT). Nuotraukos darytos infraraudonųjų spindulių diapazone, taigi jose matyti debesų temperatūra – šalti debesys, dengiantys žemiau esančius šiltesnius sluoksnius.

Su Junona, kaip ir su kitais tolimais zondais, Žemėje komunikuoja NASA Giliojo kosmoso tinklas (Deep Space Network). Šį tinklą sudaro teleskopai Kalifornijoje, Ispanijoje ir Australijoje, kurie gali vienu metu žiūrėti į visą dangų. Orbitos manevrų metu Junona nusisuks nuo Žemės, todėl signalas iš jos susilpnės ir jam aptikti reikės visų kiekvienos stoties antenų bendro darbo; antenų kiekvienoje stotyje yra 4-5.

***

Pratęstos misijos. NASA oficialiai pranešė, kad New Horizons misija pratęsiama dar bent trejiems metams, kad zondas galėtų praskristi pro Kuiperio žiedo objektą 2014 MU69. Taip pat pranešta, kad zondas Dawn liks orbitoje aplink Cererą visiems laikams. Misijos komanda norėjo jį nusiųsti ištyrinėti dar vieną asteroidą, bet NASA tokiai idėjai nepritarė. Iš kitos pusės, tai reiškia, kad Dawn tęs darbus Cereros orbitoje kol baigsis jo kuras; tai įvyks ne anksčiau, nei šių metų pabaigoje. Oficialiai Dawn misiją prie Cereros užbaigė paskutinę birželio dieną.

***

Savaitės paveiksliukas – žvaigždėdaros regionas Laputės OB1 (Vulpecula OB1). Raidės OB žymi du masyvių žvaigždžių spektrinius tipus (O ir B); būtent tokios žvaigždės, kurių šiame regione yra labai daug, kuria mėlynus burbulus, jonizuodamos aplinkinę medžiagą. Nuotrauka daryta infraraudonųjų spindulių ruože, naudojant kosminį teleskopą Herschel.

***

Penkiaplanetė sistema. Dauguma egzoplanetų, aptiktų su Keplerio teleskopu, sukasi aplink blausias žvaigždes; blausių žvaigždžių paprasčiausiai yra daugiau, nei šviesių. Dabar Keplerio misija, pervadinta į K2, stebi skirtingus dangaus laukus, keisdama žiūrėjimo kryptį kas 90 dienų, taigi blausių žvaigždžių mato nedaug, ir atradimai koncentruojasi prie ryškesnių žvaigždžių. Praeitą savaitę paskelbta apie sistemą su penkiomis planetomis: dvi planetos mažesnės už Neptūną, viena maždaug tokio dydžio, kaip Neptūnas, viena truputį mažesnė už Saturną ir viena dydžiu prilygsta Jupiteriui. Didžiausioji planeta aplink žvaigždę, HIP 41378, vieną ratą apsuka per maždaug metus, kitų planetų metai trunka mažiau. Tokios planetos ateityje galėtų būti stebimos detaliau, nustatoma jų atmosferų sudėtis ir orbitų dinamika. Su planetomis prie blausių žvaigždžių tą padaryti sudėtinga, nes reikia labai ilgų stebėjimų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pažintis su egzoplanetomis. Per du dešimtmečius nuo pirmųjų egzoplanetų atradimo, jų skaičius išaugo iki keleto tūkstančių. Susigaudyti tuose duomenyse – sudėtinga, tad į pagalbą atskuba mobilios programėlės. Space.com pristato dvi programėles, Exoplanet ir Exo Planets Explorer 3D, kuriomis naudodamiesi galėsite greitai pasiekti bet kurios egzoplanetos duomenis ir taip geriau su jomis susipažinti.

***

Kalbant apie reliatyvistinius efektus, pavyzdžiui buvimą arti juodosios skylės, dažnai minimas laiko išsitempimas (time dilation). Kas tai yra, pasakojama savaitės filmuke:

***

Visatos toliai. Praeitą savaitę paskelbti naujausi Notingemo universitete vykdomo Ultra Deep Survey projekto rezultatai. Šis projektas – tai 0,8 kvadratinių laipsnių dangaus ploto (maždaug keturis kartus didesnio už Mėnulio pilnatį) fotografavimas infraraudonųjų spindulių diapazone, siekiant išgauti kuo didesnį jautrumą blausių galaktikų spinduliuotei. Iš viso dangaus plotelis stebėtas jau daugiau nei tūkstantį valandų; taip įmanoma pamatyti daugybę labai tolimų galaktikų, kurių šviesa iki mūsų keliavo daugiau nei 10 milijardų metų. Šie rezultatai pirmą kartą leis tokias tolimas galaktikas nagrinėti statistiškai, o ne kaip pavienius objektus. Tikimasi, kad tai padės atsakyti į klausimą, kodėl daugybė masyvių galaktikų nustojo formuoti žvaigždes prieš maždaug 10 milijardų metų.

***

Pirmasis apšvietimas. Kol kas dar nėra išsiaiškinta, kada tiksliai didžioji dalis Visatą užpildančio vandenilio tapo jonizuota. Jonizavo jį pirmųjų galaktikų spinduliuotė, bet kokios tai buvo galaktikos ir kiek laiko praėjo, kol jose esančių žvaigždžių šviesa išsiveržė iš galaktikų į tarpgalaktinę erdvę, vis dar neaišku. Dabar atliktas didelis apžvalginis tyrimas, kuriame buvo ieškota galaktikų, turinčių jonizuoto vandenilio dideliu nuotoliu nuo Žemės. Jo rezultatai parodė, kad kai Visatos amžius buvo 830 milijonų metų, daug galaktikų turėjo plačius švytinčius halus, o kai Visatai buvo 1 milijardas metų, tokių halų buvo daug mažiau. Halai yra sudaryti iš neutralaus vandenilio, atspindinčio jonizuojančią spinduliuotę. Taigi tarp 800-1000 milijonų metų po Didžiojo sprogimo galaktikų spinduliuotė išsiveržė iš galaktikų ir ėmė sklisti tarpgalaktinėje erdvėje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai toks kąsnelis gavosi šį kartą. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Kaip pamatyti juodąsias skyles? Kaip patikrinti gravitacijos modelius? Kaip aptikti egzoplanetas? Į visus šiuos klausimus atsakyti padeda gravitaciniai lęšiai. Šios ir kitos naujienos, kaip įprasta, po kirpsniuku. O jei perskaitę galvojate, kad naujienos patinka ir norite jų matyti daugiau, galite paremti Konstantą Patreon platformoje.

***

Sulėtėjusi Saulė. Mūsų Saulė aplink savo ašį sukasi maždaug vieną kartą per 25 paras. Tiesa, netolygiai – arti pusiaujo esantys regionai juda greičiau, nei esantys prie ašigalių. Prieš maždaug dešimt metų paaiškėjo ir tai, kad viršutiniai Saulės sluoksniai sukasi lėčiau, nei esantys žemiau jų. Tokio skirtumo kol kas nepavyko paaiškinti, bet dabar nauji stebėjimai pakišo idėją – pasirodo, Saulę stabdo jos išspinduliuojami fotonai. Kiekvienas fotonas, palikdamas Saulę, išsineša šiek tiek energijos, o su ja – ir judesio kiekio bei, kas ypatingai svarbu, judesio kiekio momento – šis dydis nurodo, kiek sistema turi sukimosi energijos. Išspinduliavęs fotoną viršutinis Saulės sluoksnis netenka trupučio judesio kiekio momento ir sulėtėja. Naujausi stebėjimai, kuriais remdamiesi mokslininkai pasiūlė tokį paaiškinimą, rodo, kad dar labiau sulėtėja pats Saulės fotosferos viršus, kuriame spinduliuotė atsiskiria nuo medžiagos. Per Saulės amžių išspinduliuoti fotonai išsinešė tiek judesio kiekio momento, kiek jo trūksta viršutiniams Saulės sluoksniams – šis sutapimas paremia hipotezę, nors jos ir neįrodo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gyvybė Marse. Gyvybės egzistavimas Raudonojoje planetoje yra vis dar neatsakytas klausimas, tačiau jau tvirtai žinoma, kad kadaise ten buvo gyvybės egzistavimui tinkamos sąlygos. Štai Gale krateryje, kuriame važinėja Smalsiukas, gyvybė galėjo egzistuoti net šimtus milijonų metų. Curiosity išanalizavo uolienas, kurios šiuo metu yra nevienodame aukštyje virš vidutinio Marso paviršiaus, iš viso aprėpdamas 200 metrų intervalą, kuris atitinka šimtų milijonų metų skirtumą tarp uolienų atsiradimo laiko. Paaiškėjo, kad visą tą laiką Gale krateryje buvo vandens ar bent jau drėgmės. Įvairių mineralų gausos skirtumai rodo, kad iš pradžių vanduo krateryje buvo gana gėlas, vėliau tapo kiek rūgštesnis, dar vėliau – sūresnis, bet visos sąlygos gyvybei iš principo tiko. Be to, visuose sluoksniuose aptikta organinių medžiagų. Jos visai nebūtinai yra gyvybės pėdsakai, tačiau galėjo būti naudingos senovinei gyvybei, taip pat bus naudingos ateities kolonistams.

***

Cereros ledas. Cerera, didžiausias Asteroidų žiedo kūnas, yra mažytė, palyginus su planetomis. Tačiau jos tyrimai, nuo 2015-ųjų kovo vykdomi zondu Dawn, nesiliauja stebinę. Štai praeitą savaitę pranešta, kad nykštukinėje planetoje, visai negiliai po paviršiumi, yra daug vandens ledo. Tokia išvada gauta išnagrinėjus Cereros paviršiuje esančių darinių spektrus – paaiškėjo, kad daugelis paviršiaus uolienų turi labai daug vandenilio, kuris ten gali atsirasti, jei jos kažkada sąveikavo su vandeniu arba ledu; kitokiais procesais tokį vandenilio kiekį paaiškinti sunku. Be to, gali būti, kad kurį laiką Cereroje buvo daug skysto vandens – šiuo evoliucijos laikotarpiu galėjo atsiskirti jos kietas branduolys ir skystas paviršius, o tada, paviršiui suledėjus, išryškėjo ir cheminės sudėties skirtumai, dabar pasireiškiantys paviršiaus uolienose. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

Kitame tyrime nustatyta, kad Cerera turi kraterių, kurių dugno niekada neapšviečia Saulė. Anksčiau tokie krateriai aptikti Mėnulyje ir Merkurijuje, o jų dugnuose rasta vandens ledo. Taip pat vandens ledo rasta ir dešimtyje iš daugiau nei 600 Cereros tamsiųjų kraterių. Tai, kad ledo turi tokia maža kraterių dalis, yra keista; gali būti, kad kituose vandens ledo nematyti dėl dengiančio dulkių sluoksnio, arba Cereros ašies posvyrio kampas kartais pakinta ir kraterių dugną pasiekia Saulės šviesa, kuri vandenį greitai išgarina. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Savaitės paveiksliukas – Jupiterio nuotrauka, atsiųsta Juno zondo. Dešinėje jos pusėje matomas didelis baltas ovalas – vienas iš šiuo metu matomų aštuonių panašių sūkurių, besisukančių daugmaž vienoje juostoje planetos pietiniame pusrutulyje. Sūkuriai stebimi nuo 1986-ųjų metų, jų skaičius kinta nuo šešių iki devynių.

***

Proksimos žybsniai. Egzoplaneta Proksima b yra labai arti savo žvaigždės Kentauro Proksimos. Panašių egzoplanetų žinoma ir daugiau. Žvaigždžių žybsniai gali reikšmingai paveikti jų atmosferas ir netgi paviršių, sumažinti tinkamumą gyvybei. Nauja analize norėta išsiaiškinti, kokio stiprumo yra šis poveikis. Nors žybsnių ir poveikių įvairovė didžiulė, vidutiniškai į Žemę panašios egzoplanetos, esančios arti žvaigždžių, turėtų dažnai patirti žybsnius, kurie gali sukelti masinius gyvybės išnykimus (bent jau tokios gyvybės, kokia yra Žemėje), nors žybsnių stiprumo ir nepakanka planetai visiškai sterilizuoti. Tokia situacija tikėtina ir Proksimoje b. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzoplanetos oras. Egzoplanetą HAT-P-7 b nuo mūsų skiria 320 parsekų, o aplink savo žvaigždę ji apskrieja vos per 2,2 paros. Ji yra taip arti žvaigždės, kad žvaigždės gravitacija ją potvyniškai prirakina – planeta visą laiką į žvaigždę atsukusi vieną pusę. Detalūs stebėjimai parodė aiškius skirtumus tarp dieninės ir naktinės planetos pusės. Stebėjimai rodo, kad planetos atspindėtos šviesos intensyvumas maksimumą ne visada pasiekia tuo metu, kai planeta nuskrieja už žvaigždės, žiūrint iš mūsų pusės. Maksimalios atspindėtos šviesos laikas taip pat nevienodas kiekvienoje orbitoje. Tokius stebėjimus galima paaiškinti, jei naktinėje planetos pusėje formuojasi debesys. Patekę į dieninę pusę, jie garuoja, bet kiekvieną kartą vis šiek tiek skirtingai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žemės išskirtinumas. Ar Žemė – išskirtinė planeta? Šiuo metu žinome jau kelis tūkstančius egzoplanetų, bet Saulės sistema, palyginus su jų sistemomis, atrodo gana neįprasta. Panašių į Žemę planetų – uolinių, panašios masės ir esančių savo žvaigždės gyvybinėje zonoje – esama, bet kol kas neturime apie jas daug žinių. Taigi ir esminis klausimas – kiek tikrai panašių į Žemę planetų yra Galaktikoje – lieka neatsakytas. Atsakymui reikėtų padaryti į Žemę panašios egzoplanetos nuotrauką; tiesioginis planetos atvaizdas leistų nustatyti jos atmosferos sandarą ir daug tiksliau palyginti ją su mūsiške. Kol kas tiesiogiai nufotografuotos tik planetos-milžinės, esančios toli nuo savo žvaigždžių, taigi siekdami užpildyti šią spragą, grupė astronomų pradėjo projektą „Mėlyna“ (Project Blue), kurio tikslas – sukurti kosminį teleskopą, kuris pajėgtų padaryti planetos prie Kentauro Alfos (arba Proksimos) nuotrauką. Projektas šiuo metu bando surinkti finansavimą Kickstarter platformoje, taigi prisidėti prie jo galite ir jūs.

Kita egzoplanetinė naujiena susijusi su toli nuo žvaigždžių esančiomis planetomis. Vienas iš būdų jas aptikti yra mikrolęšiavimas – planetos sukeliamas tolimos žvaigždės šviesos paryškėjimas, kai planeta pralekia tarp tos žvaigždės ir mūsų. Šiuo metodu aptikta apie pusšimtį planetų. Toks skaičius jau pakankamas, kad būtų galima daryti statistinę jų analizę. Ji parodė, kad tikėtiniausia planetos masė maždaug atitinka Neptūno masę, arba apie 17 Žemės masių. Tiesa, ši analizė galioja tik planetoms, esančioms už savo žvaigždžių sniego linijų – ribų, už kurių protoplanetiniuose diskuose ledas neišgaruoja. Už sniego linijos gali formuotis ledo milžinės, tokios kaip tas pats Neptūnas arba Uranas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždės pritemimai. Atsimenate „Tabi žvaigždę“, ramybės neduodantį Keplerio teleskopu atrastą objektą, kartais keistai pritemstantį, kuriam kol kas nėra paaiškinimo? Praeitą savaitę pranešta apie šiek tiek panašios žvaigždės aptikimą. Tai – irgi Keplerio radinys. RIK-210 yra 5-10 milijonų metų amžiaus, taigi labai jauna, žvaigždė, matoma Skorpiono žvaigždyne. Jos masė siekia pusę Saulės masės. 2014-ųjų metų rugpjūčio-lapkričio mėnesiais Kepleris stebėjo šią žvaigždę ir aptiko, kad kas 5,67 paros ji pritemsta, kartais net iki 15 procentų. Pritemimų periodas sutampa su žvaigždės sukimosi periodu, tačiau tokie stiprūs pritemimai negali būti paaiškinami žvaigždės dėmėmis, bent jau mūsų dabartinis supratimas apie žvaigždžių magnetosferas to neleidžia (Saulės šviesis dėl dėmių sumažėja tik procento dalimis). Žvaigždė neturi ir masyvios kompanionės, be to, pritemimai yra nevienodo gylio, o jų profiliai laike – nesimetriški, taigi kompanionės šešėlis jų ir taip negalėtų paaiškinti. Atradėjai siūlo kelis galimus paaiškinimus – jaunos žvaigždės paviršiuje susiformavę milžiniški debesys; aplink besisukanti jauna planeta, supama nuolaužų žiedo; asteroidų ar kometų grupė, ardoma žvaigždės gravitacijos; arba dulkių debesis, besisukantis aplink žvaigždę tokiu atstumu, kad sukimosi periodas tiksliai sutampa su žvaigždės periodu. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Sudraskyta žvaigždė. Prieš maždaug metus buvo paskelbta apie kosminį sprogimą, kuris tuo metu laikytas ryškiausia supernova, net 200 kartų šviesesne už kitas. O dabar ilgesni stebėjimai parodė, kad tai – visai ne supernovos sprogimas. Šio įvykio šviesis ir spektras laikui bėgant kito taip, kaip prognozuoja potvyninio žvaigždės suardymo modeliai. Tai reiškia, kad tolimos galaktikos centre esanti supermasyvi juodoji skylė sudraskė į gabalus pro šalį lėkusią žvaigždę ir kurį laiką rijo jos medžiagą. Pastaroji krisdama kaito ir ryškiai spinduliavo. Dabar švytėjimas jau priblėsęs, bet tolesni stebėjimai gali padėti patikslinti įvykio detales – pavyzdžiui, žvaigždės ir juodosios skylės mases. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pamatyti tamsybes. Pamatyti juodąsias skyles – nelengva užduotis. Dvinarėse sistemose tą padaryti įmanoma, nes aplink juodąją skylę susitelkusi medžiaga spinduliuoja labai charakteringą spektrą. Tačiau juodųjų skylių dvinarėse žvaigždėse yra labai nedaug – šiuo metu žinoma tik pora dešimčių, nors apskritai juodųjų skylių Paukščių Take turėtų būti šimtai milijonų. Naudinga alternatyva yra gravitacinis mikrolęšiavimas: jei kažkoks tamsus kūnas praskrenda tarp mūsų ir toliau esančios žvaigždės, tamsiojo kūno gravitacija iškreipia žvaigždės šviesą ir matome žvaigždę paryškėjant. Bet ir čia kyla problema – regimųjų spindulių mikrolęšiavimas mums neduoda tikslios informacijos apie lęšio masę, o tik apie tam tikrą funkciją, priklausančią nuo lęšio masės, atstumo iki jo ir judėjimo greičio. Bet dabar pasiūlytas metodas, kuris turėtų padėti išspręsti šią problemą: jei lęšiuojama žvaigždė yra Miros kintančioji (tai – vienas iš kintančių žvaigždžių tipų), įmanoma pamatyti visą žvaigždės atvaizdą radijo bangų ruože, naudojant interferometrus. Tai leidžia nustatyti ir lęšio savybes, nes žvaigždė matoma nebe kaip taškas. Per metus Miros kintančiosios žvaigždės lęšiuojamos apie keturiasdešimt kartų, statistiškai kiek daugiau nei vienas iš tų įvykių turėtų būti sukeltas juodosios skylės. Ateityje, pagerėjus inteferometrams, turėtų pavykti aptikti gal net po dešimt lęšiuojančių juodųjų skylių kasmet – šitaip žinomų juodųjų skylių skaičius padvigubėtų vos per porą metų. Padidėjęs duomenų skaičius leistų daryti statistinę juodųjų skylių savybių analizę – žinotume, kur Galaktikoje jų yra daugiausia, taip pat kokios yra tipinės jų masės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Iškylanti gravitacija. Nors tamsioji materija yra šiuo metu labiausiai pripažįstama teorija, paaiškinanti galaktikų kuriamą gravitaciją, egzistuoja ir įvairios alternatyvos. Viena alternatyvi hipotezė, iškelta tik šiemet, buvo patikrinta, palyginant jos prognozes su daugiau nei 33 tūkstančių galaktikų duomenimis, ir juos labai gerai atitiko. Ši hipotezė, pavadinta „iškylančia gravitacija“ (angl. emergent gravity) teigia, kad dideliais masteliais įprasta medžiaga pakeičia tamsiosios energijos pasiskirstymą, todėl pasikeičia ir galaktikų bei jų spiečių gravitacinis potencialas. Taip galima prognozuoti bet kurios galaktikos gravitacinio potencialo stiprumą, žinant vien jos regimosios medžiagos pasiskirstymą. Gravitacija iškreipia šviesą, taigi tolimų objektų spinduliuotės iškreipimas – gravitacinis lęšiavimas – yra puikus būdas patikrinti gravitacinio potencialo stiprumą. Daugiau nei 33 tūkstančių galaktikų gravitacijos vertės, apskaičiuotos iš tolimų objektų lęšiavimo savybių, puikiai atitinka iškylančios gravitacijos prognozę. Tai nėra hipotezės teisingumo įrodymas, bet svarbus žingsnis siekiant, kad ji taptų pripažinta plačiau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kaip gali baigtis Visatos egzistavimas? Vienas iš būdų viskam išnykti vadinamas netikro vakuumo skilimu (false vacuum decay). Apie tai, kas tai per dalykas ir kodėl jis gali sunaikinti viską, kas egzistuoja, bei kodėl nuo jo neįmanoma apsisaugoti, pasakoja Kurzgesagt savaitės filmuke:

***

Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Aštuonioliktasis mokslo populiarinimo konkurso darbas. Jo autorė - Klaipėdos Vytauto Didžiojo gimnazijos vienuoliktokė Gabrielė Kalantaitė. Ji rašo apie laiko sampratą. Tekstą skaitykite žemiau.

Kas yra laikas?

Gabrielė Kalantaitė

„Tą naktį ore kvepėjo Laiku. Jis šyptelėjo ir susimąstė. O kuo iš tikrųjų kvepia Laikas? Dulkėmis, laikrodžiais, žmonėmis. O jeigu laikas girdimas, tai kaipgi jis skamba? Jis - vanduo, čiurlenantis tamsioje uoloje, šaukiantys balsai, žemė, byranti ant tuščios dėžės dangčio, lietus. Eikime dar toliau ir paklauskime, kaip Laikas atrodo? Jis - sniegas, tyliai krentantis į juodą šulinį, senovinis begarsis filmas, kuriame šimtas milijardų veidų lyg naujametiniai balionai krenta žemyn, krenta į nebūtį. Tai va kaip Laikas kvepia, atrodo ir skamba“,- teigia amerikiečių rašytojas Rėjus Brėdberis. Fantastui laikas atrodo būtent toks, tačiau juk kiekvieno žmogaus atsakymas į klausimą „kas yra laikas“ bus vis kitoks. Kodėl taip yra ir kodėl niekas nežino tiksliai atsakymo į šį klausimą? Galbūt taip yra todėl, kad niekas tiksliai ir nežino, kas tas laikas yra.

Albertas Einšteinas, vienas iš žymiausių pasaulio fizikų, teigia: „Pasaulyje, kur laikas yra pojūtis, kaip rega ar skonis, epizodų seka gali būti greita arba lėta, blausi ar ryški, sūri ar saldi, priežastinė ar atsitiktinė, priklausanti nuo stebėtojo ankstesnės istorijos. Amthausgasės kavinėje sėdi filosofai ir ginčijasi, ar anapus žmogaus suvokimo ribų laikas tikrai egzistuoja. Kas gali pasakyti, ar įvykis nutinka greitai, ar lėtai, priežastingai ar be priežasties, praeityje ar ateityje? Kas gali pasakyti, ar įvykiai apskritai vyksta? Filosofai sėdi primerktomis akimis ir lygina savąją laiko estetiką su kitų.“ Taigi, kai kuriems žmonėms laikas – pojūtis. Jeigu tau įdomu klausyti kito ar diskutuoti įdomia ar nepaprasta tema – laikas teka taip greitai, kad net sunku patikėti, jog klauseisi kito žmogaus kelias valandas! Gondola plaukia lėčiau besigrožint Venecijos kanalais ir tilteliais virš galvos, skambant „Santa Lucia“, įdomią knygą, kuri tiesiog užbūrė tave nepaprastais įvykiais, norisi skaityti kiaurą naktį, kol įminsi visas jos paslaptis, suprasi jos esmę, išsiaiškinsi, kodėl veikėjai elgėsi būtent taip, o ne kitaip, išvažiavus į gražią šalį niekada nesinori iš jos išvykti, juk visuomet sakote, kad liksite ten gyventi arba kada nors dar sugrįšite. Pažadate sau. Ir taip visada, kai patiriate ką naujo ar nepaprasto.

O gal iš tikrųjų laikas teka ratu? Vieni įvykiai keičia kitus, vieneri metai pasibaigia ir prasideda kiti, žiema, pavasaris, vasara, ruduo, žiema, pavasaris, vasara, ruduo, žiema...Kas vyksta pasaulyje, jeigu jis kartojasi tiksliai, be galo? Jeigu žinotumėte, kad ryt pateksite į avariją, būsite sunkiai sužalotas ir komos būsenoje turėsite praleisti penkerius gyvenimo metus, ar sėstumėte į tą automobilį ir skubėdamas į darbą žiemą, kai keliai būna labai slidūs, važiuotumėte? O jeigu ne? Tada eisite pėsčiomis iki autobuso stotelės ir gal jus partrenks kita mašina? Tas pats yra ir šiuo atveju. Jeigu žinotumėte, kad dar gimsite penkis sykius, kad sudarysite tokį pavojingą sandorį, kuris jums neatneš pelno, o tik sužlugdys jūsų kompaniją, kad savo pirmagimį jūs išleisite studijuoti pačiame geriausiame pasaulio universitete, nors tas vaikas net nesidžiaugs tokia galimybe, nes jis tiesiog norėjo tapti automechaniku. Jeigu žinotumėte, kas įvyks ir kokia tvarka, ar stengtumėtės ką nors pakeisti? Turbūt dabar sakote, kad taip, viską pakeisiu, nebedarysiu tų pačių kvailų klaidų. O jeigu to nežinotumėte? Padarę klaidą nusišypsosite ir pasakysite: „Na, ką gi, iš klaidų mokomės“, „Kas nenužudo, padaro stipresniais“.

O gal jūsų pasąmonė yra teisi ir tas keistas jausmas, vadinamas „déjà vu“, yra ne mitas? Tai įspūdis, kad kažkas jau yra išgyventa anksčiau, nors iš tiesų tai išgyvenama pirmą kartą. Pavyzdžiui, lankantis naujose vietovėse gali susidaryti įspūdis, kad viskas čia jau matyta, klausantis naujos istorijos gali atsirasti įspūdis, kad ji jau girdėta. Juk su tokiais pasąmonės pokštais susiduriame kasdien. Manau, kad jie gali reikšti būtent tai, kad laikas kartojasi, kad savo ankstesniame gyvenime jau buvome toje vietoje, kurią sapnavome, aplankėme. Viskas kartojasi ir taip yra be galo.

Dažnai vyresnio amžiaus žmonės sako, kad laikas teka labai lėtai, tačiau jeigu jūs esate mokinys, dabar skaitantis mano pamąstymus apie laiką, jam paprieštarausite – jums laikas teka taip greitai, kad dvi savaites trukusios atostogos jau baigėsi, o brandos egzaminai ar PUPP jau ant nosies. Dvyliktokai net nepajus, kaip baigė mokyklą, įstojo į svajonių universitetą, susirado darbą, jame susipažino su savo sielos draugu, vestuvės, vaikai... Jums atrodys, kad viskas įvyko taip greitai, kad net nespėjote pajusti gyvenimo malonumo. Mokykloje atlikome tyrimą, norėdami išsiaiškinti, ar tikrai suaugusiesiems ir vaikams laikas teka skirtingai. Jo metu reikėjo tiesiog skaičiuoti sekundes, nežiūrint į laikrodį, ir kai jau atrodydavo, kad pasiekėte minutę, sakyti „stop“. Pradinukai „stop“ sušukdavo po 37-45 sekundžių, vyresniųjų klasių mokiniai – dešimtokai, vienuoliktokai bei dvyliktokai – sustabdydavo laikrodį beveik laiku, 55-59 sekundės, jauni suaugusieji taip pat laiką jausdavo gerai – jų minutės vidurkis yra lygiai minutė, tačiau vyresnio amžiaus žmonės tik praėjus pusantros, o kartais net ir dviems minutėms pasakydavo, kad, jų manymu, jau praėjusi minutė. Ar toks tyrimas neįrodo, kad vaikams atrodo, jog laikas bėga lėčiau, o vyresniems žmonėms – lėčiau?

Įsivaizduokite pasaulį, kuriame nėra laiko. Dabar galvojate, kad gyvensite amžinai ir būsite pasaulio viešpačiai. Jūs negyvenate amžinai. Nes laikas neegzistuoja. Pasaulis tuomet yra tarsi sustingęs, paskendęs viename epizode. Laikas neegzistuoja, bet žmonės vis tiek gyvena savo gyvenimus, bendrauja vieni su kitais, niekas nemiršta, niekas neskuba, niekas nesipyksta – juk nėra dėl ko pyktis, visi gyvensime tiek pat, patirsime tiek pat, pamatysime visi vienodai. Tačiau, ar jums nenusibostų nuolat gyventi sustojusioje akimirkoje? Vaikai norėtų užaugti, pasenti, patys turėti vaikų, jais rūpintis, tapti dėdėmis, tetomis, seneliais, proseneliais. Suaugusieji norėtų pamatyti savo vaikus baigiančius universitetą, gaunančius Nobelio premiją už Higgso bozono atradimą. Tačiau tai niekad nenutiktų pasaulyje, kuriame nėra laiko, kur laikas yra tik sąvoka.

O dabar paprašysiu pagalvoti apie pasaulį, kuriame laikas teka atbulai? Pirmiausiai jūs mirštate, tada atsibundante ligoninėje, tuomet sergate, onkologinių ligų centre jums atlieka chemoterapiją, vėžiu susirgote po to, kai mirė jūsų vyras, tačiau dabar jis gyvas, kasdien jums padaro pietus, neseniai jūsų dukra susilaukė sūnaus, ji susituokė, savo vyrą surado kelionės į Suomiją metu, jūsų dukra įsidarbino Europos komisijoje, ji baigė politologijos studijas Oksfordo universitete, štai dabar jūsų dukra jaudinasi dėl egzaminų, eina į pirmą klasę, darželį, jai kalasi dantukai, jūsų dukra kasdien mažėja, kol ji atsiduria jūsų pilve. Žmonės, palaidoję savo artimuosius, šiame pasaulyje neverkia, o tik ilgesingai laukia tos dienos, kai vėl pamatys savo artimuosius. Gera būtų gyventi tokiame pasaulyje, ir jeigu dabar jums atrodo, kad išprotėtumėte, taip nenutiktų, nes greitai priprastumėte minutes skaičiuoti atbuline seka. Ir šiame pasaulyje galbūt atsakytume į vieną svarbų klausimą – kaipgi susikūrė visata ir kas vyko po Didžiojo sprogimo. Mokslininkai apie visatos pradžią svajoja išsiaiškinti jau ilgai, manau, kad tai ir reiškia, kad jie bando atsukti pasaulio laiką atgal.

Viso pasaulio žmonės jau nuo pačių pirmųjų civilizacijų bando išsiaiškinti, kas tai yra laikas ir kodėl visuomet jo pritrūksta. Tai daro ir šių dienų mokslininkai. Jie bando sudaryti formules, apskaičiuoti, kiek žmogus laiko gyvens, jeigu nerūko, negeria, turi darbą, yra patenkintas savo gyvenimu. Visi žinote Einšteino reliatyvumo teoriją, kurios pagrindinis teiginys – kad kiekvienam stebėtojui šviesos greitis vakuume yra vienodas visomis kryptimis ir nepriklauso nei nuo šaltinio, nei nuo stebėtojo judėjimo greičio. Iš to daroma išvada, kad kuo greičiau objektas juda, tuo lėčiau jam eina laikas, tuo objektas darosi sunkesnis ir jo tiesiniai matmenys, nejudančio stebėtojo atžvilgiu, darosi mažesni. Einšteinas netgi savo sapnuose bandė suprasti, kada laikas teka lėčiau, kada greičiau, kaip laikas atsirado, kokie galėtų būti galimi šio pasaulio laiko tėkmės scenarijai. Mano manymu, laiko niekaip negalima apibrėžti, jį galima tik pajusti. Juk ne veltui sakoma – laiko nesustabdysi. O iš padarytų klaidų reikia mokytis ir nieko nesigailėti šiame pasaulyje. Viskas yra laikina. Net ir laikas.

Naudoti informacijos šaltiniai

1. Alan Lightman „Einšteino sapnai“

2. http://www.delfi.lt/mokslas/mokslas/8-kasdieniai-pavyzdziai-patvirtinantys-kad-reliatyvumo-teorija-ne-melas.d?id=66532116

3. http://www.vartiklis.lt/science/math/srt.htm

4. https://lt.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9j%C3%A0_vu

5. https://lt.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein

Užvakar parašiau apie pastarųjų dviejų savaičių naujienas iš Saulės sistemos, o šiandien skubu pristatyti tolimesnio kosmoso žinias. Čia bus ir egzoplanetų, ir žvaigždžių formavimosi, ir aktyvių galaktikų, ir juodųjų skylių – kaip įprasta, visko daug. Gero skaitymo!

***

Keturios artimos egzoplanetos. Egzoplanetos paprastai aptinkamos netiesiogiai – išmatuojant jų poveikį motininei žvaigždei ir tinkamai interpretuojant tuos matavimų duomenis. Interpretacijai dažnai trukdo matavimų paklaidos, kitų procesų nei planetos judėjimas kuriami signalai ir panašūs reiškiniai. Bet gerėjant supratimui apie tuos reiškinius, gerėja ir interpretacijų galimybės: praeitą savaitę paskelbta apie dvi naujas planetas prie Banginio Tau žvaigždės. Jau seniau prie šios, artimiausios Saulei į ją panašios žvaigždės, buvo aptiktos dvi planetos. Nauja analizė patvirtino ir patikslino šių planetų parametrus bei leido aptikti dvi naujas. Planetų periodai yra 20, 49, 160 ir 642 paros – pirmosios dvi yra arčiau žvaigždės, nei Merkurijus prie Saulės, trečioji Saulės sistemoje įsiterptų tarp Merkurijaus ir Veneros, o ketvirtosios orbita panaši į Marso. Visų planetų minimalios masės yra mažesnės, nei keturios Žemės masės, taigi yra nemaža tikimybė, kad šios planetos – uolinės. Nors nei viena iš jų nepatenka į žvaigždės gyvybinę zoną (trečioji yra šiek tiek per arti, ketvirtoji – šiek tiek per toli), atradimas vis tiek yra labai įdomus, nes patvirtina, kad planetų Galaktikoje yra daugybė, ir netgi uolinės planetos tikrai nėra išimtis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Karšto Jupiterio stratosfera. Planetų atmosferos gali turėti labai įvairias struktūras. Viena galima struktūra yra stratosfera – sluoksnis, kuriame temperatūra kyla, tolstant nuo planetos paviršiaus. Dabar pranešta apie pirmą aptiktą egzoplanetą su stratosfera. Planeta, kodiniu pavadinimu WASP-121b, yra karštasis Jupiteris – apie 20% už Jupiterį masyvesnis objektas, besisukantis labai arti savo žvaigždės. Planetos paviršiaus temperatūra siekia apie 2500 kelvinų (maždaug 2200 Celsijaus laipsnių). Stratosferą identifikuoti padėjo vandens garų spinduliuotės aptikimas – tai pirmas atvejis, kai vandens garai aptinkami karštojo Jupiterio atmosferoje. Stratosfera susiformuoti galėjo todėl, kad planetos atmosferos viršutiniai sluoksniai efektyviai sugeria žvaigždės spinduliuotę ir apsaugo žemesnius sluoksnius nuo per didelio įkaitimo. Tai gali reikšti, kad viršutiniuose atmosferos sluoksniuose yra metalų oksidų dujų, pavyzdžiui vanadžio ar titano oksido. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Egzoplanetų gyvybingumo problemos. Kad planetoje būtų gyvybei tinkamos sąlygos, jos paviršiaus temperatūra turi būti tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Ne visos planetos susiformuoja tinkamu atstumu nuo žvaigždės, kad turėtų tinkamas paviršiaus sąlygas, tačiau laikui bėgant žvaigždės šyla ir ryškėja, taigi net ir per toli esanti planeta po kurio laiko gali tapti tinkama gyvybei. Visgi perėjimas iš ledinės į gyvybingą stadiją gali būti pernelyg sudėtingas; bent jau taip teigiama naujame tyrime, kuriame buvo modeliuojama planetų atmosferų evoliucija. Modeliu įvertinta, kaip kinta planetos paviršiaus temperatūra ir atmosferos savybės, tolygiai augant žvaigždės skleidžiamai spinduliuotei. Paaiškėjo, kad jei planetos atmosferoje (ar ją dengiančiame lede) yra nedaug anglies dvideginio, planeta iš visiškai suledėjusios labai greitai pereina į pernelyg karštą, mat tirpstant ledui, atmosferą greitai užpildo daugybė vandens garų, kurie ją dar labiau kaitina. Taigi tam, kad planeta galėtų tapti gyvybinga, jai reikia ne tik šilumos, bet ir anglies dvideginio, kuris tą šilumą padėtų saugiai išlaikyti. Aišku, ne per daug, nes tada irgi gali pasireikšti pražūtingas šiltnamio efektas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Žvaigždės Galaktikos centre. Aplink Paukščių Tako centre esančią supermasyvią juodąją skylę Sgr A* sukasi keli šimtai jaunų žvaigždžių. Kai kurios iš jų praskrieja labai arti – taip arti, kad galime stebėti jų judėjimą, apskaičiuoti orbitų parametrus ir nustatyti juodosios skylės masę. Įprastai šie nustatymai daromi neatsižvelgiant į reliatyvistinius efektus, nes tos žvaigždės net ir arčiausiai juodosios skylės juda greičiais, gerokai mažesniais už šviesos. Dabar atlikta tikėtinų reliatyvistinių efektų, veikiančių šių žvaigždžių orbitas, analizė. Nustatyti skirtumai nuo klasikinio – nereliatyvistinio – sprendinio ir jų priklausomybė nuo žvaigždės orbitos dydžio santykio su juodosios skylės įvykių horizonto spinduliu. Šie skaičiavimai leidžia įvertinti juodosios skylės dydį, o kartu ir masę. Dabartiniai geriausi stebėjimų duomenys duoda rezultatą, kuris atitinka anksčiau iš žvaigždžių orbitų nustatytą juodosios skylės masę. Tiesa, naujai gauto rezultato paklaida yra labai didelė, apie 90% nustatytos tikėtiniausios vertės, taigi rimtai patikrinti reliatyvumo teorijos prognozes bus galima tik atlikus daug detalesnius stebėjimus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės Galaktikoje. Kiek juodųjų skylių yra mūsų Galaktikoje? Skaičiuodami pagal tai, kiek žvaigždžių joje yra ir kurios žvaigždės virsta juodosiomis skylėmis, gauname apie 100 milijonų. Dabar patvirtinimas šiam rezultatui gautas ir įvertinus gravitacinių bangų signalų dažnumą. Pirmieji aptikti gravitacinių bangų signalai patvirtino maždaug 30 kartų už Saulę masyvesnių juodųjų skylių egzistavimą. Grupė mokslininkų, remdamiesi šiuo faktu ir statistine analize, įvertino, kad signalų aptikimas tikėtinas tuo atveju, jei Paukščių Tako masės galaktikose yra po maždaug šimtą milijonų juodųjų skylių. Tarp jų turėtų būti daugiau nei milijonas bent 30 kartų už Saulę masyvesnių objektų. Dar vienas parametras, nuo kurio priklauso gravitacinių bangų signalų aptikimas, yra laiko tarpas, per kurį dvinarės juodosios skylės komponentės suartėja ir susijungia. Dabartiniai duomenys dar nėra pakankami, kad būtų galima šią laiko skalę nustatyti tiksliai, tačiau per artimiausią dešimtmetį greičiausiai bus aptikta signalų iš masyvesnių nei 50 Saulės masių juodųjų skylių susiliejimų. Šių signalų šaltinių nustatymas jau turėtų leisti nustatyti ir susiliejimų laiko skalę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždėdara ir dvinarės. Santykinai netolima nykštukinė galaktika IC 10 labai sparčiai formuoja žvaigždes. Nors jos plotas danguje nesiekia net vienos šimtosios Paukščių Tako disko ploto dalies, žvaigždes ji formuoja maždaug 50 kartų mažesne sparta, nei mūsų Galaktika; kitaip tariant, žvaigždžių formavimosi sparta, tenkanti ploto vienetui, šioje galaktikoje yra bent kokius keturis kartus didesnė, nei Paukščių Take. Tai padaro šią galaktiką puikiu taikiniu ateities gravitacinių bangų paieškų projektams, mat žvaigždes formuojančiose galaktikose formuojasi ir juodosios skylės bei jų poros. Kuo sparčiau galaktika formuoja žvaigždes, tuo daugiau ten netrunka atsirasti juodųjų skylių bei neutroninių žvaigždžių, liekančių masyvioms žvaigždėms sprogus supernovomis. IC 10 žvaigždžių populiacija yra paties tinkamiausio amžiaus, kad dvinarės žvaigždės dar būtų matomos: jos šiuo metu yra sudarytos iš juodosios skylės arba neutroninės žvaigždės, aplink kurią sukasi pagrindinės sekos žvaigždė. Sąveikaudamos kompanionės keičiasi medžiaga, ir pagrindinės sekos žvaigždės dujos, krisdamos ant kompaktiško objekto, įkaista bei ima spinduliuoti. 110 rentgeno spindulių šaltinių galaktikoje IC 10 aptikta Chandra kosminiu teleskopu, jų analizė parodė, kad daugeliu atvejų (16 iš 42, kuriuose pavyko apskritai identfikuoti kaimynę) regimoji kompanionė yra mėlynoji supermilžinė – didžiausio ir masyviausio tipo žvaigždė Visatoje. Būtent tokios žvaigždės gali po savęs palikti kelias dešimtis kartų už Saulę masyvesnes juodąsias skyles. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktinių vėjų modeliai. Įvairiose galaktikose yra stebimi vėjai – medžiagos srautai, lekiantys tolyn nuo galaktikų centrų. Dažniausiai jie yra labai netolygūs, susidedantys iš šaltų tankių ir karštų retų dujų. Kol kas nėra vienareikšmio atsakymo, kaip tokie netolygūs vėjai susiformuoja, ir ar visais atvejais jie formuojasi vienodai. Praeitą savaitę pristatyti ypatingai detalaus skaitmeninio modelio rezultatai, rodantys, kaip supernovų sprogimų sukeltas vėjas gali net ir gana tolygius debesis paversti labai nevienodo tankio tėkmėmis. Modelyje skaičiuojamą procesą galima palyginti su vėjo tuneliu – dujų debesis, veikiamas mažo tankio, bet didelio greičio vėjo, yra išardomas į gabalus, kurie prisijungia prie tėkmės. Tankiausių ir rečiausių susiformavusios tėkmės sričių tankiai skiriasi daugiau nei 10 tūkstančių kartų, tačiau jos visos juda labai panašiais greičiais – tai stebima ir realiose galaktikose. Toliau tyrimo autoriai ketina modeliuoti tėkmės savybes realistiškoje galaktikoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Labai metalinga supernova. Supernovos – mirštančių žvaigždžių sprogimai – beveik visos sprogsta gana panašiai stipriai ir aplinkinei medžiagai suteikia panašų energijos kiekį. Tačiau kai kurios supernovos yra „superšviesios“ – apie šimtą kartų energingesnės, nei įprastinės. Šiemet gegužę aptikta viena tokia supernova; dabar paaiškėjo, kad ji sprogo spiralinėje galaktikoje, kurioje yra santykinai daug už helį sunkesnių cheminių elementų. Iki šiol superšviesios supernovos buvo randamos nykštukinėse galaktikose, o jose sunkių cheminių elementų yra nedaug. Šis atradimas superšviesias supernovas padaro dar keistesnes, nes tampa nebeįmanoma jas sieti vien su nykštukinėmis galaktikomis. Iš kitos pusės, ši supernova sprogo santykinai arti, todėl ją galima stebėti ilgą laiką po sprogimo. Šiuo metu Saulė yra pernelyg arti jos, taigi stebėjimų vykdyti neįmanoma, tačiau nuo rugsėjo vidurio vėl bus galima stebėti supernovos galaktiką ir sekti supernovos liekanos evoliuciją – tai bus ilgiausiai stebėta superšviesios supernovos liekana. Belieka tikėtis, kad ilgesni stebėjimai padės atskleisti, kodėl ši supernova buvo superšviesi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Savaitės paveiksliukas – galaktika, turinti du aiškiai matomus žiedus: vidinį ir išorinį. Vidinis, arba branduolinis, žiedas, juosiantis galaktikos centrą, švyti mėlynai, nes jame yra daug jaunų žvaigždžių. Išorėje esantis žiedas yra vadinamas vidiniu – toks keistas pavadinimas nulemtas galaktikos gravitacinio potencialo ir jame galinčių susiformuoti žiedų savybių: teoriškai galaktikoje galėtų būti ir daugiau žiedų toliau nuo centro, bet juose yra per mažai medžiagos, kad galėtume kažką įžiūrėti.

***

Kvazarai stabdo žvaigždėdarą. Aktyvių galaktikų branduolių kuriamos tėkmės gali išstumti dujas iš galaktikų ir sustabdyti jose vykstančią žvaigždėdarą. Šis procesas yra stebimas pavienėse galaktikose, taip pat jį pagrindžia statistinė didelių galaktikų imčių analizė, tačiau rasti įrodymų, kad taip žvaigždėdara sustabdoma visose galaktikose yra sudėtinga. Dabar pristatyti detalūs grupės galaktikų, vadinamų submilimetrinėmis, stebėjimai, iš kurių galima spręsti, kad jose toks procesas tikrai vyksta. Submilimetrinės galaktikos stebimos tolimoje Visatoje – jų spinduliuotė iki mūsų įprastai keliauja apie dešimt ir daugiau milijardų metų, – o aplinkinėje erdvėje tokių galaktikų nėra. Jų išskirtinė savybė, duodanti ir pavadinimą, yra stipri spinduliuotė submilimetrinių bangų ruože, atsirandanti dėl sparčios žvaigždėdaros apšviestų didelių dulkių kiekių. Manoma, kad per tuos 10 milijardų metų šios galaktikos pavirto masyviausiomis dabartinėmis galaktikomis, kurios žvaigždžių praktiškai neformuoja. Nauji stebėjimai atskleidė, kad daugumoje submilimetrinių galaktikų egzistuoja labai galingi aktyvūs branduoliai, vadinami kvazarais. Anksčiau kvazarų submilimetrinėse galaktikose buvo aptikta, bet ne taip dažnai, mat jų spinduliuotė sunkiai prasiskverbia pro tas pačias dulkes. Šiuo atveju gali būti, kad kvazarai matomi todėl, kad jų spinduliuotė pabėga iš galaktikos pro dideles mažai dulkių turinčias ertmes. Šie stebėjimai ir pagrindžia galaktikų evoliucijos bei sąveikos su aktyviu branduoliu modelį, ir padeda geriau suprasti tolimų galaktikų geometriją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Masyvios galaktikos – lėtos. Kiekviena galaktika sukasi aplink savo ašį. Vienos tą daro greičiau, kitos – lėčiau. Ilgą laiką buvo manoma, kad galaktikos sukimosi greitis stipriai priklauso nuo jos aplinkos, pavyzdžiui, kad tankiuose regionuose esančios galaktikos sukasi lėčiau. Tą, atrodė, patvirtina ir galaktikų grupių stebėjimai. Tačiau dabar, išanalizavus didelės apžvalgos duomenis, kuriuose buvo surinkta informacija apie aštuonių spiečių ir 315 jiems priklausančių galaktikų savybes, paaiškėjo, kad padėtis spiečiuje nėra lemiamas kriterijus, nusakantis galaktikos sukimąsi. Galaktikų sukimosi sparta priklauso praktiškai tik nuo jų masės – atsižvelgus į šią priklausomybę, nelieka nei priklausomybės nuo padėties spiečiuje, nei nuo medžiagos tankio galaktikos aplinkoje. Ankstesnių stebėjimų rezultatai buvo interpretuojami klaidingai, nes nebuvo įvertinta, kad tankesniuose spiečių regionuose paprastai randamos masyvesnės galaktikos. Naujieji rezultatai leidžia spręsti, kad galaktikų evoliucijai jų aplinka turi gerokai mažiau įtakos, nei manyta iki šiol. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Mūsų Visata yra plokščia. Ką tai reiškia ir kaip galima tai nustatyti? Apie tai pasakoja Minute Physics:

***

Štai tokios žinios iš kosmoso tolybių. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Gravitacinių bangų gaudyklė LIGO sako, kad netrukus kažką praneš apie gravitacines bangas. Transliacijos pradžia - 19.30 Lietuvos laiku. Žiūrėti galima tiesiog per JūTriūbą:

Papildymas: aptiktas naujas gravitacinių bangų signalas, GW170814, pirmą kartą jis aptiktas bendrai naudojant LIGO ir VIRGO konsorciumų detektorius. Plačiau - LIGO pranešime.

Parašiau trumpą Nobeliu apdovanoto atradimo pristatymą VU naujienoms. Nieko labai naujo, tiesiog bendra įžanga, kas tos gravitacinės bangos ir kuo jos įdomios. Straipsnį rasite čia.

Laiqualasse

Šis kąsnelis truputį paankstintas, nes savaitei išvykstu iš Lietuvos į negarantuotos interneto kokybės dykras (ta prasme, užsienį). Naujienų praeitą savaitę buvo labai daug, daugiausiai dėl JAV Astronomų sąjungos kaspusmetinio susitikimo, iš kurio visada ateina daugybė pranešimų apie naujausius atradimus. Iš šio srauto, kaip įprastai, atrinkau dešimt, kuriuos rasite po kirpsniuku.

***

2018 metų prognozės. Metų pradžioje, žinoma, daug kalbama apie vertus stebėjimo įvykius. Du iš jų, susijusius su kosmosu, pristato Universe Today. Pirmasis – kosminiai ryšių palydovai, skirti interneto ryšiui užtikrinti. Jau šiuo metu interneto ryšį turi apie pusę pasaulio gyventojų, ir ši dalis vis auga. Užtikrinti sklandžiam susisiekimui reikia geros infrastruktūros, ir jau šiemet net aštuoni skirtingi projektai žada į orbitą iškelti interneto palydovų spiečius. Visi šie planai yra daugelio metų darbo pradžia – pavyzdžiui, SpaceX ketina iki 2024 metų į orbitą pakelti daugiau nei 4000 palydovų, kitos kompanijos kalba apie panašius mastus. Šie palydovai užtikrins greitą mobilų internetą ir teiks šimtus gigabaitų per mėnesį siekiančius duomenų planus milijardams vartotojų.

Kita žinia yra apie Kinijos kosmoso programos augimą. Pernai Kinija sėkmingai paleido 18 raketų, pagal šį skaičių atsilikdama tik nuo JAV (29 skrydžiai) ir Rusijos (20). Šiemet skrydžių turėtų būti daugiau nei dvigubai tiek – virš keturiasdešimties. Tarp jų – ir Mėnulio misija, ir įvairių palydovų iškėlimas, ir naujos raketos Long March 5 bandymai.

***

Fosforo nulemtas deguonis. Pirmuosius du milijardus metų Žemės atmosferoje dominavo anglies dvideginis, o paskui, prieš 2,5 milijardo metų, gana staigiai joje atsirado daug deguonies. Dabar, atrodo, atrastas paaiškinimas, kas nulėmė tokį staigų deguonies dominavimą. Pasirodo, kaltininkas yra fosforas, tiksliau jo perdirbimas biosferoje. Skaitmeniniu modeliu parodyta, kad ankstyvos Žemės sąlygomis fosforas buvo perdirbamas apie dešimt kartų lėčiau, nei dabar, o didelė jo dalis buvo užrakinta daug geležies turinčiuose mineraluose. Fosforo negaunančių organizmų gyvybiniai procesai buvo daug lėtesni, todėl ir deguonies jie gamino labai mažai, nors fotosintetinantys organizmai atsirado prieš tris milijardus metų. Kol nebuvo deguonies, gyvybė naudojo sierą, o šios padaugėjus po ugnikalnių išsiveržimų, buvo išlaisvinta ir daug fosforo, kuris sukėlė deguonies gamybos bumą ir tada elementų apytaka perėjo į fosforo ir deguonies save palaikantį ciklą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Magnetiški žybsniai Saulėje. Saulės žybsniai yra susiję su jos magnetiniu lauku, tačiau ryšio detalės kol kas dar gana miglotos. 2014 metų balandį ir liepą įvykę du neįprasti žybsniai padeda šį ryšį ištirti detaliau. Jie įvyko tuo metu nuo Žemės nusisukusioje Saulės pusėje, tad aptikti tik zondų STEREO A ir B duomenyse. Ypatingi jie tuo, kad abiejų metu į aplinką buvo išmesta labai daug helio-3 ir geležies, gerokai daugiau, nei įprastinių žybsnių metu. O dabar detalūs žybsnių stebėjimai parodė, kad jie prasidėjo regionuose, kuriuose medžiaga buvo susisukusi į spirales. Šių magnetinio lauko laikomų spiralių atsileidimas įgreitino daleles ir leido joms pabėgti tolyn nuo Saulės, o ypatingai šį poveikį pajuto būtent helio-3 ir geležies atomai. Kodėl būtent jie – neaišku. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Labai lėtėjanti kometa. Iš kometų besiveržiančios dujos gali pakeisti jų sukimosi spartą – pagreitinti jas arba sulėtinti. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad lėtėdamos kometos kažkuriuo metu tampa nestabilios ir pradeda labai greitai keisti sukimosi ašį, tačiau po kurio laiko nusistovi naujoje stabilioje būsenoje ir ima greitėti. Dabar pranešta apie pirmo šias prognozes atitinkančio kometos elgesio stebėjimą. Kometa 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak pernai pavasarį buvo priartėjusi vos per 21 milijoną kilometrų nuo Žemės. Jos stebėjimai parodė, kad per šį laikotarpį jos sukimosi periodas išaugo nuo 20 iki 46 valandų. Tai yra daugiau nei dešimt kartų didesnis sulėtėjimas, nei kada nors užfiksuotas kokioje nors kometoje. Greičiausiai tai reiškia, kad kometa 41P artėja prie nestabilumo būsenos. Tolesni stebėjimai turėtų leisti nustatyti ir kaip kometos pereina šią sukimosi evoliucijos stadiją. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Žiedai be planetų. Diskai prie jaunų žvaigždžių su spiralėmis, tuščiais tarpais ir kitokiomis struktūromis paprastai laikomi įrodymu, kad ten formuojasi planetos, nes jų gravitacija tas struktūras sukuria. Dabar skaitmeniniais modeliais parodyta, kad planetos reikalingos ne visada. Jei diskas yra pakankamai tankus, žvaigždės spinduliuotė jame sukuria užtektinai įelektrintų dulkių, kad jų grupavimasis pradėtų kurti struktūras, panašias į stebimas. Apie tokią galimybę buvo kalbama jau anksčiau, bet šie rezultatai yra detaliausi ir pirmieji, kuriuose įskaitomas tiesioginis spinduliuotės slėgio poveikis evoliucionuojančiam diskui. Šie rezultatai rodo, kad stebint jaunų žvaigždžių diskus nereikėtų būti pernelyg optimistiškiems dėl ten galimai besiformuojančių planetų skaičiaus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planetas valganti žvaigždė. Jauna žvaigždė Žuvies RZ, nutolusi maždaug per 170 parsekų nuo Žemės, kartais pritemsta daugiau net dešimt kartų. Tokį milžinišką ir nenuspėjamą užteminėjimą gali sukelti planetų liekanos, lakstančios aplink žvaigždę ir krentančios į ją. Bent jau taip teigia naujausius regimųjų ir rentgeno spindulių duomenis išanalizavę mokslininkai. Rentgeno ir regimųjų spindulių šviesio santykis leidžia įvertinti žvaigždės amžių – jis turėtų būti vos 30-50 milijonų metų, labai nedaug, kaip maždaug Saulės masės žvaigždei. Regimųjų spindulių duomenys taip pat davė daugiau informacijos apie žvaigždės pritemimus, kurie tikrai panašūs į ne visai tvarkingomis orbitomis judančio debesies, esančio mažiau nei vieno astronominio vieneto atstumu, judėjimą. Tai gali būti jaunos planetos, kurią, atmigravusią per arti žvaigždės, suardė pastarosios gravitacija, liekana. Tokie rezultatai padeda geriau suprasti, kaip migruoja planetos ir kas joms atsitinka priartėjus per arti žvaigždės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dideli nykštukių branduoliai. Baltosios nykštukės – didžiosios dalies žvaigždžių galutinė evoliucijos stadija – yra maždaug Žemės dydžio objektai, dažniausiai sudaryti iš anglies ir deguonies. Jie turi karštesnį ir skystesnį branduolį bei šaltesnę kietesnę plutą. Šių objektų struktūros modeliai vis dar yra gana netikslūs; tai yra problema nagrinėjant jų vėsimą bei dvinarių baltųjų nykštukių jungimąsi ir iš to kylančius Ia tipo supernovų sprogimus. Dabar pristatyti detaliausi vienos tokios žvaigždės stebėjimai. Žvaigždės vibracijų analizė leido nustatyti, kad jos branduolio masė yra 45% Saulės masės – beveik dvigubai didesnė, nei prognozuoja modeliai. O branduolį sudaro net 86% deguonies – tai yra 15% didesnė deguonies dalis, nei prognozuota teoriškai. Tokie rezultatai verčia pergalvoti baltųjų nykštukių struktūros modelius, nors, aišku, reikėtų daugiau žvaigždžių stebėjimų – tik taip bus galima patikrinti, ar ši žvaigždė yra tipinė, ar anomali. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Fontanas Galaktikos centre. Abipus mūsų Galaktikos centro yra du didžiuliai labai karštų ir retų dujų burbulai, vadinami Fermi burbulais. Juos greičiausiai sukūrė prieš maždaug 6 milijonus metų aktyviai medžiagą rijusi centrinė Paukščių Tako juodoji skylė. Tačiau tyrinėti burbulus yra sudėtinga, nes dėl medžiagos retumo sunku užfiksuoti jos skleidžiamą spinduliuotę. Dabar pristatyti stebėjimai, rodantys, kad iš centrinės Galaktikos dalies lekia ir šimtai neutralaus vandenilio debesų. Debesų populiacija tęsiasi bent pusantro kiloparseko į abi puses nuo Galaktikos plokštumos – kažkur aukščiau debesys turėtų išsisklaidyti, bet kol kas to aptikti dar nepavyko. Stebėjimai taip pat atskleidė debesų judėjimo greitį – kiek daugiau nei 300 km/s. Tai reiškia, kad jie iš Galaktikos centro kelionę pradėjo bent prieš 5 milijonus metų, mat tiek laiko reikia tokiu greičiu nuskristi 1,5 kiloparseko. Tyrimo rezultatai pristatyti Amerikos astronomų sąjungos susitikime.

***

Ar egzistuoja juodosios skylės? Nors tiesiogiai nei vienos dar nematėme, neabejojame, kad taip ir yra. Kodėl galime taip teigti ir kokie yra netiesioginiai jų egzistavimo įrodymai, pasakoja Minute Physics:

***

Savaitės paveiksliukas – dvi besijungiančios galaktikos. Šioje ypatingai detalioje Hubble teleskopo nuotraukoje matyti daug jungiantis atsirandančių struktūrų. Ši ir kitos nuotraukos padeda geriau suprasti ir kur tokiose galaktikose formuojasi žvaigždės – šiuo atveju tai yra susijungę galaktikų centrai, tolyn nusidriekusios potvyninės uodegos, ir mėlynų žiburėlių pilnas regionas į viršų ir kairę nuo centro.

***

Besisukančios reliatyvistinės čiurkšlės. Kai kurie aktyvūs galaktikų branduoliai turi čiurkšles – siauras labai greitų dujų juostas, išmetamas iš pat juodosios skylės prieigų. Jas sukuria magnetinis laukas, susisukęs į juodąją skylę krentančioje medžiagoje, tačiau čiurkšlių paleidimo proceso detalės yra labai neaiškios. Dabar pristatyti detaliausi skaitmeniniai čiurkšlių modeliai, kuriuose įskaičiuojami reliatyvistiniai efektai, tokie kaip aplink juodąją skylę esančios erdvės sukimasis kartu su pačiu objektu. Paaiškėjo, kad iškreipta erdvė sukelia čiurkšlės precesiją – judėjimo krypties kitimą. Tai gali paaiškinti reiškinį, vadinamą kvazi-periodiniais svyravimais, stebimą daugelyje aktyvių branduolių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dvigubas aktyvumo epizodas. Aktyvių galaktikų yra palyginus nedaug – mažiau nei kas dešimta. Tai reiškia, kad kiekviena galaktika tik kelis procentus gyvenimo laiko praleidžia aktyvioje būsenoje, susidedančioje iš daugelio epizodų. Sunku tiksliai pasakyti, kiek laiko trunka vienas aktyvumo epizodas. Aktyvių galaktikų branduolių šviesis nuolatos kinta, tačiau epizodų trukmės yra tikrai ilgesnės nei profesionalios astronomijos era Žemėje. Yra netiesioginių įrodymų, kad vieno epizodo trukmė turėtų būti apie 50 tūkstančių metų. Dabar, atrodo, pavyko užfiksuoti dviejų tokių epizodų pėdsakus vienoje galaktikoje. Šios galaktikos pietinėje pusėje matyti fotojonizuotų dujų kūgis, o šiaurinėje – pro dujas sklindanti smūginė banga. Šių struktūrų amžius yra tikrai skirtingas, nors skiriasi palyginus nedaug – mažiau nei 100 tūkstančių metų. Abi struktūros yra tipiški branduolio aktyvumo epizodo padariniai, taigi jas galima interpretuoti kaip dviejų aktyvumo epizodų pėdsaką. Šie rezultatai padės geriau suprasti ir juodųjų skylių maitinimosi, ir aktyvių branduolių poveikio galaktikoms procesus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek žinių iš besibaigiančios savaitės. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Jau labai seniai galvoju, bet vis neprisiruošiu, parašyti šiek tiek apie reliatyvumo teoriją – ir specialiąją, ir bendrąją – bei jų įdomias implikacijas, patikrinimus, panaudojimą ir taip toliau. Tačiau tai būtų labai ilgi tekstai – ir nieko keisto, nes vien įvadas į reliatyvumą universitetuose dėstomas kaip atskiras fizikos studijų modulis. Tačiau vieną kitą įdomybę papasakoti tikrai galiu, taigi šiandien pradėsiu nuo gana matematiško pagrindo – metrikos.

Šis straipsnis nebūtų atsiradęs, jei ne mano rėmėjai Patreon platformoje – ačiū jiems! Jei manote, kad mano rašomi tekstai verti jūsų pinigų, mane paremti galite ir jūs.

Žodis „metrika“ turi ir nefizikinę reikšmę: tai yra metraštis ar panašus dokumentas, kuriame surašyti įvairūs svarbūs įvykiai. Kažkiek panaši ir matematinio koncepto reikšmė – metrika yra svarbaus dalyko aprašymas. Tas svarbus dalykas – erdvėlaikio struktūra. Na, o erdvėlaikis yra erdvę ir laiką apjungiantis darinys, tarsi fonas, kuriame vyksta visi kiti dalykai (bet, priešingai nei daugelis fonų, jis nėra statiškas ir reaguoja į jame esančius dalykus; bet apie tai – kurį kitą kartą). Taigi, trumpai tariant, metrika yra erdvėlaikio struktūros aprašymas.

Ką reikia aprašinėti ir kaip galima aprašyti erdvėlaikio struktūrą? Kaip minėjau, erdvėlaikis apjungia erdvę ir laiką. Erdvė turi tris matmenis, pavyzdžiui ilgį, plotį ir aukštį, arba nuotolį ir dvi kryptis, laikas – vieną, taigi erdvėlaikio matmenų yra keturi. Būtent šių keturių matmenų tarpusavio ryšį metrika ir aprašo. Yra keletas galimų metrikos išreiškimo būdų, bet vienas, dažnai paprasčiausias, iš jų yra vadinamas „linijos elementu“ (angl. line element) ir nusako atstumą tarp dviejų erdvėlaikio įvykių.

Kad suprastume, koks yra tas atstumas, pirma pabandykime jo aprašymą įsivaizduoti mums įprastoje trimatėje erdvėje. Tarkime, turime kažkokį objektą, arba įvykį, kuris yra (arba įvyksta) taške A. Taško A padėtį erdvėje paprastumo dėlei pažymime koordinatėmis ; kiekvienas skaičius žymi koordinatę kiekvienoje iš trijų dimensijų. Dabar paimkime kitą daiktą arba įvykį taške B, kurio koordinatės yra ; jei jums paprasčiau, vietoje raidžių įsirašykite bet kokius skaičius. Koks atstumas tarp taškų A ir B? Jį suskaičiuoti mums padeda Pitagoro teorema, kuri duoda atsakymą . Bendru atveju galime įsivaizduoti, kad atstumas susideda iš daugybės mažyčių žingsnelių, kurių kiekvienas gali būti įvardijamas kaip poslinkis – čia raidė nurodo, kad kalbame apie labai mažą dydį. Poslinkis apskaičiuojamas kaip . Ši formulė ir yra linijos elementas mums įprastoje trijų erdvės matmenų, arba Euklido, geometrijoje.

Euklidinėje erdvėje visada galime išmatuoti atstumą tarp taškų „dabar“, nes laikas joje yra atskirtas nuo erdvės ir visiems stebėtojams teka vienodai. Tai kartu reiškia, kad bet koks apsikeitimas informacija gali vykti begaliniu greičiu. Realybėje, deja, yra ne taip – informacijos perdavimo greitį riboja šviesos greitis, lygus 299 792 458 m/s ir žymimas raide (trumpas lyrinis nukrypimas – ši šviesos greičio vertė yra tiksli, nes ji naudojama metro apibrėžimui). Taigi objektų savybių „dabar“ išmatuoti nebegalime, nes kol informacija apie vieno taško padėtį pasieks kitą tašką, bus praėjęs tam tikras laiko tarpas. Be to, jei du stebėtojai juda skirtingais greičiais arba yra skirtingo stiprumo gravitaciniame lauke (pvz. vienas ant Žemės, o kitas orbitoje aplink ją), skiriasi jų patiriamos laiko tėkmės sparta. Taigi į erdvėlaikio struktūros aprašymą reikia įtraukti ir laiko tėkmę.

Tokia metrika sukurta (atrasta?) netrukus po specialiosios reliatyvumo teorijos paskelbimo 1905 metais. Prancūzų matematikas Henry Poincaré bei, kiek vėliau, vokietis (gimęs Aleksote prie Kauno) Hermannas Minkowskis nustatė, kad specialiosios reliatyvumo teorijos teiginius atitinka metrika, kurios linijos elementas užrašomas šitaip: ; trumpiau ją galima užrašyti kaip , kur žymi anksčiau aptartą atstumą trimatėje erdvėje. Pagrindinė ir svarbiausia šios metrikos savybė – nesvarbu, kaip ją pasuksime visuose keturiuose matmenyse, šviesos greitis išliks toks pat. Pasukimas keturiuose matmenyse reiškia ne tik pasižiūrėjimą kita kryptimi (tai būtų pasisukimas erdvėje), bet ir skirtingą judėjimo greitį (pasisukimas erdvės-laiko ašyje). Tai, kad šviesos greitis yra vienodas nepriklausomai nuo atskaitos sistemos, nustatyta dar XIX amžiuje. Įvairūs fizikai XIX a. pabaigoje bandė šį reiškinį aprašyti matematiškai. Buvo suvokta, jog vienintelis būdas paaiškinti tokią šviesos savybę – pripažinti, jog judant skirtingu greičiu, pasikeičia objektų dydžiai ir laiko tėkmės spartą. Olandų fizikas Hendrikas Lorentzas išvedė koordinačių (erdvės bei laiko matmenų) transformacijų rinkinį, kuris aprašo, kaip šie dydžiai pasikeičia priklausomai nuo judėjimo greičio. Poincaré ir Minkowskis parodė, kad šios transformacijos yra būtent Minkovskio metrikos posūkiai.

Minkovskio metrika naudinga ne tik tuo, kad susistemina Lorentzo transformacijas. Ji taip pat matematiškai išreiškia šviesos greitį kaip signalų perdavimo greičio ribą. Kad tą suprastume, panagrinėkime, kokias vertes gali įgyti atstumas . Jei , tada yra realus dydis. Jei , tai atstumas tampa lygus nuliui. Ir trečiu atveju, jei , atstumas tampa menamas dydis, nes jo kvadratas . Būdami bet kokiame erdvėlaikio taške, visą likusį erdvėlaikį galime sudalinti į tris zonas pagal šias atstumo vertes. Linijos erdvėlaikyje, kurių , vadinamos „laikinėmis“ (angl. time-like), turinčios – „šviesinėmis“ (angl. light-like), o – erdvinėmis (angl. space-like). Perduodami signalą šviesos greičiu, mes galime pasiekti visus taškus, esančius šviesiniu atstumu nuo mūsų; pasiekti laikiniu atstumu esančius taškus užtenka greičio, mažesnio nei šviesos, o erdviniu atstumu nutolusių taškų pasiekti negalėsime niekaip.

Svarbu nepamiršti, kad kalbame apie erdvėlaikio, o ne erdvės taškus, t. y. šie taškai turi ir laiko koordinatę. Pavyzdžiui, jeigu „dabar“ Kentauro Alfoje įvyksta sprogimas, informacija apie jį mus pasieks tik po kiek daugiau nei ketverių metų – šviesiniu atstumu sujungtų taškų „Žemė“ ir „Kentauro Alfa“ laiko koordinatė skiriasi maždaug tiek. Atstumas tarp taškų, kurių laiko koordinatė skiriasi mažiau, yra erdvinis – iš vieno į kitą signalas nukeliauti negali.

Taškai, nutolę vienas nuo kito laikiniu atstumu, yra vadinami „priežastingai susietais“ (angl. causally connected). Tai reiškia, kad viename iš taškų – tame, kurio laiko koordinatė mažesnė – įvykęs įvykis gali paveikti kitame iš taškų vykstantį įvykį. Šis ryšys dar įvardinamas taip, kad pirmasis taškas yra antrojo praeityje, o antrasis – pirmojo ateityje. Taigi kiekvienam taškui galime pažymėti ateities regioną (visi taškai, nutolę laikiniais atstumais, kurių laiko koordinatė yra didesnė), praeities regioną (atstumas – laikinis, laiko koordinatė mažesnė), ir regioną „kitur“ (erdvinis atstumas). Šviesinis atstumas yra riba tarp šių sričių. Atkreipkite dėmesį, kad nors ateitis ir praeitis egzistuoja, dabarties šiame erdvėlaikyje nėra. Taip yra todėl, kad judant skirtingu greičiu, „dabarties“ linija pasislenka. Pavyzdžiui, mums esant Žemėje atrodo, kad „dabar“ Kentauro Alfoje vyksta tie dalykai, kurių laiko koordinatė yra 4,3 metų mažesnė. Jei judėtume dideliu greičiu Kentauro Alfos kryptimi arba tolyn nuo jos, mums atrodytų, kad atstumas tarp Žemės ir žvaigždės sumažėja, taigi sumažėja ir laiko tarpas, kurį tarp jų sklinda šviesa, todėl „dabar“, net ir esant labai arti Žemės, pasidarytų mažesnė praeitis (bet mažesnė tik toje, judančioje, atskaitos sistemoje).

Minkovskio metrika yra skirta specialiajai reliatyvumo teorijai, kurioje kalbama tik apie objektų judėjimą, bet ne juos veikiančias jėgas. Bendroji reliatyvumo teorija įtraukia ir gravitaciją. Pagal labai šiai teorijai svarbų ekvivalentiškumo principą, laisvas kritimas gravitaciniame lauke atitinka judėjimą be jokios gravitacijos. Pradedant nuo šio ekvivalentiškumo, galima išvesti matematinę formuluotę, kuri leidžia apskaičiuoti masę turinčių objektų poveikį erdvėlaikiui.

Kai Einsteinas paskelbė bendrosios reliatyvumo teorijos matematinę formuluotę 1915 metais, Europoje siautė karas. Rytų fronte tarnavęs artilerijos leitenantas, vokietis Karlas Scwarzschildas, gavo Einsteino straipsnio kopiją ir ėmė ją nagrinėti. Tuo metu jis jau buvo nemažai pasiekęs fizikas ir sugebėjo išspręsti reliatyvistines lygtis vienam idealizuotam atvejui: jis apskaičiavo, kaip išsikreipia erdvėlaikis vakuume aplink sferiškai simetrišką masės telkinį. Šis sprendinys jo garbei vadinamas Švarcšildo metrika, ir atrodo šitaip: . Dešinioji lygybės pusė čia irgi susideda iš laiko ir erdvės dedamųjų, tik atstumas erdvėje išreiškiamas ne per koordinates , bet per sferines koordinates , kur yra atstumas nuo koordinačių pradžios taško, – platumos kampas, o – ilgumos. Toks koordinačių pakeitimas leido Schwarzschildui atrasti šį sprendinį, kurio Einsteinas sugalvoti nesugebėjo, tačiau iš šiaip koordinačių sistema turi įtakos tik sistemos aprašymui, bet ne jos evoliucijai. Esminis skirtumas nuo Minkovskio metrikos čia yra daugiklis , atsirandantis prie laiko ir nuotolio dedamųjų. Jis nurodo, kiek susitraukia erdvė ir išsitempia laikas dėl kūno gravitacijos. Parametras , kur yra gravitacijos konstanta, o – nagrinėjamo kūno masė, vadinamas Švarcšildo spinduliu. Mokslininkai netrukus pastebėjo, kad jei kūno spindulys yra lygus ar mažesnis, ties šiuo spinduliu atstumas tarp dviejų erdvėlaikio taškų tampa begalinis, o arčiau koordinačių pradžios už Švarcšildo spindulį erdvė ir laikas tarsi susikeičia vietomis. Kelis dešimtmečius tokia metrikos savybė buvo laikoma tik matematine keistenybe, neturinčia fizikinės prasmės, bet vėliau paaiškėjo, kad masyvios žvaigždės gyvenimo pabaigoje gali susitraukti į tokius tankius objektus, dabar vadinamus juodosiomis skylėmis.

Laikui bėgant, buvo atrasta vis daugiau bendrosios reliatyvumo teorijos lygčių sprendinių – kitokių gravitacijos veikiamo erdvėlaikio metrikų. Jos visos atitiko vienaip ar kitaip idealizuotas sistemas, nes bendram atvejui sprendinio rasti nėra įmanoma. Viena iš svarbiausių tokių metrikų vadinama net keturių daugmaž nepriklausomai ją atradusių mokslininkų pavardėmis: Aleksandro Fridmano, Georges Lemaître`o, Howardo Robertsono ir Arthuro Geoffrey`io Walkerio, arba trumpiau FLRW. Ji aprašo erdvėlaikį, kuriame medžiaga pasklidusi visur ir visomis kryptimis tolygiai: *, kur yra atstumas trimatėje erdvėje. Nuo Minkovskio metrikos ši skiriasi tik tuo, kad erdvinė dalis yra padauginta iš koeficiento , vadinamo mastelio faktoriumi. Tai yra nuo laiko priklausanti funkcija, kurios tikslią formą apibrėžia sistemos sandara – iš dulkių sudaryta sistema evoliucionuoja vienaip, iš dujų – kitaip, tamsioji energija ją veikia dar kitaip, ir taip toliau.

FLRW metrikoje, kaip ir Minkovskio, galioja šviesos greičio riba – objektai negali judėti greičiau už ją. Taip pat galime atskirti tris atstumų tipus – erdvinį, laikinį bei šviesinį, taip pat galime nurodyti ateities ir praeities, bet ne dabarties regionus. Bet – ir tai yra labai svarbu – visi šie regionai laikui bėgant keičiasi. Keičiasi todėl, kad kinta pačios erdvės mastelis, aprašomas mastelio faktoriumi . O štai šio faktoriaus joks šviesos greitis neriboja. Jis pats netgi neturi greičio dimensijos – tai yra bedimensinis dydis, kaip 2, 15 ar . Erdvės plėtimasis vyksta taip, kad padidėja atstumas tarp bet kurių dviejų erdvės taškų, ir padidėja jis proporcingai jau esamam atstumui. Ne veltui toks plėtimasis yra lyginamas su baliono pūtimu ar mielinės tešlos kilimu. Stebėtojas, esantis viename iš taškų, matys visus kitus taškus tolstant nuo jo, o tolimo greitis gali lengvai viršyti šviesos greitį. Bet tai reliatyvumo teorijai neprieštarauja – priešingai, ši erdvės savybė seka iš reliatyvumo teorijos lygčių.

Galvojant apie erdvės plėtimąsi, svarbu nepamiršti, kad FLRW metrika galioja tik idealizuotoje visatoje, kurioje medžiaga pasiskirsčiusi idealiai tolygiai. Mūsų Visata į tokią idealizuotą versiją panaši tik labai dideliais masteliais, taigi ir erdvės plėtimasis vyksta tik dideliais masteliais. Galaktikų spiečiai, surišti gravitacijos, erdvėlaikį iškreipia panašiau į Švarcšildo metriką, todėl jų erdvė nesiplečia. Taigi nereikia bijoti – galaktikos, esančios aplink mus, ir visi mažesni objektai dėl erdvės plėtimosi į šalis neišsilakstys.

Laiqualasse

* – FLRW metrikoje yra dar vienas daugiklis, susijęs su galimu erdvės kreivumu dideliais masteliais, bet dabartiniai stebėjimai rodo, kad erdvė greičiausiai nėra iškreipta, taigi tas daugiklis pranyksta ir jo čia neįrašiau.

Praėjusios savaitės naujienose – labai daug juodųjų skylių. Tai jos keistai auga, tai magnetiniai laukai aplink jas sukasi, tai padeda reliatyvumo teoriją tikrinti... Aišku, yra ir kitko: naujų kosminių skrydžių ir jų planų, idėjų apie Mėnulį, Plutoną bei egzoplanetų gyvybingumo patikrinimą, ir dar šio to. Kaip visada, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

SpaceX kosminis internetas. Jau ne pirmus metus SpaceX įkūrėjas Elonas Muskas šneka apie planus teikti interneto ryšį neturtingoms šalims, sukūrus dedikuotą ryšio palydovų tinklą Starlink. Praeitą savaitę pirmi du bandomieji tokio tinklo palydovai pakelti į orbitą. Bandymas buvo sėkmingas – abu palydovai veikia ir skrenda taip, kaip ir turėtų. Palydovų orbitos yra gana neaukštos – kiek daugiau nei 1000 km virš Žemės paviršiaus (palyginimui daugelis ryšių palydovų yra geostacionarioje orbitoje, apie 30 tūkst. km virš paviršiaus). Iš viso Starlink turėtų sudaryti apie 12 tūkstančių palydovų – gerokai daugiau, nei šiuo metu iš viso skraido aplink Žemę. Muskas yra sakęs, kad tikisi, jog Starlink veikti pradės apie 2020 metus, o visas tinklas bus užbaigtas ateinančio dešimtmečio viduryje.

Kartu šis SpaceX raketos Falcon 9 skrydis buvo ir bandymas pagauti palydovus dengusią raketos nosį. Vieną kartą toks bandymas sėkmingai atliktas pernai kovą, o šį kartą bandymas nepavyko – nosis nusileido kelių šimtų metrų atstumu nuo taikinio. Ją pagauti turėjo laivas su labai dideliu tinklu, į kurį nosis nusileistų su parašiutu. Nosies pagavimas leidžia sutaupyti apie 10% misijos kainos – šešis milijonus dolerių.

***

NASA Mėnulio planai. Praeitą savaitę NASA dar kartą išbandė raketinius variklius, kurie bus naudojami Space Launch System raketose. Varikliai – modifikuoti Šatlų modeliai – veikė puikiai ir pasiekė net 13% didesnę galią, nei pasiekdavo Šatlų laikais. Taip pat išbandytas patobulintas variklių valdymo įrenginys, kuris irgi, atrodo, veikia taip, kaip ir numatyta. Pirmasis SLS skrydis numatomas sekančiais metais.

Vienas iš Space Launch System tikslų – gabenti astronautus į Mėnulį, Marsą ir kitas Saulės sistemos vietas. NASA administratorius Robertas Lightfootas praeitą savaitę pareiškė, kad per dešimt metų tikimasi vykdyti reguliarius žmonių skrydžius į Mėnulį. Tą įgyvendinti leistų orbitoje aplink Mėnulį įrengta tyrimų stotis, kurios pirmieji komponentai būtų paleisti jau 2022 metais. Tuo tarpu orbitą aplink Žemę NASA ketina užleisti privačiam kapitalui – skrydžius prie planetos po dešimtmečio turėtų vykdyti tik privačios firmos.

***

Vandens pasiskirstymas Mėnulyje. Beveik prieš dešimtį metų nustatyta, kad Mėnulyje yra vandens. Jo ten nedaug ir jis daugiausiai užrakintas uolienose, bet visgi egzistuoja. Bet iki šiol neišsiaiškinta, ar vandens gali būti visoje Mėnulio plutoje, ar tik tam tikrose vietose arba tam tikro tipo uolienose. Dabar nauja stebėjimų duomenų analizė parodė, kad vandens greičiausiai yra visame Mėnulyje. Nagrinėti duomenys surinkti Indijos zondu Chandrayaan-1. Jau seniau jų analizė parodė, kad vandens tikrai yra netoli paviršiaus prie ašigalių, tačiau arčiau pusiaujo buvo sudėtinga atskirti Mėnulio atspindimą ir paties kūno skleidžiamą šviesą, tad ir analizė buvo nepatikima. Naujoje analizėje ši problema išspręsta, pritaikius labai detalų Mėnulio paviršiaus temperatūros modelį. Atskyrus savąją ir atspindėtą šviesą pasirodė, kad vandens yra visose Mėnulio platumose ir visų tipų paviršiuje. Be to, vandens pasiskirstymas nekinta, keičiantis paros metui, taigi molekulės yra tvirtai užrakintos uolienose. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Gegužės mėnesį į Marsą išskris NASA zondas InSight, tyrinėsiantis Raudonosios planetos vidų. Trumpai apie misijos tikslus – savaitės filmuke iš NASA JPL:

***

Šios penkios nuotraukos iš pirmo žvilgsnio gali pasirodyti identiškos, tačiau geriau įsižiūrėjus, ypač mėlynojoje dalyje, galite pamatyti skirtumų. Laikas tarp kairiosios ir dešiniosios nuotraukų – apie 40 minučių, per kurias Juno zondas nutolo nuo Jupiterio nuo 85 iki 124 tūkstančių kilometrų. Sūkuriai, matomi arti pietų ašigalio, kartais siekia net Žemės skersmenį, o per tas 40 minučių pajuda gana pastebimai. Ir gražu, ir padeda suprasti, kas dedasi didžiausioje Saulės sistemos planetoje.

***

Anglies sluoksnis Plutone. Plutono paviršius yra geologiškai (hadologiškai?) jaunas – daugelio jo dalių amžius nesiekia 10 milijonų metų. Tai reiškia, kad nykštukinė planeta reguliariai atsijaunina, o tam reikia, kad po jos paviršiumi būtų minkštas ar net skystas sluoksnis. Įprastai teigiama, kad tai turėtų būti skysto vandens ar bent jau minkšto ledo vandenynas, tačiau dabar pasiūlyta gana kitokia idėja: minkštasis sluoksnis gali būti sudarytas iš anglies junginių ir angliavandenilių, taigi panašus į dervą ar asfaltą. Plutonas susiformavo išorinėje Saulės sistemos dalyje, panašiai kaip ir kometos. Kometose randama daug organinių junginių, taigi jų gali būti ir Plutone. Tokie junginiai, jei jų masės dalis būtų panaši į junginių masę kometose, galėtų sudaryti kelių dešimčių kilometrų storio sluoksnį, o slėgis ir temperatūra Plutono gilumoje yra pakankama, kad šis sluoksnis būtų minkštas. Nors tai – tik teoriniai apmąstymai, kol kas ši hipotezė turėtų būti svarstoma panašiai rimtai, kaip ir popaviršinio vandenyno modelis. Nežinia, ar ją pavyks patikrinti be naujos misijos Plutono link, tačiau jos nagrinėjimas gali padėti geriau suprasti galimą planetų ir kitų didelių kūnų struktūros įvairovę.

***

Atmosferiniai gyvybės požymiai. Žemė per savo gyvenimą labai keitėsi. Kito ir jos atmosferos sudėtis, nuo anglies dvideginio ir azoto kupinos ankstyvosios iki azotu ir deguonimi užpildytos dabartinės. Kitos planetos, laikui bėgant, taip pat turėtų kisti, taigi gali būti, kad egzoplanetas aptiksime skirtingose geologinės evoliucijos stadijose. Dabar pristatytas visas rinkinys planetų, panašių į Žemę, atmosferų modelių, šioms planetoms esant skirtingose geologinės-biologinės evoliucijos stadijose prie įvairios temperatūros žvaigždžių. Nustatyta, kad kol planetos atmosferoje deguonies nedaug, jo aptikimui daug įtakos turi debesys bei ozono sluoksnis, susidarantis net ir mažai deguonies turinčiose atmosferose, ypač prie karštesnių už Saulę žvaigždžių. Senesnėse planetose gyvybės pėdsakus aptikti yra lengviau, nei jaunesnėse. Tokie tyrimai padeda geriau numatyti, kokius stebėjimus reikėtų atlikti charakterizuojant egzoplanetas. Tyrimo rezultatai arXiv.

Dažnai gyvybei tinkamų egzoplanetų tikimasi ieškoti bandant aptikti vandens ar deguonies molekulių pėdsakus jų atmosferose. Tačiau galimas ir kitoks būdas – ieškoti deguonies atomų ir jonų planetos jonosferoje. Žemė yra vienintelis Saulės sistemos kūnas, kurio jonosferoje dominuoja deguonies atomai. Taip yra tik dėl to, kad Žemėje gyvybė sukuria labai daug deguonies – tiek daug, kad jis net gali pabėgti į išorinius atmosferos sluoksnius. Tyrimo autoriai teigia, kad būtent deguonies dominavimas tokiame aukštyje, kur elektronų koncentracija jonosferoje yra didžiausia, yra požymis, kad planetoje vyksta biologiniai procesai, ir galėtų būti naudojamas charakterizuojant egzoplanetas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Reliatyvumas Galaktikos centre. Paukščių Tako centre, mažiau nei parseko atstumu nuo juodosios skylės Šaulio A*, sukasi keli šimtai žvaigždžių. Žvaigždė S2 (arba S0-2), aptikta dar 1994 metais, sukasi palyginus trumpa orbita – jai apskrieti vieną elipsę užtrunka apie 15 metų. Šiemet antrą kartą stebėsime, kaip ši žvaigždė priartėja arčiausiai prie juodosios skylės – maždaug keturis kartus didesniu atstumu, nei Neptūnas nutolęs nuo Saulės. Tokiu atstumu turėtų būti įmanoma aptikti žvaigždę veikiančius reliatyvistinius efektus, pavyzdžiui orbitos precesiją. Nenuostabu, kad astronomai į šį įvykį deda daug vilčių, bet tam reikia ir gerai pasiruošti. Praeitą savaitę pristatytoje studijoje nagrinėjama, ar S2 gali būti dvinarė žvaigždė. Analizė rodo, kad jei ji ir turi kompanionę, tai pastarosios masė neviršija pusantros Saulės masės. Turint omeny, kad pačios S2 masė yra apie 15 kartų didesnė, nei Saulės, kompanionės gravitacija neturėtų S2 orbitos paveikti tiek, kad nebūtų įmanoma nustatyti reliatyvistinių efektų poveikio. Dar viena kompanionės paieškų priežastis – tai padeda nustatyti, kaip S2 ir kitos panašios žvaigždės susiformavo. Kol kas tai nėra iki galo aišku, nes žvaigždžių formavimasis taip arti juodosios skylės pagal standartines teorijas yra neįmanomas, o atmigruoti iš toliau joms greičiausiai nebuvo pakankamai laiko. Žinojimas, ar žvaigždė turi dvinarę kompanionę, gali padėti atskirti įvairias atsiradimo hipotezes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos centro magnetizmas. Nors pagrindinė jėga, nulemianti struktūrų formavimąsi Visatoje, yra gravitacija, reikia nepamiršti ir magnetinių laukų poveikio, kuris, ypač mažais masteliais, gali būti labai reikšmingas. "Maži" čia yra keleto ir kelių dešimčių parsekų masteliai, atitinkantys žvaigždėdaros regionus, kuriuose dujos juda ne tik taip, kaip jas traukia gravitacija, bet ir taip, kaip leidžia judėti magnetinio lauko linijos. Magnetiniai laukai svarbūs ir nagrinėjant medžiagos kritimą į juodąsias skyles – akreciją. Dabar pristatytas pirmasis Paukščių Tako centrinio parseko magnetinio lauko erdvėlapis. Magnetinio lauko stiprumas bei kryptis nustatyti matuojant tarpžvaigždinių dulkių spinduliuotės poliarizaciją. Duomenys parodo, kad jaunų žvaigždžių vėjai išpučia burbulus, atsispindinčius ir magnetinio lauko pasiskirstyme, o daugelis prie pat juodosios skylės matomų dujų srautų juda būtent išilgai magnetinio lauko linijoms. Šie rezultatai padeda geriau suprasti, kaip sąveikauja žvaigždės, dujos ir magnetinis laukas ekstremaliomis sąlygomis, kokios yra Galaktikos centre. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aktyvių branduolių poveikis. Aktyvūs branduoliai dažnai kuria tėkmes, kurios išstumia iš galaktikos didžiulius kiekius dujų. Tėkmės daugiausiai susideda iš molekulinių dujų. Tačiau dabar atrasta aktyvi galaktika, kurioje puikiai matoma jonizuotų dujų tėkmė, o molekulinių dujų – nėra. Tiksliau sakant, molekulinių dujų pačioje galaktikoje yra, bet jos juda taip, lyg galaktika būtų neaktyvi. Kol kas nežinia, kaip paaiškinti šią keistą tėkmę – kai kurie mokslininkai teigia, jog galbūt aktyvių branduolių poveikis nėra toks stiprus, kaip galvojama. Taip pat gali būti, kad galaktika tiesiog labai neseniai tapo aktyvi, ir masyvi molekulinė tėkmė joje dar nesusiformavo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodųjų skylių augimas. Supermasyvios juodosios skylės auga kartu su savo galaktikomis. Jau seniai žinoma, kad vidutiniškai žvaigždžių formavimosi sparta galaktikoje yra apie 2000 kartų didesnė, nei juodosios skylės augimo sparta. Dabar nauji tyrimai atskleidė, kaip šis santykis priklauso nuo galaktikos masės. Paaiškėjo, kad kuo masyvesnė galaktika, tuo santykinai svarbesnė ir aktyvesnė joje yra supermasyvi juodoji skylė. Masyviausiose tirtose galaktikose žvaigždėdaros ir juodosios skylės akrecijos spartų santykis nesiekia 500, o mažiausios masės – viršija 10 tūkstančių. Priklausomybės atradimas padės geriau suprasti ryšį tarp galaktikų ir juodųjų skylių bei vienų objektų poveikį kitiems. Tyrimo rezultatai arXiv.

Kitas su juodųjų skylių augimu susijęs atradimas – 72 masyvių galaktikų juodųjų skylių masių įvertinimas. Beveik pusė jų pasirodė esančios masyvesnės, nei 10 milijardų Saulės masių; iki šiol tokių juodųjų skylių buvo žinoma vos keletas. Taip pat paaiškėjo, kad šioms masyviausioms juodosioms skylėms negalioja standartinė koreliacija tarp galaktikos ir juodosios skylės masės – jos yra pernelyg masyvios. Gali būti, kad šios juodosios skylės atsirado ir tokią masę pasiekė gerokai anksčiau, nei aplink jas esančios galaktikos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Patikslintas Hablo parametras. Dauguma galaktikų nuo mūsų tolsta, o jų judėjimo greitis proporcingas atstumui iki jų. Šis sąryšis, vadinamas Hablo dėsniu, prieš šimtą metų padėjo suprasti, jog Visata plečiasi. Santykis tarp galaktikos judėjimo greičio ir atstumo vadinamas Hablo parametru, ir yra lygus maždaug 70 km/s vienam megaparsekui. Kiekvienas Hablo parametro vertės patikslinimas leidžia vis geriau suprasti, kaip veikia mūsų Visata ir kokia ateitis jos laukia, taip pat susieti galaktikų stebimus parametrus, tokius kaip raudonasis poslinkis, su laikotarpiu, iš kurio atkeliauja galaktikos spinduliuotė. Dabar pristatytas naujas, patikslintas Hablo parametro įvertinimas, gautas remiantis Paukščių Take ir kitose galaktikose esančių kintančių žvaigždžių Cefeidžių stebėjimais. Cefeidžių šviesumas kinta periodiškai, o periodas labai gerai koreliuoja su maksimaliu šviesiu, taigi išmatavę periodą, galime nustatyti, kokia ryški yra žvaigždė, o tai leidžia nustatyti ir atstumą. Taip galime rasti atstumą iki galaktikų, kuriose dar matomos pavienės Cefeidės, o matuodami šių galaktikų judėjimo greitį, apskaičiuojame ir Hablo parametrą. Gauta vertė – apie 73,5 km/s megaparsekui – yra gerokai didesnė, nei apskaičiuota remiantis kosminės foninės spinduliuotės stebėjimais. Šis neatitikimas jau keletą metų neramina astronomus, mat jo paaiškinti standartiniu kosmologiniu modeliu nepavyksta. Tai gali reikšti, kad Visatoje veikia dar kažkokie fizikiniai procesai, apie kuriuos kol kas nieko nežinome. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Prieš porą dienų internetuose vėl ėmė klaidžioti pranešimas, pasikartojantis kas kokį pusmetį, kaip „NASA pirmą kartą pamatė kažką išlendant iš juodosios skylės“. Tokį tekstą rasite, pavyzdžiui, čia. Iš principo tai, kas jame parašyta, kaip ir nėra klaidinga, bet antraštė ir pirmi sakiniai sudaro įspūdį, kad šis atradimas kone paneigia viską, ką žinome apie juodąsias skyles, reliatyvumo teoriją ir gal net apskritai fiziką. Galima suprasti antraščių kūrėjus – šiais clickbaito laikais sunku patraukti dėmesį su adekvačia antrašte. Bet visgi realybė, nors ir ne tokia dėsnius laužanti, yra gana įdomi. Taigi – kas ten iš tikro aptikta ir kas gali išlįsti iš juodosios skylės?

Visų pirma, tai nėra ypatingai naujas atradimas – jis publikuotas prieš daugiau nei dvejus metus; nemokamą straipsnio versiją rasite arXiv https://arxiv.org/abs/1510.07656. Stebėjimai atlikti dar metais anksčiau, 2014-ųjų rugpjūčio-rugsėjo mėnesiais. Stebėjimų taikinys buvo galaktika kataloginiu pavadinimu Markariano 335 – kiek daugiau nei per 100 megaparsekų nutolusi aktyvi galaktika. Aktyvios galaktikos taip vadinamos todėl, kad jų centre esanti supermasyvi juodoji skylė sparčiai (aktyviai) ryja dujas, o dujos krisdamos švyti taip ryškiai, kad centrinis spinduliuotės šaltinis ryškumu prilygsta arba pranoksta visos galaktikos žvaigždes.

Aktyvios galaktikos skleidžia daug ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės, ir ši spinduliuotė nėra visą laiką vienoda. Kartais ji paryškėja, kartais susilpnėja, taip pat nuolatos kinta ir jos spektras – kitaip tariant, vienu metu gali sustiprėti ultravioletinė spinduliuotė, kitu – rentgeno, dar kitu – radijo ir panašiai. Pokyčius nulemia įvairūs procesai, vykstantys aplink juodąją skylę, kur dujos yra susitelkusios į įvairias struktūras. Šių struktūrų judėjimas ir savybių kitimas nulemia ir spinduliuotės kitimą, o spinduliuotės analizė yra vienintelis būdas, kaip galime tyrinėti, kas ten vyksta ir patikrinti susidarytus teorinius modelius. Todėl kiekvienas ryškesnis žybsnis yra analizuojamas ir, jei tik įmanoma, stengiamasi jį stebėti įvairiuose bangų ruožuose.

Kažkas panašaus nutiko ir 2014 metų rugpjūčio pabaigoje. Swift kosminis teleskopas užfiksavo, kad Markariano 335 ėmė spinduliuoti beveik dešimt kartų daugiau rentgeno fotonų, nei vidutiniškai per paskutinius metus. Po poros savaičių į šią galaktiką nukrypo kitos rentgeno observatorijos NuSTAR akis – tuo metu rentgeno spinduliuotės žybsnis jau buvo kiek aprimęs, bet vis dar daug didesnis, nei ankstesnių metų vidurkis. Tada sekė stebėjimų duomenų analizė, kuri leido susidaryti vaizdą, kas gi ten įvyko.

Susidarytas vaizdas – kitaip tariant, modelis, paaiškinantis stebėjimų duomenis – yra toks. Žybsnis kilo dėl to, kad iš juodosios skylės prieigų labai dideliu greičiu maždaug mūsų link buvo išmestas karštų dujų gumulas, iki tol buvęs juodosios skylės vainiko dalimi. Vainikas yra retų labai karštų dujų apvalkalas, gaubiantis daugumą aktyvių juodųjų skylių. Šios dujos ir skleidžia rentgeno spindulius, taip pat šiek tiek įkaitina aplink juodąją skylę besisukantį tankų šaltesnių dujų diską. Labai daug apie vainiką galima spręsti būtent iš rentgeno spindulių, atsispindinčių nuo disko. Markariano 335 atveju vainiko medžiagos pabėgimą parodė tai, kad staiga labai stipriai sumažėjo atsispindinčios rentgeno spinduliuotės dalis. Dideliu greičiu nuo disko tolstanti medžiaga daugiau spinduliuotės skleidžia judėjimo kryptimi, negu priešinga – taigi mes matėme tą medžiagą spinduliuojant ryškiai, o diską pasiekė tik labai nedidelė jos spinduliuotės dalis. Ši analizė leido įvertinti ir medžiagos pabėgimo greitį – apie 20% šviesos greičio. Taip pat paaiškėjo, kad bendra spinduliuojama energija žybsnio metu pakito labai nežymiai – galaktikos branduolys ėmė spinduliuoti daugiau rentgeno fotonų, bet jų vidutinė energija buvo mažesnė, nei ramybės metu.

Žybsniai stebimi ir kituose aktyviuose branduoliuose, bet iki šiol nepavyko nei vieno stebėti taip detaliai, kad pavyktų išsiaiškinti, kaip jo metu gali judėti medžiaga juodosios skylės apylinkėse. Taigi nežinome ir to, ar vainiko pabėgimas yra tipinis reiškinys žybsnio metu, ar išskirtinis. Bet ateityje duomenų surinksime daugiau, stebėsime žybsnius kitose galaktikose ir šitą išsiaiškinsime.

Taigi iš dalies žiniasklaidos antraštės yra teisingos – mokslininkai pirmą kartą gavo įrodymų, jog prie aktyvios juodosios skylės vyksta toks procesas (vainiko pabėgimas) ir kad jis sukelia žybsnį. Bet tai nėra „pabėgimas iš juodosios skylės“, nes niekas iš už įvykių horizonto ribų nepabėga. Taip pat, labai griežtai kalbant, negalima sakyti ir kad pabėgimas buvo stebimas – apie pabėgimą padaryta išvada, nagrinėjant stebėjimų duomenis, kuriuose jokio judėjimo tiesiogiai pamatyti neįmanoma, įmanoma sekti tik galaktikos centrinės dalies šviesio kitimą. Bet ir to užtenka, kad gana gerai suprastume, kokie įdomūs reiškiniai ten vyksta.

Beje, NASA pranešime spaudai apie įvykį ir atradimą parašyta labai ramiai, be sensacionalizmo. Ten rasite ir šiek tiek daugiau informacijos, nei mano aiškinime.

Laiqualasse

Kad Mėnulis susiformavo, Žemei susidūrus su maždaug Marso dydžio kūnu, žinome jau seniai. Bet pasirodo, panašūs susidūrimai Saulės sistemos jaunystėje buvo ne tokie ir reti: naujuose tyrimuose kalbama apie panašų įvykį Urane. Be to, Asteroidų žiedas susiformavo subyrėjus keliems dideliems protoplanetiniams kūnams. Šios ir kitos naujienos – nuo zondų kamerų ir dronų Veneroje iki dulkių labai tolimoje galaktikoje – po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Breakthrough kameros perspektyvos. Breakthrough Starshot projekto tikslas – į artimiausią Saulei planetinę sistemą, Kentauro Proksimą, nuskraidinti spiečių mažyčių zondų. Zondai būtų įgreitinami iki maždaug 20% šviesos greičio, kad Proksimą pasiektų per maždaug 20 metų. Tokiu greičiu skrendančiai kamerai pasireikštų įvairūs reliatyvistiniai efektai. Pavyzdžiui, objektai skridimo kryptimi atrodytų mėlynesni ir šviesesni, nei stacionariam stebėtojui. Šiuos pokyčius galima labai tiksliai apskaičiuoti, o kameros skrydžio metu šiuos skaičiavimus būtų galima patikrinti. Tai leistų patikrinti specialiosios reliatyvumo teorijos prognozes. Priklausomai nuo to, kokia gera yra siunčiama kamera, ji galėtų būti panaudota ir astronominiams stebėjimams, pavyzdžiui tyrinėjant tolimas galaktikas, kurių šviesa kamerai atrodytų daug ryškesnė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dronai Veneroje? Per pastaruosius porą metų NASA ėmė skirti daugiau dėmesio Venerai, labiausiai todėl, kad kai kurie klimato modeliai prognozuoja, jog planetoje kadaise galėjo būti skysto vandens. Kol kas neapibrėžtoje ateityje, galbūt trečiojo dešimtmečio pabaigoje, į Venerą turėtų būti siunčiama tyrimų misija; šiuo metu svarstomos įvairios planetos atmosferą ir gal net paviršių tyrinėsiančių zondų idėjos. Praeitą savaitę NASA skyrė finansavimą kompanijai, kuriančiai Veneros atmosferai pritaikytą droną. Dronas galėtų tyrinėti Veneros atmosferą 50 kilometrų aukštyje virš paviršiaus – ten temperatūra ir slėgis yra panašūs į Žemės atmosferos, tačiau pučia ypatingai stiprūs vėjai. Sekančios tyrimų fazės, kuriai NASA skyrė 125 tūkstančius JAV dolerių, tikslas yra sukurti droną, galintį pasinaudoti šiais vėjais ir skraidyti Veneros atmosferoje, naudojant minimalų elektros energijos kiekį. Po pusmečio, peržiūrėję rezultatus, NASA atstovai įvertins, ar skirti dar 750 tūkstančių dolerių prototipų gamybai.

***

Zondas „Dawn“ jau artėja prie misijos pabaigos. Birželio pradžioje jis perėjo į naują orbitą aplink Cererą, kurioje prie nykštukinės planetos paviršiaus priartėja per 34 kilometrus – arčiau nei bet kada iki šiol. Tai leidžia padaryti tokias detalias įdomiųjų Cereros šviesumų nuotraukas. Šie regionai greičiausiai yra paviršinių druskų telkiniai, tačiau kol kas dar daug ko apie juos nežinome.

***

Netikėta asteroidų kilmė. Nors asteroidų orbitos yra labai įvairios, daugelis jų turi panašių savybių. Pavyzdžiui, yra įvairios asteroidų grupės, kurių orbitos yra vienodai pasvirusios į Saulės sistemos plokštumą, arba vienodai ištįsusios, arba dar kaip nors panašios. Tokios grupės vadinamos asteroidų šeimomis – jos atsirado, kai subyrėjo didesnis motininis kūnas, pažėręs įvairaus dydžio nuolaužų. Laikui bėgant šeimos išsibarsto, taigi gali būti, kad ir kiti asteroidai atsirado po didelių kūnų subyrėjimo, bet per milijardus metų išsiskirstė taip, kad jų panašumo nebematyti. Ir visgi tam tikri požymiai, kad asteroidai kilę iš vieno motininio kūno, išlieka labai ilgai: stambesnių kūnų orbitos kinta lėčiau, taigi galime tikėtis, kad net po ilgo laiko didesni asteroidai judės arčiau Saulės sistemos plokštumos ir labiau apskritiminėmis orbitomis, nei mažesni. Būtent toks atradimas padarytas išnagrinėjus daugiau nei 200 tūkstančių asteroidų, esančių vidinėje Asteroidų žiedo dalyje, orbitas. Net 85% šių asteroidų greičiausiai yra kilę iš penkių ar šešių pirmykščių kūnų. Likę 15% gali taip pat būti kilę iš šių, arba iš dar seniau subyrėjusių, objektų. Tai reiškia, kad Asteroidų žiedas ne visada buvo toks, koks dabar – kadaise jį sudarė vos kelios protoplanetos, kurios susidūrė tarpusavyje, subyrėjo ir paskleidė nuolaužas plačiai po Saulės sistemą. Šis atradimas patvirtina hipotezę, jog dujų ir dulkių disko, iš kurio formavosi Saulės sistemos planetos, medžiagos savigravitacija labai efektyviai suformavo pirmykščius protoplanetinius gumulus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Apie asteroidų kasinėjimą buvo daug kalbama prieš penkerius metus. Vėliau kalbos aprimo, bet planai vis dar vystomi. Kokios šios srities perspektyvos ir kaip ji gali išgelbėti pasaulį, pasakojama PBS Space Time filmuke:

***

Giluminis kometos deguonis. Kometos 67P galvoje (dujų apvalkale, gaubiančiame branduolį) zondas Rosetta aptiko deguonies molekulių. Tai buvo pirmas kartas, kai deguonies molekulės aptiktos kometoje – anksčiau ten buvo aptikta anglies dvideginio ir vandens, o deguonies molekulių rasta tik lediniuose Jupiterio palydovuose. Visgi iš principo tai nėra labai keistas atradimas, mat deguonies Visatoje yra daug, taip pat ir molekulinėje formoje. Tačiau dabar, apskaičiavus tikėtiną deguonies molekulių formavimosi kometos paviršiuje spartą, paaiškėjo, kad aptiktos molekulės greičiausiai ateina iš kometos gelmių. Kometos paviršiuje deguonis gali susiformuoti, kai energingi jonai, atskridę Saulės vėjyje, pataiko į įvairius oksidus ar kitus deguonies turinčius mineralus. Visgi net maksimali teoriškai įmanoma deguonies gamybos sparta kometos 67P paviršiuje negali paaiškinti deguonies kiekių, stebimų galvoje. Tai reiškia, kad didelė dalis deguonies išlekia iš kometos gelmių, kur turėjo būti įkalinta nuo pat kometos atsiradimo kartu su Saulės sistema. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Palydovų pėdsakai pašvaistėje. Jupiterio palydovai, bent jau Ijo ir Ganimedas, palieka pėdsakus planetoje švytinčiose pašvaistėse. Tokia išvada padaryta išanalizavus Juno zondo duomenis. Ijo, praskriedamas arčiau planetos, palieka dvi besisukančias juostas pašvaistėje, panašias į bangas vandenyje, sekančias plaukiančiam laivui iš paskos. O tiesiai po Ganimedu esančiame Jupiterio taške matoma netgi ne viena, o dvi pašvaistės, greičiausiai atsirandančios Ganimedo magnetiniam laukui sąveikaujant su Jupiterio. Šie atradimai – gana preliminarūs, bet turėtų padėti suprasti, kaip Jupiterio palydovai sąveikauja su planetos magnetosfera. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Uraną formavęs smūgis. Uranas yra labai keista planeta – jo sukimosi ašis pakrypusi daugiau nei 90 laipsnių kampu į orbitos plokštumą, yra šaltesnis už toliau nuo Saulės esantį Neptūną ir turi labai keistą magnetinį lauką. Visas šias savybes, pasirodo, galima paaiškinti didžiuliu susidūrimu su kita planeta Saulės sistemos jaunystėje. Tai paaiškėjo atlikus įvairių panašių susidūrimų skaitmeninį modeliavimą. Šie modeliai parodė, kad 2-3 Žemės masių kūnas, atsitrenkęs į jauną 14 Žemės masių Uraną, galėjo smarkiai pakreipti pastarojo sukimosi ašį. Subyrėjęs į gabalus uolinis kūnas išsilakstė į šalis: dalis uolienų įstrigo Urano ledinėje mantijoje ir plutoje, dalis suformavo kai kuriuos jo palydovus. Dalis įstrigusių uolienų galėjo suformuoti tvirtą kevalą Urano viduje, kuris nepraleidžia iš gelmių kylančios šiltesnės medžiagos – tai paaiškintų, kodėl planeta yra šaltesnė, nei prognozuoja modeliai. Be to, susidarę Urano struktūros netolygumai galėjo paveikti magnetinį lauką ir netgi padaryti jį nepastovų, kaip ir stebima realybėje. Šis tyrimas sustiprina įtarimą, kad didelių objektų smūgiai yra dažnas reiškinys planetinių sistemų formavimosi metu, taigi jų pasekmių turėtume tikėtis atrasti ir tarp egzoplanetų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Superžvaigždės kosminiai spinduliai. Nuo XIX amžiaus stebima ypatinga žvaigždė Laivo Kilio Eta yra ypatingai masyvi ir visiškai arti savo gyvenimo pabaigos. Tai yra dvinarė sistema, kurios pagrindinės narės masė viršija šimtą Saulės masių. Ji bent šimtą metų nusimetinėja išorinius sluoksnius labai stipriu vėju ir artimiausiu metu (astronomiškai šnekant) turėtų sprogti supernova. Ilgą laiką buvo manoma, kad tokios sistemos, kaip ši, gali būti viena iš vietų, iš kur kyla kosminiai spinduliai – ypatingai energingų dalelių srautai. Dabar ši hipotezė patvirtinta, remiantis tiksliais rentgeno spindulių teleskopo NuSTAR stebėjimais. Jau seniau žinoma, kad netoli Laivo Kilio Etos yra rentgeno spindulių šaltinis, o NuSTAR gera erdvinė raiška leido nustatyti, kad šaltinis tiksliai sutampa su žvaigžde. Rentgeno spindulių spektras atitinka tokį, kokį prognozuoja kosminių spindulių sąveikos su žvaigždės fotonais ir tarpžvaigždine terpe modeliai. Be to, nustatyta, kad rentgeno spinduliuotės intensyvumas kinta tokiu pačiu periodu, kaip ir dvinarės žvaigždės orbitos periodas. Šis atradimas patvirtinta, kad smūginės bangos, susidarančios dvinarei žvaigždei sukantis per jos pačios išmetamo vėjo medžiagą, gali įgreitinti kosminius spindulius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Dešrelė Paukščių Take. Pagal dabartinę mūsų Galaktikos, Paukščių Tako, formavimosi istoriją, jos žvaigždinis halas – žvaigždžių spiečių ir pavienių žvaigždžių daugmaž sferinis telkinys, supantis diską – susidarė per daugybę milijardų metų, Paukščių Takui vieną po kitos prisijungiant mažytes palydovines galaktikas. Tačiau nauji Gaia teleskopo surinkti duomenys atskleidžia radikaliai kitokį vaizdą. Išnagrinėję daugybės žvaigždžių, esančių dešimties kiloparsekų ir mažesniu atstumu nuo Saulės (tai yra kiek daugiau, nei atstumas nuo Saulės iki Galaktikos centro), judėjimo trajektorijas, tyrėjai nustatė, kad halo žvaigždės daugiausiai juda radialinėmis trajektorijomis – Galaktikos centro link arba tolyn nuo jo. Halo žvaigždžių vidutinis tangentinis – sukimosi – greitis yra vos 20-30 kilometrų per sekundę, gerokai mažesnis, nei disko 220 km/s. Be to, aplink centrą sukasi praktiškai tik labai menkai sunkiais elementais praturtintos, taigi senesnės, žvaigždės, tuo tarpu jaunesnės žvaigždės sukasi dar mažiau, nei vidutiniškai. Žvaigždžių greičių grafike halo žvaigždės išsidėsčiusios struktūroje, vizualiai primenančioje dešrelę. Iš šių duomenų galima daryti išvadą, kad didžioji Galaktikos žvaigždinio halo dalis susiformavo prieš 8-10 milijardų metų įvykusio galaktikų susiliejimo metu. Jo metu Paukščių Takas prarijo beveik visiškai radialiai įkritusią galaktiką, kurios masė buvo kiek didesnė nei dabartinė Mažojo Magelano debesies masė, arba didesnė nei vienas procentas Paukščių Tako masės. Šio susiliejimo paliktos žvaigždės užpildė halą, tačiau jų orbitos vis dar išlieka daugiausiai radialinės. Dalis halo žvaigždžių yra senesnės, jos ir sukasi truputį sparčiau, bet jaunų žvaigždžių, kurios būtų atėjusios iš daugybės mažų susiliejimų, tikrai neaptikta. Tai reiškia, kad Paukščių Tako halas ir diskas susiformavo maždaug tuo pačiu metu. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Reliatyvumas ekstremalioje gravitacijoje. Bendrosios reliatyvumo teorijos prognozės daugybę kartų patvirtintos įvairiausiomis sąlygomis. Ir visgi netyla abejonės, jog galbūt kai kuriais atvejais jos gali būti neteisingos, ir reikalinga sukurti naują gravitacijos teoriją. Vienas iš skirtumų tarp reliatyvumo ir įvairių alternatyvų – prognozės apie laisvai krentančių objektų judėjimą skirtingo stiprumo gravitacijos sąlygomis. Reliatyvumo teorija paremta laisvojo kritimo universalumo postulatu – objektai krenta vienodai, jei gravitacinis laukas yra vienodas, nepriklausomai nuo jų pačių masės. Tuo tarpu alternatyviose gravitacijos teorijose dažnai būna kitaip – pavyzdžiui, masyvesni objektai krenta sparčiau. Dabar gravitacijos poveikis patikrintas ir reliatyvumo teorijos prognozė patvirtinta tyrinėjant trinarę žvaigždę, kurios viena narė yra pulsaras. Pulsaras – tai labai greitai besisukanti neutroninė žvaigždė, kurios spinduliuotė sklinda kūgiu aplink magnetinę ašį ir nuolatos šviečia vis kita kryptimi, panašiai kaip švyturio signalas naktį. Pulsarai sukasi labai stabiliai, taigi matuojant signalų atskriejimo laikus, galima tiksliai nustatyti, kaip juda pati žvaigždė. Pulsaras ir viena baltoji nykštukė sukasi 1,6 paros trukmės orbita aplink bendrą masės centrą, o abi žvaigždės kartu sukasi 327 parų orbita aplink masės centrą su trečia nare – irgi baltąja nykštuke. Išmatavus visų žvaigždžių judėjimą nustatyta, kad ir pulsaras, ir baltoji nykštukė tolimosios žvaigždės yra veikiami vienodai; jei skirtumas tarp pagreičių ir egzistuoja, jis yra mažesnis nei 3 dalys milijone (arba trys dešimttūkstantosios procento). Ir tai nepaisant reikšmingai skirtingos žvaigždžių masės bei gravitacinio ryšio energijos. Tai visiškai atitinka reliatyvumo teorijos prognozę, bet ne alternatyvių teorijų prognozes. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Dulkės tolimoje galaktikoje. Mūsų Galaktikoje, kaip ir aplinkinėse, yra daug dulkių – jos sudaro apie vieną procentą tarpžvaigždinės terpės masės. Dulkės sugeria daug spinduliuotės, ypač regimosios ir ultravioletinės. Viena dulkių rūšis – kol kas nenustatyta, kokia – Paukščių Take sugeria maždaug 217,5 nanometrų bangos ilgio ultravioletinius spindulius. Kitose galaktikose ši sugertis yra daug silpnesnė arba jos nėra visai. Dabar pristatyti tolimos galaktikos stebėjimai, rodantys, kad joje irgi yra tokio bangos ilgio sugerties juosta. Galaktikoje, kurios spinduliuotė iki mūsų keliauja beveik 11 milijardų metų, sprogo gama spindulių žybsnis; jo spektre ir pamatyta sugertis. Tai reiškia, kad net ir tokioje tolimoje galaktikoje, kai Visatos amžius buvo mažiau nei trys milijardai metų, būta tokių pačių dulkių, kaip ir šiandieniniame Paukščių Take. Šis atradimas turėtų padėti suprasti, kokie visgi junginiai sukelia tokią sugertį. Spėliojama, kad tai gali būti tam tikros anglies žiedo (aromatinės) struktūros, bet kol kas vienareikšmiško atsakymo vis dar nėra. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai ir visos naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Bendroji reliatyvumo teorija, aprašanti, kaip veikia Visata makroskopiniais masteliais, per pastarąjį šimtmetį patikrinta daugybę kartų, ir visus bandymus atlaikė sėkmingai. Šiandien Europos pietinės observatorijos komanda pristatė naujus rezultatus, kurie dar sykį patvirtina reliatyvumo teorijos prognozę. Šįkart prognozė patikrinta stebint žvaigždės judėjimą aplink juodąją skylę Paukščių Tako Galaktikos centre.

Mūsų Galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė, kurios masė siekia 4,3 milijono Saulės masių. Aplink ją skrieja keli šimtai jaunų žvaigždžių, sudarančių vadinamąjį S spiečių. Pirmosios S žvaigždės aptiktos prieš maždaug tris dešimtmečius; nuo tada jų judėjimas reguliariai stebimas. Trumpiausią sukimosi periodą turinti žvaigždė S2 aplink juodąją skylę apsisuka per kiek daugiau nei 15 metų. Ir štai visai neseniai, prieš porą mėnesių, antrą kartą galėjome stebėti jos arčiausią priartėjimą prie juodosios skylės (pirmasis užfiksuotas priartėjimas buvo, aišku, prieš 15 su trupučiu metų, 2003-ųjų pradžioje). Artimiausiame orbitos taške S2 greitis pasiekia tris procentus šviesos greičio – to pakanka, kad žvaigždės orbitai pasireikštų pastebimi reliatyvistiniai efektai, kuriuos išmatavę galime palyginti juos su klasikinės (Niutono) mechanikos ir reliatyvumo teorijos prognozėmis.

Stipriausias reliatyvistinis efektas, veikiantis S2 orbitą, yra pericentro – artimiausio juodajai skylei taško – precesija. Klasikinėje mechanikoje žvaigždės orbita būtų „uždara“ - apsukusi elipsę, žvaigždė grįžtų į tą patį tašką. Reliatyvistiniai efektai sukelia to taško judėjimą apskritimu aplink juodąją skylę, taigi orbita iš uždaros elipsės pavirsta panašia į daugybę žiedlapių turintį gėlės žiedą. Toks pat efektas veikia ir Saulės sistemos planetas, ypač Merkurijų. Reliatyvumo teorijos pateiktas paaiškinimas apie Merkurijaus precesiją buvo vienas iš pirmų įrodymų, kad ji yra tinkamesnis už klasikinę mechaniką realybės apibūdinimas. Tiesa, ir Saulės sistemos planetas, ir žvaigždes Galaktikos centre veikia ne tik centrinio objekto, bet ir kitų, mažesnių kaimynių gravitacija, todėl precesija vyksta ir be reliatyvistinių efektų. Norint nustatyti reliatyvistinį poveikį, reikia labai tikslių skaičiavimų ir labai tikslaus prietaiso.

Toks prietaisas yra Europos pietinės observatorijos Labai dideliame teleskope (VLT) sumontuotas GRAVITY. Observatorijos atstovai prietaiso stebėjimų tikslumą vaizdžiai įvardina taip: jei Mėnulyje vyktų futbolo rungtynės, Čilėje esantį GRAVITY būtų galima naudoti kaip vaizdo registravimo prietaisą patikrinimui, ar kamuolys tikrai kito vieną iš aikštelės linijų. Mėnulio atstumu prietaisas gali išskirti 6 cm dydžio objektus. Galaktikos centro nuotoliu išskiriamas atstumas pasidaro maždaug ketvirtis astronominio vieneto – mažesnis, nei Merkurijaus orbita aplink Saulę.

Visgi net ir tokio tikslumo nepakanka, norint nustatyti S2 padėties pokytį orbitos pericentro metu. Tačiau naudojant GRAVITY galima labai tiksliai išmatuoti ir žvaigždės judėjimo greitį, o jis priklauso nuo orbitos savybių. Jei orbita precesuoja tik dėl nereliatyvistinių efektų – kitų žvaigždžių gravitacijos – greičio kitimas laikui bėgant bus vienoks, jei precesijai įtakos turi ir reliatyvistiniai efektai – kitoks. Greičių skirtumas labiausiai išryškėja būtent pericentro metu, kai pats greitis yra didžiausias. Taigi, turėdami labai tikslius greičio matavimus, astronomai galėjo juos palyginti su prognozėmis, kurias duoda Niutono mechanika ir reliatyvumo teorija. Skirtumą tarp šių prognozių jie išreiškė parametru , kintančiu nuo nulio iki vieneto: reiškia, kad duomenys visiškai atitinka niutoninę prognozę, – reliatyvistinę. Gautas rezultatas – , t. y. rezultatas paklaidų ribose atitinka reliatyvumo teorijos prognozę. Tuo tarpu niutoninė prognozė yra labai toli už paklaidų ribos.

Šio atradimo svarba yra įvairialypė. Kol kas astrofizikinių reliatyvumo teorijos patikrinimų buvo ne tiek ir daug – pačių autorių teigimu, šis rezultatas yra tik aštuntas (jei visus gravitacinių bangų signalus skaičiuosime kaip vieną). Paukščių Tako centrinė juodoji skylė kol kas tokiuose patikrinimuose panaudota nebuvo; tiesa, šiuo metu analizuojami didžiulio projekto Įvykių horizonto teleskopo (Event Horizon Telescope) surinkti duomenys, kurie turėtų atskleisti, ar šviesa prie pat juodosios skylės iškreipiama taip, kaip prognozuoja reliatyvumo teorija. Tai yra antra didžiausia masė, panaudota reliatyvumo teorijai patikrinti – didesnės masės buvo tik juodoji skylė aktyvioje galaktikoje MCG-6-30-15, kurią supančio akrecinio disko forma tiksliai atitinka reliatyvistinę prognozę. Gravitacinio lauko stiprumas – ir, analogiškai, judėjimo greitis – didesnis buvo tik dviejuose ankstesniuose patikrinimuose: jau minėtuose gravitacinių bangų aptikimuose ir MCG-6-30-15 akreciniame diske. Šitaip ne tik dar kartą patikrinama reliatyvumo teorija, bet ir parodoma, kad jos prognozės veikia ir tokių masių bei greičių ruože – tai irgi yra svarbu, nes mūsų supratimas apie Visatą remiasi prielaida, kad fizikos dėsniai visur, visada ir visokiomis sąlygomis galioja vienodai. Taip pat šis atradimas padės geriau analizuoti tolesnį artimų juodajai skylei žvaigždžių judėjimą ir suprasti jų tarpusavio sąveiką.

S2 stebėjimai taip pat buvo panaudoti patikslinti juodosios skylės masei ir atstumui iki jos. Remiantis vien naujaisiais duomenimis, tikėtiniausia masė yra apie 4,1 milijono Saulės masių, o atstumas – 8,15 kiloparseko. Abu šie dydžiai yra mažesni, nei šiuo metu įprastos vertės (atitinkamai 4,3 milijono Saulės masių ir 8,3 kiloparseko). Tiesa, tai nereiškia, kad įprastas vertes reikėtų pakeisti – jos gautos apjungus daugelio žvaigždžių orbitų bei juodosios skylės žybsnių stebėjimus, todėl yra statistiškai patikimesnės, nei vienos žvaigždės stebėjimai, kad ir kokie tikslūs jie būtų.

Plačiau skaitykite Europos pietinės observatorijos pranešime spaudai ir moksliniame straipsnyje, kurį rasite arXiv.

Laiqualasse

Egzoplanetų aptikimas – jau kasdienybė. Šiuo metu patvirtintų egzoplanetų žinome apie keturis tūkstančius, kasdien jų atrandama vis daugiau. Sekantis žingsnis – detalūs jų tyrimai ir charakterizavimas. Tam pasitarnaus įvairūs tyrimai, apie kuriuos paskelbta praeitą savaitę – ten ir planetų atspindžio spektrai, ir gyvybingumo apibrėžimų praplėtimas, ir Saulės aktyvumo istorija... Tarp kitų naujienų – komerciniai erdvėlaiviai ir žvaigždžių sprogimai, Marso kolonizavimas ir radioaktyvus aliuminis. Gero skaitymo!

***

Komercinių erdvėlaivių įgulos. Praeitą savaitę NASA įvardijo devynis astronautus, kurie taps pirmųjų Boeing ir SpaceX kuriamų erdvėlaivių įgulų nariais. Aštuoni iš jų jau yra astronautai, dar vienas anksčiau juo buvo, o dabar dirba Boeing padalinio vadovu. Pirmieji skrydžiai numatyti sekančiais metais, o bandomieji skrydžiai be įgulų – šių metų pabaigoje arba ateinančių pradžioje. Tai bus pirmieji žmonių kosminiai skrydžiai iš JAV teritorijos nuo 2012 metų, kai buvo užbaigta Šatlų programa. Kiekvienam skrydžiui numatyta dviejų žmonių komanda, tik Boeing atstovas skris kaip trečias pirmojo Starliner skrydžio narys. Abi kompanijos kitąmet planuoja įvykdyti po du skrydžius su įgula – pirmuosius pirmoje metų pusėje, antruosius antroje.

***

Audringa Saulės jaunystė. Visos žvaigždės jaunystėje yra aktyvesnės, nei vėlesniais laikais. Tai turėtų galioti ir mūsų Saulei, bet kol kas vienareikšmiškų jaunystės aktyvumo požymių nebuvo aptikta. Tą padaryti sudėtinga, nes Žemė ir kitos planetos susiformavo praėjus kelioms dešimtims milijonų metų po Saulės susiformavimo, taigi Žemės uolienose pačių ankstyviausių Saulės sistemos pėdsakų nerasime. Bet dabar, nagrinėdami meteorituose randamus mėlynus kristalus, mokslininkai aptiko įrodymų, jog Saulė tik susiformavusi buvo daugybę kartų aktyvesnė, nei dabar. Kristalai, vadinami hibonitais, yra viena rūšis kalciu-aliuminiu-praturtintų inkliuzų (CAI), aptinkamų labai senuose meteorituose, kurie greičiausiai išlikę nepakitę nuo Saulės sistemos susiformavimo prieš 4,5 milijardo metų. Lazerio spinduliais išgarinus keletą meteoritinių hibonitų ir nustačius jų sandarą masės spektrometru, paaiškėjo, kad juose yra helio bei neono atomų. Šie atomai beveik neabejotinai susiformavo, kai Saulės išmetamos energingos dalelės – protonai – pataikė į kalcio ir aliuminio atomus ir juos suskaldė. Helis ir neonas yra inertinės dujos, todėl nesąveikavo su kitomis dalelėmis ir liko įkalintos mineraluose. Inertinių dujų kiekis ir apskritai jų egzistavimas rodo, kad Saulė buvo labai aktyvi – hibonitai būtų išgaravę arti Saulės, vadinasi energingos dalelės juos pasiekė dideliu atstumu, ne pačioje vidinėje protoplanetinio disko dalyje. Vėlesnių laikų CAI inertinių dujų nebeturi, taigi stipraus aktyvumo periodas Saulėje truko neilgai, vos kelias dešimtis milijonų metų. Šis rezultatas vienareikšmiškai įrodo jaunos Saulės aktyvumą, o ateityje padės geriau suprasti Saulės ir kitų sistemų planetų formavimosi procesą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Gyvenamoji erdvė Marse. 2005 metais NASA paskelbė „šimtmečio iššūkius“ – grupę užduočių, kurias reikėtų išspręsti siekiant kosmoso tyrimų proveržių. 2014 metais pradėtas vieno iš šių iššūkių konkursas, skirtas gyvenamųjų pastatų Marse kūrimui ir gaminimui. Praeitą savaitę penkios komandos išsidalino 100 tūkstančių JAV dolerių vertės prizus už pastatų dizaino sprendimus. Šie sprendimai – tai galimų Marso pastatų modeliai, kuriuos būtų galima atspausdinti 3D spausdintuvais. Iš viso konkurse dalyvavo 18 komandų. Laimėtojai dabar turės pademonstruoti, kad jų kūrinius tikrai galima atspausdinti, o galiausiai pagaminti tris kartus už tikrą mažesnius pilnai funkcionuojančius maketus – laimėtojai pasidalins 20 milijonų dolerių prizą. Vienas ar keli iš šių projektų ateityje bus pritaikyti pirmosioms Marso kolonijoms. Turint omeny, kad Marso teraformavimas yra praktiškai neįmanoma užduotis – praeitą savaitę paskelbtame tyrime teigiama, kad Raudonojoje planetoje yra per mažai anglies dvideginio, kad būtų galima sukurti tinkamą žmonėms atmosferą – uždaros gyvenvietės yra praktiškai vienintelė galimybė žmonėms ten gyventi.

***

Šiandien sukanka šešeri Žemės metai nuo dienos, kai Smalsiukas nusileido Marse. Pirmąjį gimtadienį jis paminėjo „padainuodamas“ sau „Happy Birthday“, o vėliau atšvęsdavo tyliai. Gal kada ateityje tai pasikeis – ką gali žinoti, galbūt Elono Musko planai kuo greičiau nuskristi į Marsą yra susiję su noru pasveikinti šį marsaeigį :)

***

Planetų atspindžio spektrai. Egzoplanetų spinduliuotė, kaip ir Saulės sistemos planetų, didžiąja dalimi kyla ne iš jų vidaus, bet yra atspindėta žvaigždės šviesa. Priklausomai nuo planetos atmosferos ir paviršiaus savybių, atspindžio spektras yra nevienodas. Suprasdami šias priklausomybes, planetų spektrus galėtume panaudoti jų paviršių ir atmosferų tyrimams. Geriausia tą daryti infraraudonųjų spindulių ruože, kur planetos ir žvaigždės spinduliuotės intensyvumo santykis yra gerokai didesnis, nei regimuosiuose spinduliuose. Dabar pristatytas 19 Saulės sistemos kūnų atspindžio spektrų katalogas turėtų padėti interpretuoti egzoplanetų duomenis. Kataloge sudėta informacija apie visas aštuonias planetas, Cererą, Plutoną bei devynis palydovus. Kūnų paviršių įvairovė – didžiulė: tai ir uoliniai, ir lediniai ir dujiniai objektai. O jų spektrai, pasirodo, skiriasi labai smarkiai ir juos galima atskirti turint vien fotometrinius duomenis, t. y. atspindžio šviesius trijose infraraudonųjų spindulių juostose. Dujiniai kūnai atspindi daug daugiau trumpų infraraudonųjų spindulių, nei kiti, o uoliniai – gerokai mažiau ilgų spindulių, nei kiti. Ateityje, išmatavus egzoplanetos ryškį šiose trijose juostose, arba turint jos spektrą, bus galima greitai nustatyti, koks yra jos tikėtiniausias paviršius ir tada nuspręsti, ar ji verta detalesnių tyrimų. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Gyvybė betektonėse planetose. Žemėje gyvybės egzistavimui būtinas anglies dvideginis – jo negali būti per daug, tačiau taip pat blogai ir per mažas jo kiekis. Pagrindinis gamtinis procesas, papildantis atmosferą šiomis dujomis, yra vulkanizmas, kuris Žemėje vyksta dėl tektoninių plokščių judėjimo. Todėl įprastai manoma, kad tektoninės plokštės yra būtina sąlyga gyvybei planetoje egzistuoti. Visgi praeitą savaitę paskelbtame tyrime teigiama priešingai. Jei Žemės dydžio planetos gelmėse yra pakankamai radioaktyvių elementų, kurie gali jos paviršių šildyti 100-250 teravatų galia (palyginimui šiuo metu Žemės paviršius iš gelmių šildomas 47 teravatų galia), anglies dvideginis gali veržtis į paviršių ir be tektoninių plokščių. Ugnikalniai bei geizeriai, išmetantys anglies dvideginį, papildytų atmosferą ir palaikytų gyvybei tinkamas sąlygas net iki 5 milijardų metų. Tiesa, svarbu, kad planetos jaunystėje anglies dvideginio jos atmosferoje būtų nuo 1 iki 100% dabartinio kiekio Žemėje. Jei anglies dvideginio būtų mažiau, planetą aptrauktų ledynai, o jei daugiau, dvideginis imtų kauptis atmosferoje be atvangos ir planeta taptų per karšta. Šie rezulatai turėtų padėti charakterizuoti egzoplanetas ir pasirinkti tinkamas planetas detalesniems stebėjimams. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Gyvybinės zonos apibrėžimas. Kalbant apie egzoplanetas, dažnai daug dėmesio skiriama gyvybinei zonai – regionui aplink žvaigždę, kuriame esančių planetų paviršiuje galėtų egzistuoti skystas vanduo. Bet įprastai naudojamas gyvybinės zonos apibrėžimas yra paremtas Žemės sąlygomis – atmosferos sudėtimi, vulkanizmu ir taip toliau. Realybė gali būti daug įvairesnė – naujoje apžvalgoje siekiama įvertinti tuos kitus procesus ir praplėsti gyvybinės zonos apibrėžimą. Pavyzdžiui, ugnikalnių išmetamos vandenilio molekulės ir metano dujos taip pat šildo planetą, o su paviršiumi sąveikauja kitaip, nei anglies dvideginis. Be to, svarbus ir laikas – jaunose planetose temperatūros balansas gali būti kitoks, nei senose, dėl atmosferos pabėgimo į kosmosą ir žvaigždės spektro pokyčių. Įvertinus tokius aspektus, galima būtų aiškiau surikiuoti planetas pagal tikėtiną tinkamumą gyvybei. Tada būtų aiškiau ir kur ieškoti gyvybės pėdsakų, ir kaip nustatyti, ar Žemėje vykstantys procesai yra tipiški kitoms uolinėms planetoms. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Stipriai magnetinė planeta. Pirmą kartą egzoplaneta aptikta naudojant radijo teleskopą. Įprastai planetų radijo spinduliuotė yra pernelyg silpna, kad ją pavyktų atskirti nuo žvaigždės spinduliuotės, bet šiuo atveju padėjo du aspektai. Pirmasis – aptiktasis objektas yra vienišas, t. y. nesisuka aplink žvaigždę, o tiesiog juda kartu su keliais kitais objektais žvaigždžių grupėje. Antrasis – objekto magnetinis laukas yra labai stiprus, o tai sukelia stiprią radijo spinduliuotę, kurią skleidžia magnetosferoje pagauti elektronai. Objektas kodiniu numeriu SIMP J01365663+0933473 yra 12,7 karto masyvesnis už Jupiterį – ši masė labai artima masei, reikalingai, kad objekte prasidėtų deuterio sintezės reakcijos, tipiškai atskiriančios planetas nuo rudųjų nykštukių, bet jos neviršija. Taigi objektą galima vadinti planeta. Jos magnetinio lauko stiprumas siekia apie 4 kilogausus, maždaug 500 kartų daugiau, nei Jupiterio (apie 7-8 gausus). Tuo pačiu tyrimu buvo nagrinėti dar keturi jauni blausūs objektai, priklausantys tai pačiai grupei. Visi jie yra rudosios nykštukės, o visi penki objektai turi stiprų magnetinį lauką ir sparčiai sukasi aplink savo ašį. Šie rezultatai įrodo, kad sukimasis yra svarbus magnetinio lauko stiprumą nulemiantis aspektas. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Supplement.

***

Radioaktyvus aliuminis kosmose. Vienas aliuminio izotopas, branduolyje turintis 13 protonų ir 13 neutronų, yra radioaktyvus, maždaug per 720 tūkstančių metų skylantis į magnį. Skilimo metu jis išspinduliuoja 1,8 megaelektronvoltų energijos gama spindulį. Tokio ilgio spinduliuotės linija prieš kelis dešimtmečius aptikta kosmose, bet kol kas nebuvo aptiktas nei vienas radioaktyvaus aliuminio telkinys. Praeitą savaitę paskelbta apie tokį atradimą – žvaigždės Laputės CK (CK Vulpeculae) aplinkoje rasta radioaktyvaus aliuminio fluorido molekulių. Laputės CK, manoma, yra reto reiškinio – dviejų žvaigždžių susijungimo – padarinys. Prieš keturis šimtmečius toje vietoje buvo stebima nova – žvaigždės žybsnis, pavertęs ją matoma plika akimi. Panašu, kad žvaigždžių susiliejimas atvėrė vidinius vienos iš žvaigždžių sluoksnius, nes tik tokiu būdu aliuminis galėjo patekti į aplinką. Pagal aptiktą aliuminio kiekį mokslininkai įvertino, kad viena iš besijungiančių žvaigždžių greičiausiai buvo maždaug Saulės masės raudonoji milžinė. Taip pat, įvertinę tikėtiną tokių susiliejimų dažnumą, jie nustatė, kad šis procesas negali pagaminti viso Galaktikoje turinčio egzistuoti radioaktyvaus aliuminio. Visgi šis atradimas gali būti pirmas žingsnis, leisiantis ateityje lengviau aptikti kitus radioaktyvaus aliuminio šaltinius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Niekaip nemirštanti žvaigždė. Laivo Kilio Eta (Eta Carinae) yra šviesiausia žvaigždė mūsų Galaktikoje. Prieš pusantro šimto metų ji sužibo ypatingai ryškiai, beveik kaip supernova, tačiau tai nebuvo jos mirtis. Dabar žybsnio šviesos aido stebėjimai leidžia nustatyti sprogimo priežastį ir eigą. Šviesos aidas – tai spinduliuotės atsispindėjimas nuo aplinkinių debesų, leidžiantis nustatyti, kaip evoliucionavo Etos žybsnis. Paaiškėjo, kad prieš žybsnį medžiaga iš žvaigždės lėkė 150 km/s greičiu, vėliau pagreitėjo iki 600 km/s, o paties žybsnio metu buvo įgreitinta iki 10 tūkstančių km/s. Pastarasis greitis yra tipinis supernovų sprogimo išmestai medžiagai, tačiau ši fazė truko ilgiau, nei supernovose. Tokius stebėjimų duomenis tyrimo autoriai aiškina trinarės žvaigždės evoliucijos scenarijumi. Jų teigimu, Laivo Kilio Eta kadaise buvo trinarė žvaigždė, kurios dvi masyvesnės komponentės sukosi labai arti viena kitos, o trečia – toliau. Kai viena komponentė gyvenimo pabaigoje tapo milžine, ji ėmė perduoti daug medžiagos artimai kompanionei. Taip pasikeitė masės balansas sistemoje, ir medžiagą atiduodanti narė numigravo tolyn, o trečioji narė priartėjo prie sistemos centro. Galiausiai trečioji narė išvis susijungė su antrąja – tai sukėlė didžiulį sprogimą žvaigždėje ir numetė jos išorinius sluoksnius, bet žvaigždės branduolys išliko ir evoliucionuoja toliau. Panašus scenarijus galėtų paaiškinti ir daugiau neįprastų žvaigždžių žybsnių bei sprogimų, bet jam patikrinti reikėtų detalių daugianarių žvaigždžių skaitmeninių modelių. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

Keplerio supernovos liekana. 1604 metais naktiniame danguje sužibo nauja žvaigždė – supernova, pavadinta astronomo Keplerio vardu. Šiais laikais jau žinome, kad tai buvo žvaigždės mirtis; taip pat žinome, kad sprogusi žvaigždė buvo baltoji nykštukė – jau anksčiau gyvenimą baigusios į Saulę panašios žvaigždės liekana. Sprogimą sukėlė baltosios nykštukės masės išaugimas virš Čandrasekaro ribos, lygios maždaug 1,4 Saulės masėms. Ilgą laiką buvo manoma, kad masę nykštukei suteikė kompanionė žvaigždė-milžinė, bet naujas tyrimas rodo, kad taip nebuvo. Jei kompanionė būtų buvusi milžinė, ji turėjo išgyventi supernovos sprogimą ir dabar būtų matoma kažkur sprogimo centro apylinkėse. Bet detalūs supernovos liekanoje matomų žvaigždžių stebėjimai atskleidė, kad visos aplinkinės žvaigždės yra labai įprastos. Nors nemažai žvaigždžių yra milžinės, nei viena jų nejuda ypatingai greitai, o cheminė sudėtis nerodo užteršimo supernovos produktais požymių. Tai reiškia, kad šios žvaigždės niekaip nesusijusios su Keplerio supernova. Kompanionės nebuvimas leidžia spręsti, kad supernovą sukėlė dviejų baltųjų nykštukių susijungimas, po kurio naujoji nykštukė jau buvo masyvesnė už Čandrasekaro ribą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Praeitos savaitės naujienose buvo paminėtas reliatyvumo teorijos patikrinimas Galaktikos centre. Šios savaitės filmuke – daugiau komentarų apie šį atradimą, iš pačių atradėjų lūpų:

***

Štai ir visos naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Aktyvios galaktikos – tos, kurių centruose esančios juodosios skylės šiuo metu sparčiai ryja dujas – skirstomos į įvairias rūšis. Viena iš jų yra blazarai – galaktikos, skleidžiančios labai daug gama spinduliuotės, greičiausiai todėl, kad juodosios skylės aplinkoje susidariusi labai energingos medžiagos čiurkšlė nukreipta beveik tiesiai į mus. Įprastai blazarų spektras laikui bėgant beveik nekinta, bet žinomos kelios išimtis. Dabar vienos iš jų kintamumas patvirtintas geriau, nei bet kada anksčiau. Tai greičiausiai yra požymis, kad galaktikos centre egzistuoja ne viena, o dvi supermasyvios juodosios skylės.

Pirmos užuominos, kad blazaro PG 1553+113 spektras reguliariai kinta, aptiktos dar 2014 metais, analizuojant Fermi gama spindulių teleskopo duomenis. Kitų spektro ruožų – regimieji ir radijo – duomenys taip pat parodė periodišką kintamumą. Kitimo periodas – apie 2,18 metų – vienodas ir gama, ir regimuosiuose spinduliuose, o radijo bangų kintamumas pernelyg neaiškus, kad būtų galima atsekti periodą. Bet tai buvo prieš ketverius metus. Fermi teleskopas, dirbantis nuo 2008 metų vidurio, blazarą stebėjo ir toliau, o prieš savaitę pateikta dešimties metų stebėjimų duomenų analizė. Ji patvirtino, kad gama spinduliuotės šviesis kinta tikrai periodiškai, o anksčiau apskaičiuotas periodas bent kol kas nekinta. Jei anksčiau dar buvo galima abejoti periodiškumo tikrumu, tai dabar tokios abejonės išsklaidytos. Tai nėra vienintelis blazaras, kurio gama spinduliuotė reguliariai kinta, tačiau PG 1553+113 rezultatas yra statistiškai reikšmingiausias iš visų kol kas žinomų. Taigi dabar jau galima imtis klausimo, kas tokį kitimą sukelia.

Hipotezių yra ne viena. Galbūt čiurkšlė reguliariai svyruoja? Galbūt sukasi aplink kitą ašį? Gal reguliariai kinta medžiagos išmetimo čiurkšle sparta? Nei viena hipotezė kol kas negali būti paneigta naudojantis turimais stebėjimų duomenimis, tačiau jas pagrindžiantys modeliai duoda šiek tiek skirtingas prognozes, kurias galėsime patikrinti ateityje.

Svyruoti čiurkšlė galėtų tokiu atveju, jei aplink juodąją skylę esančio akrecinio disko sukimosi ašis nesutampa su juodosios skylės sukimosi ašimi. Diskas ir juodoji skylė traukia vienas kitą bendros sukimosi plokštumos link; diskas gali subyrėti į siaurus žiedus, kurie kiekvienas tampo kitus. Kai kurie skaitmeniniai modeliai rodo, kad čiurkšlė gali būti statmena vidinio žiedo plokštumai. Kintant jai, kinta ir čiurkšlės kryptis, o su ja – ir mus pasiekiančios energingos spinduliuotės intensyvumas. Tai gali vykti vien dėl reliatyvistinių efektų: medžiagos, sparčiai artėjančios mūsų link, skleidžiama spinduliuotė sustiprėja, o jei medžiagos judėjimo kryptis šiek tiek pakinta, pakinta ir regimasis spinduliuotės stiprumas, nors kitos medžiagos savybės (tankis, judėjimo greitis, ją sudarančių dalelių energijos) gali ir nesikeisti.

Kiti skaitmeniniai modeliai rodo, kad čiurkšlė visgi turėtų būti statmena juodosios skylės sukimosi plokštumai, o pastaroji kinta daug lėčiau. Tokiu atveju pokyčius gali sukelti įvairūs akrecijos nestabilumai. Tie patys žiedai, atsiradę „suplyšus“ diskui, labai paspartina medžiagos kritimą į juodąją skylę, bet kritimo sparta yra nepastovi, todėl ir čiurkšlės medžiagos išmetimo sparta laikui bėgant kinta. Kitimas, bent jau pagal šį modelį, yra periodiškas, o prie supermasyvios juodosios skylės kitimo periodas gali siekti ir porą metų. Yra ir daugiau modelių, rodančių, kad akreciniai diskai nėra stabilios struktūros, taigi ir akrecija į juodąją skylę turėtų kisti. Ne visų modelių prognozuojamas kitimas yra periodiškas, taigi jei paaiškėtų, kad PG 1553+113 spektro pokyčiai vyksta būtent dėl akrecijos srauto į juodąją skylę pokyčių, šis rezultatas leistų atmesti kai kuriuos kintamumo modelius.

Bene įdomiausia hipotezė, aiškinanti periodišką kitimą – dvinarė supermasyvi juodoji skylė. Tokie objektai turėtų egzistuoti, nes galaktikos, turinčios centrines juodąsias skyles, reguliariai jungiasi tarpusavyje, o juodosioms skylėms susijungti reikia daugiau laiko, nei pačioms galaktikoms. Yra žinomos kelios galaktikos, turinčios du branduolius (pavyzdys), bei kelios galaktikos, kurių branduolių spektras atrodo taip, lyg ten būtų dvi juodosios skylės (pavyzdys). Viename iš tokių, PG1302-102, juodosios skylės sukasi maždaug 1900 dienų, arba kiek daugiau nei penkerių metų, periodu. PG 1553+113 irgi gali būti tokia sistema, tik joje juodosios skylės yra arčiau viena kitos. Tokia idėja pasiūlyta maždaug prieš metus. Įtraukus naujųjų stebėjimų duomenis, galima apskaičiuoti ir tikėtiną dvinarės sistemos masę – apie 160 milijonų Saulės masių. Mažesnė juodoji skylė, sukdamasi aplink didesnę, tampo pastarąją ir ją supantį diską bei čiurkšlę, todėl nuolatos matome vis kitą čiurkšlės dalį, taigi ir kintantį spektrą.

Kol kas negalime vienareikšmiškai pasakyti, kuri iš hipotezių yra teisinga. Detalesni skaitmeniniai modeliai ir geresni stebėjimų duomenys turėtų padėti atskirti šiuos tris modelius ir išsiaiškinti, kas iš tiesų vyksta PG 1553+113 centre. Bet net ir tie modeliai, kurie paaiškės nesą teisingi šiuo atveju, gali paaiškinti kitų panašių objektų savybes.

Laiqualasse

Mano mėgiamas Youtube kanalas Minute Physics šiemet parengė aštuonių siužetų ciklą apie specialiąją reliatyvumo teoriją. "Specialioji" reiškia, kad joje nekalbama apie gravitaciją, o tik apie objektų judėjimą dideliu greičiu ir iš to kylančias pasekmes, tokias kaip laiko ir erdvės išsikreipimas. Šiuose trumpuose siužetuose paaiškinama, kaip reikėtų galvoti apie erdvėlaikį ir kaip jį vizualizuoti, kaip pasikeičia erdvėlaikis skirtingu greičiu judantiems stebėtojams ir kokie keisti reiškiniai dėl to gali įvykti.

Ai, ir dar ten yra kačių. Tiesa, nupieštų iš pagaliukų, bet vis tiek.

Rekomenduoju pasižiūrėti.

Visus siužetus rasime šiame playliste.

Laiqualasse

Supermasyvios juodosios skylės, esančios galaktikų centruose, yra labai svarbios galaktikų evoliucijai. Mūsų Paukščių Tako centre esanti Šaulio A* yra artimiausias toks objektas, taigi į ją dažnai krypsta teleskopai, siekiant išsiaiškinti kuo daugiau detalių apie juodųjų skylių aplinką ir ten vykstančius procesus. Dabar naujausių tyrimų rezultatai atskleidė, kad Šaulio A* aplinkoje nematyti energingų dalelių čiurkšlės, nors jos egzistavimą prognozavo nemaža dalis teorinių modelių. Gali būti, kad jos ten apskritai nėra, arba ji nukreipta tiesiai į mus.

Šis tekstas – trumpas įdomios naujienos pristatymas, kurį rašau dėl dosnių Patreon rėmėjų paramos. Jei manote, kad mano tekstai verti vieno kito jūsų dolerio, mane paremti galite ir jūs.

Nors Šaulio A* yra gerokai arčiau, nei kitų galaktikų centrinės juodosios skylės, ji vis tiek yra mažytė. Juodosios skylės įvykių horizontas užima apie 10 kampinių mikrosekundžių, arba vieną 360-milijonąją laipsnio dalį dangaus skliaute. Maždaug tokio paties dydžio būtų penkių centų moneta Mėnulio paviršiuje. Išskirti tokį mažą objektą vienu teleskopu neįmanoma, tam reikia pasitelkti daugybę teleskopų, sujungtų į interferometrą. Taip daroma jau ne vienerius metus, bet dabar prie teleskopų, esančių Šiaurės pusrutulyje, prijungtas ir Čilėje esantys teleskopų masyvas ALMA. Taip gaunamų duomenų raiška padidėjo net du kartus ir tapo įmanoma atskirti, kokią spinduliuotę skleidžia dujos Šaulio A* prieigose, o kurie fotonai mus pasiekia atsispindėję nuo dujų, esančių toliau. Pastarasis reiškinys, vadinamas fotonų sklaida, dirbtinai padidina kosminių objektų dydį.

Naujoji sistema, apjungianti ALMA Čilėje, taip pat teleskopus Havajuose, įvairiose kitose JAV valstijose, Ispanijoje ir Vokietijoje, pasiekė 86 kampinių mikrosekundžių raišką. Dar nepakankamą, norint išskirti Šaulio A* įvykių horizontą, bet ganėtinai artimą tokiai. Stebėjimai atlikti 86 gigahercų dažnio milimetrinių bangų ruože; tokių bangų ilgis yra 3,5 milimetro – kaip tik tokiam jautrūs visi šie teleskopai. Be to, būtent radijo ir milimetrinių bangų interferometriniai matavimai yra patys paprasčiausi, nes jas mažiausiai iškreipia Žemės atmosferos poveikis. Svarbu ir tai, kad Šaulio A* palyginus ryškiai švyti tik radijo bangų ruože, o infraraudonuosiuose spinduliuose – menkai; regimuosius ir ultravioletinius spindulius, kurios galimai skleidžia šis objektas, stipriai sugeria tarpžvaigždinė medžiaga tarp mūsų ir Galaktikos centro.

Gautose nuotraukose matomas radijo spindulių šaltinis, kurio plotis siekia apie 200 kampinių mikrosekundžių. Bet tai – dar ne viskas. Šaltinio vaizdą dirbtinai padidina minėta sklaida. Norint išsiaiškinti jos įtaką, pasitelkti skaitmeniniai modeliai: apskaičiuota, kaip galėtų atrodyti prie juodosios skylės esančios medžiagos skleidžiama spinduliuotė, esant įvairioms medžiagos konfigūracijoms ir savybėms. Taip pat suskaičiuota, kaip ši spinduliuotė pasikeistų dėl sklaidos. Tai leido, turint išsklaidytą stebėjimų vaizdą, apskaičiuoti tikėtiniausią neišsklaidytą („atsklaidytą“) vaizdą. Jis pasirodė esąs vos 120 kampinių mikrosekundžių skersmens, arba truputį mažesnis, nei Žemės orbitos aplink Saulę spindulys. Tai yra dar vienas įrodymas, kad visa Šaulio A* masė – 4,3 milijono Saulės masių – yra sutelkta labai mažame erdvės regione. Tiesa, įrodymų yra ir tvirtesnių – iš Šaulio A* kasdien stebimų žybsnių kitimo laiko skalė leidžia spręsti, kad šaltinio dydis yra dar mažesnis.

Dar įdomiau tai, kad radijo bangų šaltinis yra visiškai apskritas. Daugelis modelių prognozuoja, kad radijo spinduliuotę turėtų skleisti energingų dalelių čiurkšlė, lekianti tolyn nuo pačių juodosios skylės prieigų. Tokios raiškos nuotraukoje, kokia gauta dabar, čiurkšlę turėtume matyti kaip pailgą uodegą, nusidriekusią į vieną arba abi puses nuo centro. Jos nebuvimą galima paaiškinti dviem būdais: arba čiurkšlės nėra, arba ji nukreipta tiesiai į mus. Pirmoji hipotezė atrodo menkai tikėtina, nes bent kol kas nėra fizikinio modelio, kuris galėtų paaiškinti stebimą spinduliuotę be magnetinio lauko kuriamos čiurkšlės poveikio. Antroji hipotezė iki šio atradimo irgi atrodė menkai tikėtina, tačiau panašu, kad dabar ją reikės priimti kaip geriausiai paaiškinančią stebėjimus.

Įdomu, kad analogišką rezultatą pernai gavo ir kito eksperimento – GRAVITY – komanda, dirbanti su infraraudonųjų spindulių interferometru. Apie jį tada rašiau astronaujienoje. Tame tyrime nebuvo nagrinėjamas čiurkšlės egzistavimo klausimas, tačiau aptikta, kad medžiaga juodosios skylės aplinkoje sukasi dangaus plokštumoje, vadinasi sukimosi ašis yra nukreipta daugmaž į mus. Taip pat ir šiek tiek didesniu, maždaug pusės parseko, atstumu esančios jaunos žvaigždės aplink Šaulio A* išsidėsčiusios žiedu, kurio ašis nukreipta beveik į mus. Žvaigždžių žiedas susiformavo prieš maždaug šešis milijonus metų, o jį formavusios dujos greičiausiai maitino ir juodąją skylę. Nors beveik visos dujos jau seniai arba įkrito į juodąją skylę, arba buvo išpūstos, jos galėjo pakreipti juodosios skylės sukimosi ašį ir nukreipti ją tiesiai į mus. Tada vėliau iš mažesnių dujų kiekių susiformavusios struktūros juodosios skylės prieigose pradėtų suktis aplink tą pačią ašį, tad irgi būtų atsisukusios veidu į mus.

Ši paskutinė pastraipa – daugiau spekuliatyvi. Bet tikėtina, kad artimiausioje ateityje šias skirtingais būdais gaunamas žinias apjungsime į vientisą modelį, paaiškinantį Šaulio A* ir jos aplinkos savybes bei pastarųjų kelių milijonų metų istoriją.

Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal. Viešai prieinamą versiją rasite arXiv.

Laiqualasse

Prieš kelias valandas net šešiuose pasaulio miestuose įvyko spaudos konferencijos, kurių metu pristatyta pirmoji juodosios skylės šešėlio nuotrauka. Juodoji skylė yra galaktikoje M87, kurią nuo mūsų skiria 15 megaparsekų. Pagal ne visai visuotinę konvenciją, centrinė galaktikos juodoji skylė žymima žvaigždute, tad objektą trumpai galime pažymėti M87*. Nuotraukoje matome centrinį apvalų tamsų diską – juodosios skylės įvykių horizonto šešėlį, – ir jį supantį dujų diską, kurio viena dalis, judanti mūsų link, dėl reliatyvistinių efektų yra daug ryškesnė už kitas. Žemiau truputį detaliau paaiškinu, kas čia atrasta ir kuo tai svarbu/įdomu.

Kas yra juodoji skylė? Enciklopedinis apibrėžimas yra toks: juodoji skylė – tai objektas (arba erdvės regionas) iš kurio neįmanoma ištrūkti. Greitis, reikalingas norint pabėgti iš kokio nors objekto gravitacinio lauko, priklauso nuo objekto masės ir nuo pradinio atstumo. Taigi pabėgti nuo objekto (pavyzdžiui, planetos ar žvaigždės) paviršiaus yra tuo sunkiau, kuo objektas masyvesnis ir kompaktiškesnis. Jei objektas tampa toks masyvus arba kompaktiškas, kad pabėgimo greitis viršija šviesos greitį, gauname juodąją skylę. Riba, iš už kurios pabėgti nebeįmanoma, vadinama įvykių horizontu; mes nežinome, kas dedasi anapus jo, o dviejų pagrindinių fizikinių teorijų – reliatyvumo teorijos ir kvantinės fizikos – duodamos prognozės reikšmingai skiriasi.

Kaip galime ją pamatyti? Jei niekas iš juodosios skylės ištrūkti negali, tai kaip galime ją pamatyti? Čia svarbu suprasti, ką iš tikro matome nuotraukoje. Tamsus apskritimas centre yra juodosios skylės šešėlis, ribojamas šviesių dujų, gaubiančių skylę ir į ją krentančių. Taigi juodosios skylės egzistavimą įrodo ir jos dydį nustatyti leidžia tai, ko nematome – šviesa, kuri išspinduliuojama už juodosios skylės, tačiau mūsų nepasiekia, nes prapuola už įvykių horizonto.

Kaip padaryta nuotrauka? M87* dydis dangaus skliaute yra maždaug toks, kaip stalo teniso kamuoliuko Mėnulio paviršiuje, žiūrint iš Žemės (formaliai – apie 20 kampinių mikrosekundžių). Norėdami įžiūrėti tokį mažą objektą, turėtume turėti teleskopą, kurio skersmuo prilygtų Žemės skersmeniui. Savaime suprantama, pastatyti tokio teleskopo kol kas žmonija negali, bet tai išradingų mokslininkų nesustabdo. Kelis teleskopus galima sujungti į vieną prietaisą, vadinamą interferometru. Tuomet du teleskopai matuoja ateinančios šviesos intensyvumą ir fazę (t. y. kuria kryptimi nukreipti elektrinio ir magnetinio lauko vektoriai, bangai pasiekiant teleskopą), o šie duomenys gali būti apjungti ir taip gaunamas daug tikslesnis šaltinio vaizdas. Tiek tikslesnis, tarsi turėtume vieną teleskopą, kurio skersmuo prilygtų atstumui tarp interferometrą sudarančių teleskopų. Būtent tokia yra Event Horizon Telescope (EHT, lietuviškai Įvykių horizonto teleskopo) idėja – apjungti keliolika teleskopų į vieną tinklą ir taip pasiekti pakankamą raišką juodajai skylei išskirti.

Ar tai tikrai įvykių horizontas? Tai, kas matoma nuotraukoje, yra šiek tiek išskydęs vaizdas. Teoriškai įvykių horizonto riba turėtų būti labai aiški ir lygi. Netolygumai atsiranda dėl dviejų priežasčių: baigtinės instrumento raiškos ir tarpžvaigždinės medžiagos poveikio. Fotonai, sklindantys nuo juodosios skylės, yra išsklaidomi tarpžvaigždinių dujų ir dulkių, todėl mus pasiekia šiek tiek išskydęs vaizdas. Baigtinė instrumento raiška taip pat nulemia, kad fotonų atsklidimo kryptis nėra nustatoma idealiai. Skaičiuojama, kad abu šie efektai įvykių horizonto ribą turėtų išplėsti iki maždaug dešimties kampinių mikrosekundžių; būtent toks išplitimas ir matomas nuotraukoje. Taigi gauti duomenys atitinka tikėtiną juodosios skylės atvaizdą.

Kodėl ne Šaulio A*? Įvykių horizonto teleskopas turėjo du pagrindinius taikinius – M87* ir Šaulio A*. Gauti abiejų juodųjų skylių stebėjimų duomenys, tačiau sudėlioti iš jų tokį atvaizdą kol kas pavyko tik M87*. Priežastis labai paprasta: Šaulio A* aplinka keičiasi per greitai. M87* yra pusantro tūkstančio kartų didesnė už mūsų Galaktikos juodąją skylę, tad bet kokie pokyčiai prie jos vyksta pusantro tūkstančio kartų lėčiau. Taigi per keletą parų trukusius stebėjimus M87* aplinka nelabai pasikeitė, tuo tarpu Šaulio A* aplinka reikšmingai keičiasi greičiau nei per valandą. Visa tai nereiškia, kad Šaulio A* nuotraukos mes neišvysime, tiesiog jos reikės šiek tiek palaukti. Tiesa, per pastarąjį pusmetį paskelbti keli atradimai apie Šaulio A* aplinką, kurie nedaug atsilieka nuo įvykių horizonto nuotraukos.

Kas toliau? Pirmoji nuotrauka – puikus pasiekimas, bet tik pirmas žingsnis ilgame tyrimų kelyje. Ateityje nuotraukų bus ir daugiau; dabar, kai jau žinoma, kaip jas padaryti, bus lengviau fotografuoti ir kitas juodąsias skyles – Paukščių Take, Andromedoje, kitose aplinkinėse galaktikose. Taip pat gerės nuotraukų kokybė, o darydami daug vieno objekto nuotraukų, galėsime stebėti aplink jį vykstančius pokyčius. Tai leis tiksliai nustatyti juodosios skylės ir aplinkinių dujų savybes, pavyzdžiui skylės sukimosi greitį, dujų tankį ir t. t. Detalesni skaitmeniniai modeliai tam irgi pasitarnaus, nes jais galėsime idealiai tiksliai atkurti stebimus vaizdus. Kaip ir kiekvienas panašaus masto atradimas, taip ir šis atveria naują langą, pro kurį galime žvelgti į Visatos įdomybes.

Plačiau apie atradimus galite perskaityti Astrophysical Journal publikuojamuose moksliniuose straipsniuose, taip pat įvairiuose populiariuose straipsniuose, pavyzdžiui Phys.org.

Laiqualasse