Jau beveik mėnuo praėjo nuo pirmos juodosios skylės nuotraukos paskelbimo. Ta proga – du vaizdo siužetai, kurie leis šiek tiek detaliau susipažinti su duomenų rinkimo ir apdorojimo procesu.

Pirmasis – iš PBS Space Time. Apie interferometriją apskritai, ir apie tai, ką mes iš tiesų matome toje nuotraukoje. Kaip medžiaga ir fotonai, judantys aplink juodąją skylę, duoda vaizdą, kurį užfiksavo teleskopai.

Antrasis – Katie Bouman seminaro Caltech’e įrašas. Viena iš pagrindinių Event Horizon Telescope projekto duomenų apdorojimo komandos vadovių pasakoja apie visą procesą. Irgi apie interferometriją, ką iš tikro fiksuojame, kaip gautus žalius duomenis paversti realiu vaizdu, kaip buvo bandoma išvengti įvairiausių galimų klaidų ir paklaidų, ir kas iš viso to gavosi. Seminaras daugiau apie vaizdų apdorojimą, nei apie juodosios skylės fiziką, bet šiek tiek dėmesio skiriama ir jai.

Smagaus žiūrėjimo!

Laiqualasse

1915 metais Albertas Einšteinas paskelbė aštuonerius metus trukusio darbo rezultatą – lygtis, apjungiančias erdvėlaikį ir masę. Jos yra bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindas. Kai kurias šios teorijos detalesEinšteinas publikavo daug anksčiau, pradedant 1907 metais. Tada ilgame tekste jis išvedė kai kurias labai svarbias reliatyvistines prognozes: ekvivalentiškumo principą, teigiantį, kad judėjimas gravitaciniame lauke atitinka judėjimą su pagreičiu; gravitacinį raudonąjį poslinkį; bei gravitacijos sukeliamą šviesos spindulių užlinkimą. Būtent pastaroji prognozė – tiesa, matematiškai išreikšta tik 1911 metais – buvo pirmoji, kurią pavyko patvirtinti eksperimentiškai. Tai įvyko lygiai prieš šimtą metų, 1919-ųjų gegužės 29 dieną.

Bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad gravitacija iškreipia erdvėlaikį. Fotonai – šviesos spinduliai – erdvėlaikiu juda tiesiomis linijomis, bet jei pats erdvėlaikis yra iškreiptas, tai iškreipta atrodys ir fotonų trajektorija. Dėl to šviesos spinduliai, judantys pro masyvius kūnus, šiek tiek užlinksta. Jei spinduliai pasiekia mus, mums atrodo, kad šviesos šaltinis yra šiek tiek kitoje dangaus vietoje, nei iš tikro.

Jei erdvę iškreipiantis kūnas yra labai masyvus, o šviesos šaltinis – pakankamai toli už jo, galime matyti netgi ne vieną atvaizdą, o kelis, arba išvis taškinis šaltinis gali pavirsti į žiedą. Jei šaltinis nėra taškinis (pavyzdžiui, galaktika), jo atvaizdas labai iškreipiamas. Dėl tokių pasekmių šis procesas vadinamas gravitaciniu lęšiavimu, nes masyvus objektas, esantis tarp šaltinio ir stebėtojo, veikia panašiai, kaip lęšis optinėje sistemoje.

Pirmasis gravitacinio lęšiavimo eksperimentas atliktas dviejų ekspedicijų metu, stebint Saulės užtemimą. 1919 metų gegužės 29 dieną Saulės užtemimas buvo matomas didžiojoje Afrikos ir Pietų Amerikos dalyje. Mėnulio šešėlis slinko beveik ties pusiauju – per dabartines Tanzaniją, Kongą, Braziliją, Boliviją ir kelias kitas šalis. Viena ekspedicija užtemimą stebėjo Principės saloje netoli Afrikos krantų, kita – Sobralio mieste Brazilijoje. Dvi ekspedicijos buvo rengiamos tik siekiant užtikrinti kuo didesnę tikimybę, kad stebėjimams nesutrukdys oro sąlygos; jų užduotys buvo vienodos. Abiejų ekspedicijų nariai Saulės užtemimo maksimumo metu darė Saulės vainiko ir aplinkinių žvaigždžių nuotraukas. Užtemimo metu dangus pritemsta tiek, kad žvaigždes įmanoma įžiūrėti, ypač per teleskopus. Aišku, Saulės vainikas vis tiek tam trukdo, bet ne tiek, kad nebūtų įmanoma išmatuoti žvaigždžių padėčių danguje. Matuodami žvaigždžių padėtis, mokslininkai galėjo patikrinti gravitacinio šviesos kelio iškreipimo hipotezę ir tris galimas prognozes:

1) gravitacija nepaveikia šviesos kelio, žvaigždžių padėtys nepasikeičia, joms esant arti Saulės disko (tai vadinama „nuline hipoteze“);
2) gravitacija paveikia šviesos kelią taip, kaip prognozuoja klasikinė (Niutoninė) fizika, laikant, kad fotonas turi masę, ekvivalenčią jo energijai;
3) gravitacija paveikia šviesos kelią taip, kaip prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija.

Skirtumas tarp 2) ir 3) prognozių yra lygiai du kartai: Niutoninė fizika teigia, kad žvaigždės, matomos ties Saulės disko kraštu, tikroji padėtis yra 0,87 kampinės sekundės už Saulės disko, o reliatyvumo teorija teigia, kad atstumas yra 1,75 kampinės sekundės. Kuo toliau žvaigždė yra nuo Saulės disko, tuo mažesnis padėties iškreipimas. Stebėjimams pasirinktos 13 žvaigždžių, kurių tikėtinas padėties pokytis dėl Saulės gravitacijos turėtų būti 0,3 kampinės sekundės ir didesnis, remiantis reliatyvistine prognoze. Stebėjimus Principėje šiek tiek sutrukdė debesys, bet ir ten, ir Sobralyje gauti duomenys gerai sutapo su reliatyvistine prognoze ir leido paneigti kitas dvi. Apie šiuos rezultatus paskelbta 1920 metų sausį, straipsnyje žurnale Philosophical Transactions of the Royal Society A. Straipsnio skenuota versija prieinama ir internete.

Šį pirmąjį įrodymą sekė daugybė kitų, kuriuos padarėme per šimtą metų. Kol kas visi bandymai paneigti reliatyvumo teorijos prognozes baigėsi nesėkmingai – ji atlaikė visus išbandymus, kokius sugebėjome sugalvoti. Tačiau beveik neabejojama, kad ji nėra galutinis ir tikrai teisingas pasaulio aprašymas: reliatyvumo teorija duoda skirtingas prognozes nuo kvantinės mechanikos kai kurioms situacijoms, kurių patikrinti kol kas neturime galimybės. Taigi abi teorijos negali būti teisingos, o greičiausiai kažkiek pakeisti reikės jas abi. Kaip bebūtų, reliatyvumas kol kas duoda daug naudos – ir astronominiams tyrimams, ir, pavyzdžiui, palydovinei navigacijai, mat palydovuose laikas eina šiek tiek greičiau, nei ant Žemės, taigi į tai reikia atsižvelgti įrengiant palydovų laikrodžius.

Gravitacinis šviesos nukrypimas, arba tiksliau – gravitacinis lęšiavimas – naudojamas daugybėje astronominių tyrimų. Jis padeda aptikti egzoplanetas, išmatuoti žvaigždžių mases, tyrinėti labai tolimas galaktikas, prognozuoti, kada jose pamatysime įsižiebiant supernovas, ir netgi sukurti gražius (ir teisingus) juodųjų skylių atvaizdus. Šiuo metu kalbama netgi apie tai, kad galėtume į Saulės sistemos pakraščius nusiųsti kosminį teleskopą, kuris pasinaudotų Saule kaip gravitaciniu lęšiu ir galėtų detaliai stebėti labai tolimus objektus. Nebloga pažanga nuo poros ekspedicijų į pusiaujo regioną.

Šią naujieną parašiau todėl, kad turiu daug dosnių rėmėjų Patreone. Jei norite panašių naujienų ir įdomybių matyti daugiau, paremkite mane ir jūs!

Laiqualasse

Kelionės laiku yra viena iš populiaresnių temų fantastinėje literatūroje (žr. kad ir Velso „Laiko mašiną“) ir filmuose (nuo „Endgame“ iki tokių smegenis susukančių darbų, kaip „Primer“). Realybėje, deja, tokių įtaisų bent kol kas neturime, o galbūt neturėsime ir niekada. Bet kartais laiko kelionės aptariamos ir moksliniame kontekste. Šiek tiek apie tuos kontekstus skaitykite žemiau.

Visų pirma, kelionės laiku – jei jas suprasime, kaip skirtingas laiko tėkmes skirtingose vietose ar skirtingiems stebėtojams – vyksta natūraliai ir nuolatos. Tiesiog jos nėra tokios žavingos, kaip esame įpratę matyti ar skaityti fantastikoje. Visgi jau šimtą metų žinome, kad ir laikas, ir erdvė išsikreipia priklausomai nuo gravitacijos bei judėjimo greičio. Kuo stipresnė gravitacija mus veikia, tuo lėčiau mums eina laikas; tas pat galioja ir judant dideliu greičiu. Šie efektai pasireiškia ir Žemėje, prieš penkiolika metų netgi buvo išmatuoti, tačiau čia jie tokie silpni, kad praktiškai pasinaudoti nepavyks. Kas kita būtų, jei turėtume erdvėlaivį, galintį judėti artimu šviesai greičiu, arba priartėti prie juodosios skylės. Tokiomis sąlygomis praleidus, pavyzdžiui, valandą, toli esančiam nejudančiam stebėtojui gali praeiti, pavyzdžiui, dvi valandos. Ar trys. Ar trys šimtai metų. Tačiau niekada nepraeis neigiamas laikas, taigi į praeitį nukeliauti, deja, šiuo būdu nepavyks. Ir, žinoma, bent kol kas tokios kelionės – toli gražu ne mūsų jėgoms, bet iš principo yra įmanomos.

Kitos laiko kelionių galimybės yra daug labiau teorinės. Jos pagrįstos matematiškai – bendrosios reliatyvumo teorijos lygtys, susiejančios energiją ir erdvėlaikio iškreiptumą – leidžia egzistuoti konfigūracijoms, kurios suteiktų galimybę judėti atgal laiku. Bet tai nereiškia, kad tokie dariniai tikrai egzistuoja kur nors mūsų Visatoje.

Pirma tokia galimybė yra kirmgrauža. Tai yra tunelis, jungiantis du erdvėlaikio regionus, galimai nutolusius labai toli vieną nuo kito. Viena kirmgraužos pusė greičiausiai atrodytų labai panašiai į juodąją skylę, o kita būtų „baltoji skylė“ – priešingas juodajai objektas, į kurį patekti neįmanoma. Taigi kirmgrauža būtų vienos krypties tunelis, bet šio tunelio galai gali jungti ir tolimas erdvės dalis, ir skirtingus laikus. Deja, tam, kad per kirmgraužą būtų įmanoma keliauti, ji turėtų labai sparčiai suktis aplink savo ašį – taip sparčiai, kad mūsų žinomi fizikos dėsniai to neleidžia padaryti. Maža to, net jei tokia kirmgrauža egzistuotų, ji būtų nestabili ir tunelis labai greitai užsidarytų. Stabilizavimui reikalinga egzotiška materija – kažkokia medžiaga, turinti neigiamą energiją ir slėgį. Tokių darinių, bent kol kas, nežinome, tad ir kirmgraužos lieka tik teorinėmis spekuliacijomis.

Kitą galimybę siūlo stygų teorija. Šis modelis bando apjungti bendrąją reliatyvumo teoriją ir kvantinę fiziką, remdamasis idėja, kad visos elementariosios dalelės iš tiesų yra įvairiai virpančios stygos, susisukusios daugybėje matmenų. Tai skamba kaip pseudomokslo ir misticizmo mišinys, bet matematiškai teorija yra ganėtinai tvirtai pagrįsta. Kai kurie matematiniai skaičiavimai rodo, kad arti viena kitos pralekiančios stygos gali sukurti keistas erdvėlaikio kilpas, o jos galėtų leisti nukeliauti ir į praeitį. Bet tai kol kas yra tik matematiniai skaičiavimai; stygų teorijos prognozes patikrinti eksperimentiškai yra be galo sudėtinga, taigi visiškai neaišku, ar ši teorija iš tiesų aprašo Visatą geriau, nei reliatyvumas ar kvantinė fizika.

Taigi perspektyvos keliauti laiku, bent kol kas, atrodo ne kokios. Iš kitos pusės, mokslo istorijoje yra buvęs ne vienas atvejis, kai reiškinys, laikytas matematine įdomybe, paaiškėjo esąs tikras – taip nutiko ir su fotonais, ir su juodosiomis skylėmis. Galbūt ateityje rasime ir stabilių kirmgraužų, ir susiduriančių stygų, ir išmoksime valdyti laiką.

Parengta pagal straipsnį, publikuotą Space.com.

Šią įdomybę parašiau todėl, kad turiu daug rėmėjų Patreon platformoje. Jei norite, kad rašyčiau dar daugiau ir geriau, paremkite mane ir jūs!

Laiqualasse

Trečiojoje Visiško kosmoso podcast’o serijoje – vėl dvi naujienos: apie detaliausią juodosios skylės akrecinio disko modelį bei apie pro šalį skrendančios nykštukės suraibuliuotą mūsų Galaktikos diską. Gero žiūrėjimo!

Nuo rytojaus savaitei išvykstu į kasmetinę kelionę miškuosna, taigi šį Kąsnelį rašau iš anksto. Nepaisant to, naujienų tikrai apstu – panašu, kad rugpjūtis nėra atostogų metas daugumai astronomų. Tarp naujienų randame ir šio to apie kosmines keliones bei vulkanizmą Jupiterio palydove Ijo, ir apie ankstyvosios bei šiandieninės Visatos skirtumus – ar tai būtų baltųjų nykštukių sprogimai, ar tamsiosios materijos vystymasis. Gero skaitymo!

***

Liepos mėnesį Pietų Amerikos gyventojai turėjo progą stebėti visišką Saulės užtemimą. Astrofotografas Thierry Legault pasinaudojo proga, kad užtemimas bus matomas arti horizonto, rado ežerą ir nufotografavo ne tik užtemimą, bet ir jo atspindį ežero vandenyje. Beje, dėl skirtingų atstumų iki Saulės ir Mėnulio, atspindyje užtemimas prasideda ir baigiasi truputį kitu metu, nei tiesiogiai matomas.

***

Kosminių kelionių pavojus smegenims. Kosmosas nėra svetinga aplinka žmonėms. Astronautai, dirbantys Tarptautinėje kosminėje stotyje, patiria įvairų stresą – atrofuojasi jų kaulai ir raumenys, prastėja regėjimas. Taip pat problemų kyla ir smegenims; jas daugiausiai pažeidžia kosminių spindulių poveikis. Šios labai energingos dalelės, net ir pataikiusios į ekranuojančią medžiagą – pavyzdžiui, erdvėlaivio korpusą – sukuria antrinius neutronus, kurie turi pakankamai energijos, jog pralėktų kiaurai žmogaus kūną. Pataikę į atomus žmonėse, neutronai gali juos išmušti iš vietų, taip pažeisdami ląsteles, DNR ar neuronų jungtis smegenyse. Iki šiol toks spinduliuotės poveikis buvo tiriamas peles paveikiant stipria spinduliuote trumpą laiką, bet tai nėra labai realistiška. Naujame tyrime pristatyti rezultatai bandymo, kurio metu pelės šešis mėnesius buvo veikiamos silpna spinduliuote ir gavo panašią radiacijos dozę, kokios galėtų tikėtis į Marsą skrisiantys astronautai. Paaiškėjo, kad spinduliuotė padaro reikšmingos žalos neuronų jungtims. Jos tampa gerokai silpnesnės ir neuronai sunkiau bendrauja tarpusavyje, suyra jų tinklai. Poveikis pasireiškė ir pelių elgesyje: gerokai susilpnėjo jų gebėjimas mokytis, prisitaikyti prie naujų situacijų, suprastėjo atmintis ir socialiniai gebėjimai. Tokie rezultatai – labai neraminantys: jei panašūs efektai gresia ir astronautams, kelionė į Marsą gali tapti pražūtinga. Tyrimo rezultatai publikuojami eNeuro.

***

Vandens lokiukai Mėnulyje? Balandžio mėnesį Mėnulio paviršiuje sudužo Izraelio kompanijos SpaceIL zondas Beresheet, turėjęs būti pirmasis privataus kapitalo finansuotas Mėnulyje nusileidęs aparatas. Tarp kitų mokslinių eksperimentų Beresheet gabeno ir „Mėnulio biblioteką“ – mažytę talpyklą su daugybe informacijos apie Žemę ir žmoniją. Kartu su informacija ten keliavo ir vandens lokiukai – mažyčiai labai atsparūs gyvūnėliai. Dabar paskelbtoje analizėje teigiama, kad lokiukai galėjo išgyventi zondo sudužimą. Jau seniau žinoma, kad lokiukai, oficialiai vadinami lėtūnais, yra išskirtinai atsparūs ekstremalioms sąlygoms – gali ištverti -272 laipsnių šaltį ir +150 laipsnių karštį, buvimą beorėje erdvėje ar aukštame slėgyje ir taip toliau. Mėnulio paviršiaus sąlygomis jie tikrai turėtų išgyventi, galbūt net keletą metų. Apskritai didesnį pavojų jiems kelia klijai ir epoksidinė derva, iš kurių buvo pagaminta jų talpykla zonde, o ne Mėnulio aplinka. Taigi jei lokiukai nesudegė zondo kritimo metu, jie greičiausiai yra gyvi ir dar kurį laiką tokie bus. Įdomu, kad tai nėra pirmosios žemiškos gyvybės formos, paliktos Mėnulyje: Apollo misijų metu palydove buvo paliktas ne vienas maišas astronautų šlapimo ir išmatų, kuriuose gyvena įvairiausios bakterijos. O lokiukai, deja, yra pasmerkti mirčiai – net jei jie išgyventų iki 2024 metų, kai į Mėnulį turėtų sugrįžti žmonės, NASA Artemis misijos nusileidimo vieta yra arti Mėnulio pietų ašigalio, labai toli nuo Beresheet sudužimo vietos. Nėra jokių planų sugrąžinti į Žemę zondo liekanas ir ištirti, kaip lėtūnai ištvėrė ilgą buvimą Mėnulio sąlygomis.

***

Ijo vulkaniniai potvyniai. Jupiterio palydovas Ijo yra vienintelė vieta Saulės sistemoje, neskaitant Žemės, kur šiuo metu vyksta ugnikalnių išsiveržimai. Ijo paviršiuje žinoma šimtai ugnikalnių, kuriems energijos suteikia nuolat palydovą tampanti ir gniuždanti planetos gravitacija. Dabar nustatyta, kad bent jau galingiausias Ijo ugnikalnis, Lokio dubuo (angl. Loki Patera; „patera“ planetologijoje reiškia netvarkingos formos įdubimą ar kraterį), išsiveržia periodiškai kas 500 Žemės parų. Toks periodiškumas yra labai netikėtas: Ijo aplink Jupiterį apsisuka per 1,77 Žemės paras, ir būtent tokiu periodu yra labiausiai tampomas. Energija, išsiskirianti šių perturbacijų metu, išlydo palydovo gelmes ir sukelia vulkanizmą, bet, matomai, perturbacijos nepaveikia pačios magmos judėjimo. Greičiausiai magma yra pernelyg klampi, kad sureaguotų į tokius sparčius pokyčius. O kas maždaug 500 parų atsikartoja gerokai subtilesnis kitų didžiųjų Jupiterio palydovų poveikis Ijo judėjimui. Panašiai, kaip Mėnulis Žemėje, taip ir Europa bei Ganimedas sukelia potvynius, iškreipdami Ijo orbitą kas 460-480 dienų. Šis atradimas padės pagerinti Ijo vidinės struktūros modelius, nes magmos judėjimas priklauso nuo to, kokia Ijo dalis yra skysta ir kokio dydžio bei formos rezervuaruose kaupiasi bei juda magma. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Milijardą metų spinduliuojančios planetos. Į Saulę panaši žvaigždė, baigdama savo gyvenimą, virsta baltąja nykštuke. Gyvenimo pabaigoje žvaigždė nusimeta išorinius sluoksnius ir gali išgarinti savo planetų paviršius, palikdama daug metalo turinčius branduolius. Šie branduoliai, besisukdami aplink nykštukę, gali sukurti stiprią radijo spinduliuotę. Jei baltoji nykštukė turi stiprų magnetinį lauką, jis su besisukančia planeta sukuria elektros grandinę, kuri ima skleisti radijo bangas. Panašus reiškinys stebimas tarp Jupiterio ir jo palydovo Ijo, o naujame tyrime išnagrinėta, kokiomis sąlygomis tokias planetas būtų įmanoma aptikti. Tyrimą paskatino neseniai prie baltosios nykštukės aptikta metalinė planetos nuolauža. Skaitmeniniais modeliais patikrinta, kokiu atstumu nuo baltosios nykštukės, kokio stiprumo magnetiniame lauke ir kiek laiko po žvaigždės mirties planetos išgyventų bei kurtų pakankamai stiprią radijo spinduliuotę, kad ją galėtume aptikti iš Žemės. Nustatyta, kad planetas aptikti įmanoma, jei jos yra arčiau nykštukės, nei Merkurijus prie Saulės, bet ne arčiau, nei maždaug trys Saulės spinduliai. Tokiais atstumais esančių planetų žinoma nemažai, taigi galima tikėtis, kad jų yra ir prie baltųjų nykštukių. Labiausiai tikėtina aptikti planetas prie baltųjų nykštukių, turinčių silpną magnetinį lauką, tik kelis tūkstančius kartų viršijantį Žemės; kai kurių baltųjų nykštukių magnetinis laukas už žemiškąjį stipresnis milijardus kartų. Stiprų magnetinį lauką turinčios nykštukės labai greitai prisitraukia ir praryja savo planetas, o prie silpną lauką turinčių nykštukių planetos gali išgyventi nuo šimto milijonų iki milijardo metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pasikartojantys juodosios skylės išsiveržimai. 2011 metais aptiktas trumpalaikis rentgeno spindulių šaltinis Swift J1357.2-0933. Tokie objektai yra dvinarės sistemos, susidedančios iš panašios į Saulę žvaigždės ir kompaktiškos kompanionės, kuri ryja kaimynės medžiagą, užsiaugina akrecinį diską ir reguliariai sušvinta įvairių bangos ilgių spinduliuote. Swift J1357.2-0933 atveju kompanionė yra juodoji skylė – tai nustatyta remiantis šaltinio šviesio kintamumo laiko skale, kuri buvo gerokai trumpesnė, nei galima būtų paaiškinti didesnių objektų modeliais. Taip pat objektas turėjo vieną netikėtą savybę: jo regimasis šviesis periodiškai sumažėdavo, o periodas nuolat ilgėjo, nuo dviejų minučių žybsnio pradžioje iki dešimties minučių pabaigoje, po maždaug šešių mėnesių. 2017 metais šaltinis vėl sužibo, ir tada astronomai buvo pasiruošę jį stebėti labai detaliai bei išsiaiškinti tokio kintamumo priežastis. Dabar paskelbta šių stebėjimo duomenų analizė. Detali šaltinio spektro informacija parodė, kad kiekvienas pritemimas yra susijęs su tankių karštų dujų išmetimu iš sistemos. Remdamiesi šiais duomenimis, tyrėjai pasiūlė tokią sistemos evoliucijos interpretaciją: akrecinio disko aplink juodąją skylę plokštuma nesutampa su pačios juodosios skylės sukimosi plokštuma, todėl diskas ima precesuoti, taigi mes jį matome iš skirtingų pusių. Laikui bėgant, precesija lėtėja, todėl retėja ir pritemimai. Disko ir dar arčiau juodosios skylės esančio labai karštų dujų vainiko spinduliuotė yra pakankamai stipri, kad nustumtų dalį dujų ir sukurtų vėją, tačiau vėjas pučia tik kai kuriomis kryptimis. Diskui precesuojant, vėjo kryptis irgi keičiasi – kartais jis nukrypsta į mus, tada matome atlekiančias dujas; kartais vėjas pučia kita kryptimi ir dujų nematome. Jei interpretacija yra teisinga, tai būtų pirmas atvejis, kai aptikta žvaigždinės masės juodoji skylė, pučianti tokius vėjus, dažniau siejamus su supermasyviomis juodosiomis skylėmis galaktikų centruose. Toliau tiriant šią sistemą, bus galima patikslinti ir aktyvių galaktikų branduolių modelius, nes juose turėtų vykti labai panašūs procesai, tačiau daug lėtesni, todėl jų evoliucijos tiesiogiai stebėti neįmanoma. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Detalūs juodosios skylės stebėjimai. Nors supermasyvios juodosios skylės yra didžiulės, jos vis tiek sudaro tik labai mažą galaktikos masės dalį, taigi ir tyrinėti jas galima tik turint aukštos raiškos galaktikos duomenis. Dabar pristatyti detaliausi juodosios skylės galaktikoje NGC 3258 stebėjimai, padėję patikslinti jos masę. Stebėjimai atlikti submilimetrinių spindulių teleskopu ALMA, esančiu Čilėje. Šis teleskopas gali pasiekti dešimtadalio kampinės sekundės erdvinę raišką, maždaug atitinkančią futbolo stadiono įžiūrėjimą Mėnulio paviršiuje arba aguonos grūdo įžiūrėjimą kilometro atstumu. Galaktikos NGC 3258 atstumu ši raiška atitinka 15 parsekų dydį – vis dar labai didelį, bet pakankamą, kad būtų galima tyrinėti galaktikos centre esantį dujų žiedą. Šio žiedo spindulys yra apie 150 parsekų; panašaus dydžio yra ir juodosios skylės įtakos zona, kurioje jos gravitacija dominuoja virš kitų galaktikos komponentų gravitacinio lauko. Stebėjimų duomenys leido sudaryti daug tikslesnį, nei anksčiau, žiedo struktūros modelį. Paaiškėjo, kad žiedas yra išsikreipęs – vidinė ir išorinė jo dalys sukasi skirtingomis plokštumomis. Modelis leido nustatyti ir juodosios skylės masę – ji pasirodė esanti 2,25 milijardo kartų didesnė, nei Saulės. Bet svarbus ne pats skaičius, o jo tikslumas – matavimų paklaidos siekia mažiau nei vieną procentą. Tiesa, 12% paklaidą įveda netiksliai žinomas atstumas iki galaktikos, bet net ir ją įskaitant, šis juodosios skylės masės įvertinimas yra vienas geriausių apskritai žinomų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Mažų baltųjų nykštukių sprogimai. Seniai mirusių žvaigždžių pėdsakai yra matomi jaunesnėse. Tai nėra jokia mistika – paprasčiausiai mirštančios žvaigždės į aplinką paskleidžia įvairių cheminių elementų, kurie susimaišo su tarpžvaigždine medžiaga ir patenka į naujai besiformuojančias žvaigždes. Priklausomai nuo mirštančios žvaigždės savybių – jos masės, cheminės sudėties ir taip toliau – išmetamų elementų mišinys yra skirtingas. Taigi tyrinėdami šiandienines žvaigždes galime nemažai sužinoti ir apie senąsias, kurių dabar jau seniai nebėra. Naujame tyrime tokiu būdu nustatyta, kad praeityje daug baltųjų nykštukių sprogdavo supernovomis, nepasiekusios kritinės 1,4 Saulės masių ribos. Tyrimui pasirinktos žvaigždės, esančios nykštukinėse galaktikose aplink Paukščių Taką. Daugelyje šių galaktikų žvaigždės nustojo formuotis prieš dešimt milijardų metų ar daugiau, taigi jų cheminė sudėtis atitinka sąlygas Visatos jaunystėje. Įvertinę kelių cheminių elementų – magnio, silicio, kalcio, chromo, geležies, kobalto ir nikelio – gausą žvaigždėse, tyrėjai pirmiausiai nustatė, kokia jų dalis, tikėtina, kilo iš Ia tipo supernovų sprogimų. Ia tipo supernovos yra baltųjų nykštukių termobranduoliniai sprogimai, kurie įvyksta, kai nykštukės masė viršija kritinę ribą, bet kai kuriais atvejais gali įvykti ir jai esant mažesnės masės. Palyginę stebimas gausas su teoriniais supernovų sprogimų modeliais, tyrėjai nustatė, kad nikelio yra mažiau, nei turėtų sukurti kritinę masę pasiekusių nykštukių sprogimai, bet atitinka sub-kritinių sprogimų prognozę. Kitų elementų gausa nėra išmatuota pakankamai tiksliai, kad leistų atskirti modelių prognozes. Taigi atrodo, kad ankstyvojoje Visatoje Ia tipo supernovomis sproginėjo mažesnės baltosios nykštukės, nei šiandien. šis atradimas yra labai svarbus matuojant didelius kosminius atstumus, nes tam naudojami būtent Ia tipo supernovų sprogimai, kurių visų maksimalus šviesumas glaudžiai koreliuoja su blėsimo sparta. Geriau suprasdami, kaip skyrėsi Ia tipo supernovos skirtingais Visatos evoliucijos etapais, galėsime patikslinti ir atstumų matavimus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Raudoni ir mėlyni kvazarai. Kvazarai yra labai energingi aktyvūs galaktikų branduoliai, spinduliuojantys trilijonus kartų daugiau, nei Saulė, ir šimtus kartų ryškiau, nei visas Paukščių Takas. Dauguma kvazarų regimųjų spindulių diapazone yra gana mėlyni – kitaip tariant, mėlynos ir ultravioletinės spinduliuotės jie skleidžia daugiau, nei raudonos ir infraraudonos. Bet dalis, priešingai, yra raudoni, nes jų galaktikose yra daug dulkių, kurios efektyviai sugeria trumpo bangos ilgio spinduliuotę, įkaista ir spinduliuoja infraraudonuosius spindulius. Naujame tyrime nagrinėjama, ar raudonieji kvazarai yra visų kvazarų evoliucinė stadija, ar jų regimieji skirtumai priklauso nuo žiūrėjimo kampo. Atrinkę po maždaug penkis tūkstančius mėlynų, vidutiniškų ir raudonų kvazarų, tyrėjai nustatė, kad pastarieji maždaug trigubai dažniau aptinkami radijo bangų diapazone. Taigi jie yra tikrai kita evoliucinė stadija, turint kompaktiškus radijo šaltinius centruose. Tyrėjų teigimu, raudoni kvazarai greičiausiai yra ankstyvesnė stadija, nei mėlyni, ir tampa mėlynais, kai aktyvaus branduolio spinduliuotė išstumia didelę dalį dujų ir dulkių iš centrinių galaktikos dalių bei atidengia kvazarą. Skaitmeninių galaktikų evoliucijos modelių rezultatai daugmaž sutinka su tokia interpretacija, bet jie kol kas nebuvo plačiai naudoti tiriant galimus evoliucinius kvazarų skirtumus; ateityje tą padarius, galėsime geriau suprasti, kaip branduolio aktyvumas paveikia galaktikų evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Masyvios nematomos senovinės galaktikos. Kuo tolimesnės galaktikos, tuo sunkiau jas stebėti, nebent jos būtų labai šviesios. Iki šiol dauguma žinomų galaktikų, kurių šviesa iki mūsų keliavo daugiau nei 12 milijardų metų, buvo labai sparčiai formuojančios žvaigždes arba neseniai baigusios jas formuoti ir neturinčios dulkių. Dabar naujame tyrime išnagrinėta, kiek gali būti ramesnių, bet regimųjų spindulių diapazone nematomų, galaktikų. Tokios galaktikos turi daug dulkių, kurios visiškai uždengia jų ultravioletinę spinduliuotę, mums dėl raudonojo poslinkio matomą kaip regimąją. Tyrimo metu galaktikų ieškota per jų infraraudonąją spinduliuotę, kurią mes matome kaip submilimetrinę. Atrastos 39 galaktikos, o jų erdvinis tankis yra maždaug šimtą kartų didesnis, nei anksčiau žinotų ryškiųjų labai sparčiai žvaigždes formuojančių. Taigi būtent šios, panašesnės į šiandienines, galaktikos formuoja didesnę dalį žvaigždžių ankstyvojoje Visatoje, nei labai ryškios. Tiesa, bendrai paėmus net ir šios galaktikos greičiausiai formuoja tik apie 10% visų tuo metu formuojamų žvaigždžių – likusios gimsta dar mažesnėse, kol kas neaptinkamose, galaktikose. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Ankstyvai sąveikaujanti tamsioji materija. Tamsioji materija sudaro maždaug penkis šeštadalius visos Visatos materijos. Tarpusavyje ir su kita medžiaga ji sąveikauja tik gravitaciškai, todėl tiesiog ją aptikti yra be galo sudėtinga. Bent jau taip teigia šiuo metu labiausiai priimta šaltosios tamsiosios medžiagos paradigma. Nors šis modelis paaiškina daugybę stebėjimų rezultatų, tokių kaip galaktikų išsidėstymas Visatoje, kosminės foninės spinduliuotės netolygumai, galaktikų spiečių dydžiai ir taip toliau, bet jis turi ir trūkumų. Pavyzdžiui, Visatos plėtimosi sparta, išmatuota remiantis kosminės foninės spinduliuotės netolygumais ir aplinkinių galaktikų judėjimu, gaunama skirtinga. Vienas galimų neatitikimo paaiškinimų yra kitoks tamsiosios materijos modelis. Dabar paskelbtas tyrimas, kuriame nagrinėjama viena galima alternatyva – tamsioji materija, kuri ankstyvojoje Visatoje sąveikavo su fotonais arba neutrinais. Tuo metu ir vienų, ir kitų dalelių tankis Visatoje buvo žymiai didesnis, nei dabar, todėl ir sąveikos galėjo būti reikšmingos; šiandieninėje Visatoje tos sąveikos būtų tokios retos, kad jų aptikti yra neįmanoma ir poveikio Visatos vystymuisi jos neturi. Bet per pirmąjį milijardą metų tokia šiek tiek sąveikaujanti tamsioji materija galėjo pakeisti medžiagos pasiskirstymą. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad esminiai skirtumai pasireiškia vandenilio dujų telkiniuose: sąveikaujanti tamsioji materija juos Visatoje paskleidžia tolygiau, nei šaltoji. Kol kas taip detaliai tyrinėti šių telkinių, egzistavusių tik ankstyvoje Visatoje, neįmanoma, bet naujos kartos teleskopai galės tą padaryti. Taigi jau po keleto metų galėsime patikrinti šią hipotezę ir išsiaiškinti, ar tamsioji materija tikrai visada buvo šalta ir nedraugiška, ar kadaise reagavo į aplink lakstančius fotonus bei neutrinus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

1915 metais paskelbęs bendrąją reliatyvumo teoriją, Einšteinas ėmė skaičiuoti, ką šios teorijos lygtys sako apie Visatos evoliuciją. Gautasis rezultatas jį nustebino – Visatos erdvė turėjo arba plėstis, arba trauktis, priešingai nei teigė tuometinė nekintančios Visatos paradigma. Dėl to Einšteinas į lygtis įvedė papildomą kosmologinę konstantą, kuri turėjo išlaikyti Visatą statišką. Vėliau, kai sužinojome, jog Visata visgi plečiasi, Einšteinas šį veiksmą pavadino didžiausia savo klaida. Plačiau apie šią istoriją – savaitės filmuke iš Universe Today:

***

Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų (tik atsakymo į juos reikės palaukti, kol grįšiu iš miškų).

Laiqualasse

Žemės magnetinis laukas nuolat kinta, dažniausiai lėtai, bet kartais tiesiog apsiversdamas aukštyn kojomis. Nauja analizė rodo, kad kažkas panašaus kadaise nutiko ir Merkurijuje, taigi galimai yra visuotinis reiškinys uolinėse planetose. Saturno magnetinis laukas iš dalies kontroliuoja planetos sukimąsi. Neutroninių žvaigždžių magnetiniai laukai sutelkia jų spinduliuotę į siaurus kūgius, paversdami jas pulsarais, ir neleidžia išorinei medžiagai kristi į žvaigždę – nebent kuriam laikui nusilpsta, o tada įvyksta rentgeno žybsnis, matomas net ir tolimoje galaktikoje. Kitose naujienos – planetų slėgis ir medžiagos kritimas į kvazarus, Indijos bandymas nusileisti Mėnulyje bei dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Indijos bandymas pasiekti Mėnulį. Kol kas tik trims valstybėms – JAV, Sovietų sąjungai ir Kinijai – pavyko sėkmingai nutūpdyti zondus Mėnulio paviršiuje. Šį savaitgalį prie jų galėjo prisijungti ir Indija, bet Vikram nusileidimo modulio nutūpimas nebuvo sėkmingas. Liepą į kosmosą išskridusi Chandrayaan-2 misija, susidedanti iš orbitinio zondo ir nutūpimo modulio, dar rugpjūčio viduryje pasiekė orbitą aplink Mėnulį. Rugsėjo 2 dieną nutūpimo modulis atsiskyrė nuo orbitinio zondo ir pradėjo leistis. Paskutinė misijos dalis buvo visiškai autonominis nutūpimas, trukęs apie 15 minučių. Jo metu, moduliui esant 2 kilometrų aukštyje virš Mėnulio pietų ašigalio, nutrūko ryšys tarp jo ir misijos valdymo centro. Tuo metu modulio greitis dar siekė 58 metrus per sekundę – gerokai daugiau, nei reikėtų minkštam nusileidimui. Po maždaug paros nuo ryšio nutrūkimo, modulis aptiktas orbitinėse nuotraukose. Pirmu vertinimu, jis nukrito ir sudužo, tačiau Indijos kosmoso agentūra dar bando užmegzti su juo ryšį. Kaip bebūtų, Chandrayaan-2 zondas, kurio misija truks bent metus, aplink Mėnulį skraido sėkmingai ir padės tyrinėti palydovą.

***

Susidūrimai pakeičia slėgį planetose. Mėnulis greičiausiai susiformavo, kai į jauną Žemę trenkėsi maždaug Marso dydžio kūnas. Saulės sistemos jaunystėje panašių susidūrimų buvo ir daugiau, taip pat jie turėtų būti įprasti ir kitose besiformuojančiose planetų sistemose. Dabar nauju skaitmeniniu modeliu parodyta, kad po tokio smūgio kuriam laikui gerokai sumažėja slėgis planetos gelmėse. Taip nutinka dėl dviejų priežasčių: po smūgio planeta ima suktis daug greičiau, be to, ji įkaista ir dažnai netgi išsilydo iki pat gelmių. Per kelis milijonus metų, planetai vėstant ir lėtėjant sukimuisi, slėgis vėl išauga ir tampa aukštesnis, nei buvo prieš smūgį, nes planetos masė smūgio metu išauga. Šis atradimas gali paaiškinti Žemės mantijos cheminę sudėtį bei pagerinti supratimą apie kitų planetų evoliuciją. Žemės mantija formavosi palaipsniui, į planetą krentant įvairiems asteroidams. Sunkiausi cheminiai elementai – dauguma metalų – nuskendo branduolyje, kartu nusinešdami ir šiek tiek lengvesniųjų. Konkretūs lengvų ir sunkių elementų, nusėdusių branduolyje, santykiai priklauso nuo slėgio ties branduolio ir mantijos riba. Ankstesnių tyrimų duomenys rodė, kad tas slėgis buvo gerokai žemesnis, nei yra dabar, palyginamas su slėgiu ties mantijos viduriu. Dėl susidūrimų sumažėjęs Žemės gelmių slėgis paaiškintų tokį neatitikimą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Merkurijaus magnetizmas senovėje. Merkurijus yra viena iš nedaugelio planetų Saulės sistemoje, turinti globalų magnetinį lauką. Šiuo metu magnetiniai ašigaliai sutampa su planetos sukimosi ašimi, bet taip nebūtinai buvo praeityje. Pavyzdžiui, Žemės magnetiniai ašigaliai juda po kelis-keliasdešimt kilometrų per metus, o per visą planetos gyvenimą bent šimtą kartų buvo apsikeitę vietomis. Norėdami išsiaiškinti, ar kas nors panašaus galėjo vykti Merkurijuje, mokslininkai ištyrė paviršinio magnetinio lauko informaciją, surinktą zondo MESSENGER. 2015 metais, baigdamas savo misiją, zondas tris mėnesius skraidė labai arti planetos paviršiaus ir nustatė magnetinio lauko krypties pokyčius. Pokyčius nulemia paviršiaus uolienų įmagnetėjimas, kurio kryptis nustatoma uolienoms stingstant. Kai kurių kraterių dugno uolienos yra datuojamos 3,8-4,1 milijardo metų praeitimi, taigi jų magnetinio lauko kryptis turėtų atitikti tuometinio planetos magnetinio lauko kryptį. Ištyrę penkių kraterių magnetizmą, mokslininkai nustatė, kad tuo metu šiaurinis planetos magnetinis polius buvo kažkur dabartiniame pietų pusrutulyje, bet ne ties pietų ašigaliu. Gali būti, jog visų kraterių susiformavimo metu polius buvo ten pat, nors jo tiksli padėtis galėjo ir keistis. Tai yra pirmasis įrodymas, jog kitos planetos, nei Žemė, magnetinio lauko kryptis kinta laikui bėgant. Šiuo metu Merkurijaus link skrenda bendra Europos ir Japonijos misija BepiColombo, kuri nuo 2025 metų tyrinės šią planetą. Jos duomenys galbūt padės geriau suprasti, kaip kito magnetinis laukas, tačiau tikrai detaliems tyrimams reikėtų atsigabenti uolienų mėginių į Žemę, o tai kol kas nėra numatoma. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Truputį plačiau su Žemės magnetiniu lauku ir jo kitimu laikui bėgant galite susipažinti pažiūrėję savaitės filmuką iš PBS Space Time:

***

Anglies dvideginio sugertis Marse. Marso atmosfera yra labai reta ir sudaryta daugiausiai iš anglies dvideginio. Tolimoje praeityje buvo kitaip – ji tikrai buvo žymiai tankesnė, greičiausiai turėjo daug daugiau azoto ir galbūt net deguonies. Bet tiksliai nustatyti atmosferos tankį praeityje yra labai sudėtinga. Vienas iš patikimiausių būdų yra apskaičiuoti įvairių atomų izotopų santykius šiandieninėje atmosferoje. Izotopai yra atomų atmainos, besiskiriančios neutronų skaičiumi branduolyje, o kartu ir branduolio mase. Sunkesni izotopai sunkiau pabėga iš planetos, todėl nykstant atmosferai, sunkiųjų izotopų dalis išauga. Jei laikome, kad jaunystėje Marso atmosferoje izotopų santykiai buvo tokie patys, kaip Žemėje, žinodami šiandieninius santykius galime apskaičiuoti, kiek atmosferos galėjo pabėgti. Bet įvairių misijų gauti deguonies izotopų santykių duomenys gana reikšmingai skiriasi, taigi kol kas neturėjome aiškaus atsakymo, kiek deguonies Marsas neteko per milijardus metų. Dabar paskelbti nauji stebėjimų duomenys, rodantys, kad deguonies izotopų santykis atmosferoje priklauso nuo temperatūros ir kinta netgi vienos dienos metu. Stebėjimais, atliktais Havajuose esančiu NASA Infraraudonųjų spindulių teleskopu, nustatyta, kad vietinį vidurdienį Marso atmosferoje sunkiojo ir įprasto deguonies izotopų santykis yra devyniais procentais mažesnis, nei Žemėje, o po pusantros valandos – jau septyniais procentais didesnis, nei Žemėje. Per šį laikotarpį vietinė paviršiaus temperatūra pakyla maždaug devyniais laipsniais – nedaug, bet užtektinai, kad nuo paviršiaus išgaruotų anglies dvideginio ledas. Būtent anglies dvideginio molekulių atmainos, turinčios skirtingų deguonies izotopų, ir stebėtos tyrimo metu. Panašu, kad paviršiui atšalus, ant jo pirmiau nusėda sunkesnės anglies dvideginio molekulės, todėl pasikeičia jų atmainų santykis atmosferoje. Šis atradimas gali paaiškinti kitų misijų rezultatų neatitikimus; deja, ankstesnių matavimų metu nebuvo įvertinta paviršiaus temperatūra. Žinodami šią priklausomybę, galėsime geriau nustatyti, kiek iš tiesų sunkesnio deguonies yra likę Marse ir kiek jo iš viso galėjo pabėgti iš planetos. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Meteoritai tirpdo Marso ledą. Žemėje yra keletas meteoritų, atskridusių iš Marso. Keliuose iš jų randama mineralų ir deformacijų, bylojančių apie skysto vandens poveikį. Bent dviejuose meteorituose šis poveikis datuojamas 630 milijonų metų praeitimi – gerokai vėlesniais laikais, nei Marse buvo daug paviršinio vandens. Davar nauja analizė atskleidė, kad vanduo atsirado į Marsą pataikius dideliam meteoritui, kurio smūgis ištirpdė ledą po planetos paviršiumi. Meteoritų struktūros analizė parodė, kad jie vienu metu buvo ir veikiami vandens, ir stipriai suspausti bei ištempti, kaip galėjo įvykti smūgio metu formuojantis krateriui. Pačių meteoritus sudarančių vulkaninių uolienų amžius tra 1,3 – 1,4 milijardo metų, o į kosmosą juos išmetė kitas smūgis prieš 11 milijonų metų. Šis scenarijus stipriai apriboja galimą meteoritų kilmės vietą Marso paviršiuje – tai turi buti 1,4 mlrd. metų amžiaus paviršiaus regionas su dviem krateriais – 630 ir 11 milijonų metų amžiaus – toje pačioje vietoje. Nustačius, kur tiksliai Marse susiformavo šie meteoritai, nukritę į Žemę XX a. pradžioje, galesime daug geriau susieti jų savybes su Marso evoliucija. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Saturno sukimosi variacijos. Kiek laiko reikia Saturnui vieną kartą apsisukti aplink savo ašį? Klausimas atrodo paprastas, bet atsakymas – visai neaiškus. Pirmą kartą Saturno sukimąsi išmatavo pro šalį skridęs Voyager. Jis nustatė, kad planetos magnetinis laukas reguliariai kinta 10 valandų 40 minučių periodu. Daugiau nei 20 metų šis intervalas buvo laikomas planetos sukimosi periodu, tačiau Cassini zondas išmatavo dešimčia minučių ilgesnį periodą. Maža to, per 13 metų, kuriuos Cassini praleido Saturno sistemoje, sukimosi periodas nuolatos kito, ir netgi buvo nevienodas matuojant šiaurės ir pietų pusrutuliuose. Dabar pasiūlytas galimas paaiškinimas. Saturno magnetosfera formuojasi giliai po planetos debesų sluoksniu, o magnetinis laukas iškyla aukštai virš jų. Elektringos dalelės, judėdamos palei magnetinio lauko linijas, nutolsta labai toli nuo planetos ir todėl sulėtėja, panašiai kaip besisukantis šokėjas ant ledo, ištiesęs rankas į šonus. Lėčiau judančios dalelės stabdo viršutinius atmosferos sluoksnius. Tame pusrutulyje, kuriame konkrečiu metu yra vasara, elektringų dalelių yra daugiau, nes jį veikia stipresnė Saulės ultravioletinė spinduliuotė. Todėl vasariniame pusrutulyje atmosfera sulėtėja labiau, nei žieminiame. Būtent tokius skirtumus matė Cassini. Panašus modelis galioja ir Jupiteriui; gali būti, kad tokie sukimosi spartos netolygumai yra bendra visų dujinių planetų savybė. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Space Physics.

***

Žvaigždės gemalo sukimasis. Žvaigždės formuojasi fragmentuojant šaltų dujų debesims. Kiekvienas debesies fragmentas, virstantis viena žvaigžde, traukiasi, jo centre formuojasi tankus protožvaigždinis objektas, o pakraščiai po truputį sukrenta į protoplanetinį diską. Disko masė ir dydis labai priklauso nuo fragmento sukimosi greičio ir pobūdžio: jei fragmentas sukasi kaip vientisas kietas kūnas, diskas gautųsi didesnis, jei kaip sūkuriuojantis debesis – mažesnis. Dabar pirmą kartą nustatyta trijų fragmentų sukimosi spartos priklausomybė nuo atstumo iki centro. Paaiškėjo, kad jų sukimosi pobūdis yra tarpinis tarp dviejų kraštutinių atvejų. Tai reiškia, kad protožvaigždės magnetinis laukas, surišantis visą fragmentą, yra svarbus netgi tokioje ankstyvoje evoliucijos stadijoje, tačiau taip pat reikšmingas ir sūkuriavimas, paveldėtas iš byrančio debesies. Fragmentų dydžiai siekia apie 10 tūkstančių astronominių vienetų (1 AU yra vidutinis atstumas nuo Saulės iki Žemės, apie 150 milijonų kilometrų), bet jie galiausiai turėtų suformuoti vos 60 AU spindulio protoplanetinius diskus. Turint omeny, kad visi trys ištirti fragmentai sukasi labai panašiai, tyrėjai teigia, kad 60 AU gali būti viršutinė disko spindulio riba susiformavimo metu. Laikui bėgant diskas gali užaugti daug didesnis, jei į jį krenta daugiau medžiagos, bet planetos ima formuotis būtent tokiame palyginus nedideliame regione aplink žvaigždę. Šis atradimas padės pagerinti žvaigždžių ir planetų formavimosi modelius ir apskritai suprasti šio proceso detales. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Savaitės paveiksliuko centre matome melsvą dėmelę, sutampančią su ilgo vingiuoto tamsaus ruožo galu. Tai yra atspindžio ūkas, neturintis pavadinimo, tik katalogo numerius VdB 152 arba Ced 201. Jį apšviečia kairiau matoma mėlyna žvaigždė. Galima būtų pagalvoti, kad ši žvaigždė susiformavo kažkur netoliese, tame pačiam dulkių ir dujų telkinyje, vadinamame Vilko urvu; bet taip nėra – žvaigždės greitis gerokai skiriasi nuo telkinio, taigi ji tik lekia pro šalį. Dar vienas panašus, tik neapšviestas, ūkas matomas nuotraukos viršuje dešinėje, o beveik visą nuotrauką įstrižai kerta rausva supernovos liekanos linija.

***

Pulsaro reliatyvistinė precesija. Pulsarai yra labai greitai besisukančios neutroninės žvaigždės, kurios šviečia tarsi švyturiai išilgai magnetinio lauko ašies. Ši ašis nesutampa su sukimosi ašimi, todėl pulsaro šviesa tarsi švyturio signalas reguliariai šviečia vis kita kryptimi. Stebint iš Žemės, jie matomi kaip pasikartojantys – kartais šimtus kartų per sekundę – spinduliuotės šaltiniai. Jei pulsaras yra dvinarėje sistemoje, jo sukimosi ašis po truputį kinta – precesuoja dėl sąveikos su kompanione. Dabar pristatyti labai detalūs pulsaro signalo pokyčio, atsirandančio dėl precesijos, tyrimo rezultatai. Pulsaras PSR J1906+0746 šešerius metus reguliariai stebėtas radijo bangų teleskopu, prie šių duomenų pridėti archyviniai stebėjimai ir iš viso gautas duomenų rinkinys, apimantis trylika metų. Pastebėta, kad periodo pradžioje buvo matomi abu pulsaro magnetiniai poliai – kas pusę sukimosi periodo jis į mus atsukdavo tai šiaurinį, tai pietinį polius. Laikui bėgant, šiaurinis polius nusisuko nuo mūsų, bet pietinis vis dar yra matomas. Pritaikę teorinį modelį, susiejantį radijo bangų poliarizaciją (svyravimų vienoda kryptimi dalį) su precesija, mokslininkai nustatė, kad stebėjimų duomenys idealiai atitinka modelio prognozę ir apskaičiavo, kad po devynerių metų nustosime matyti ir pietinį pulsaro polių. Vėliau, tarp 2070 ir 2090 metų, pulsaras vėl turėtų įsižiebti. Šie rezultatai eilinį kartą patvirtina bendrosios reliatyvumo teorijos, šiuo atveju aprašančios pulsarų precesiją, prognozes. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Trumpas rentgeno žybsnis. Galaktikoje NGC 6946, dar žinomoje kaip Fejerverkų galaktika dėl sparčiai besiformuojančių žvaigždžių, aptiktas labai trumpai žybtelėjęs stiprus rentgeno spindulių šaltinis. Jis pastebėtas nuotraukose, darytose tyrinėjant neseniai tos galaktikos pakraštyje sprogusią supernovą. Objektas klasifikuojamas kaip ultra-šviesus rentgeno spindulių šaltinis (ULX) – tai įprastai yra dvinarė sistema, kurioje juodoji skylė arba neutroninė žvaigždė ryja medžiagą. Tačiau ULX turėtų šviesti daug ilgiau, nei kelias savaites. Būtent tiek švietė naujasis ULX-4: jo nematyti Swift teleskopu darytoje pirmoje galaktikos nuotraukoje ir po dvidešimties dienų padarytoje Chandra teleskopo nuotraukoje, bet matyti į tarpą tarp šių stebėjimų darytose Swift ir XMM-Newton nuotraukose. Iš šių dviejų nuotraukų nustatyta, kad ULX-4 spinduliavo beveik tiek pat mažos ir didelės energijos rentgeno spindulių – tai irgi labai retas reiškinys, nes įprastai ULX skleidžia daugiausiai mažos energijos rentgeno spindulius. Tyrėjai pasiūlė du galimus paaiškinimus ULX-4 savybėms. Pirmoji hipotezė – tai yra juodoji skylė, prie kurios labai arti praskrido žvaigždė; juodosios skylės gravitacija pagavo dalį žvaigždės medžiagos ir sužibo labai trumpam. Antroji hipotezė – tai tikrai yra dvinarė sistema, tačiau jos kompaktiškas objektas yra neutroninė žvaigždė, turinti labai stiprų magnetinį lauką ir labai sparčiai besisukanti. Tokiu atveju į ją krentanti kompanionės medžiaga yra numetama lauk ir spinduliuoja neryškiai. Tačiau kartais magnetinis laukas gali trumpam susilpnėti; tada medžiaga staiga pradeda pasiekti neutroninę žvaigždę ir įvyksta rentgeno žybsnis. Magnetinis laukas atsistato per kelias dienas ar savaites ir žybsnis užgęsta. Trumpalaikiai ULX yra retas reiškinys, taigi kiekvienas toks atradimas padeda geriau suprasti, kaip elgiasi medžiaga prie ekstremalių objektų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Medžiagos kritimas į kvazarus. Kvazarai yra ryškiausi spinduliuotės šaltiniai Visatoje. Jų energijos šaltinis – dujos, sparčiai krentančios į supermasyvią juodąją skylę. Krisdamos jos įkaista ir ima spinduliuoti vis ryškiau. Juodąją skylę kvazare, kaip ir kituose aktyviuose galaktikų branduoliuose, supa akrecinis diskas, kuriame dujos sukasi beveik apskritimais, tik po truputį judėdamos centro link. Akrecinis diskas greičiausiai papildomas medžiagos srautais, krentančiais iš didesnių atstumų, tačiau iki šiol tokie srautai aptikti tik gerokai didesniais, keleto parsekų, atstumais nuo juodosios skylės. Akrecinio disko spindulys retai siekia vieną šimtąją parseko, taigi nebuvo aišku, ar ir kaip medžiaga krenta paskutinį parseką link juodosios skylės. Dabar pristatyti nauji stebėjimų duomenys, pirmą kartą atskleidžiantys srautų egzistavimą ir šiais masteliais. Išmatavę grupės kvazarų spektrus, tyrėjai aptiko spektro linijas, rodančias medžiagą, krentančią juodosios skylės link 5000 kilometrų per sekundę greičiu. Tai yra daug didesnis greitis, nei įprastai juda medžiaga galaktikose, o jį sukelti gali tik stiprus gravitacinis laukas prie pat juodosios skylės. Greičio bei medžiagos jonizacijos lygio matavimai ir modeliavimas parodė, kad medžiaga greičiausiai yra maždaug 500 kartų toliau nuo juodosios skylės, nei jos įvykių horizonto spindulys – net ir didžiausioms juodosioms skylėms toks atstumas yra gerokai mažesnis, nei vienas parsekas, taigi labai tikėtina, kad stebimi srautai jungia akrecinį diską su didesnio masto medžiagos rezervuarais. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

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

Laiqualasse

Marso ledynai periodiškai garuoja ir kondensuojasi; tik šis procesas vyksta ne vasaros-žiemos ciklu, o per tūkstančius metų kintant Marso ašies posvyriui. Taip pat garuoja ir kondensuojasi dujos galaktikose ir aplink jas, veikiamos aktyvių branduolių grįžtamojo ryšio. Kitose praėjusios savaitės naujienose – naujas Saulės tyrimų teleskopas, naujas šiaurės pašvaisčių atmaina, skaičiavimai apie juodųjų skylių susijungimų dažnumą ir dar daug visko. Gero skaitymo!

***

Nauja šiaurės pašvaisčių atmaina. Suomijos astrofotografai kartu su magnetosferos tyrėjais identifikavo naują šiaurės pašvaisčių rūšį. Kol kas ji pavadinta „kopomis“, nes ji matoma kaip švytinčios juostos, panašios į vėjo suneštas nedideles lygiagrečias kopas. Pirmą kartą tokios pašvaistės identifikuotos dar 2018 metais, o dabar paskelbta analizė ir paaiškinimas, kaip jos atsiranda. Panašu, kad jos susidaro 80-100 km aukštyje esančioje atmosferos dalyje, vadinamoje mezosfera. Jas sudaro bangos – deguonies atomų sutankėjimai, atsikartojantys kas maždaug 45 kilometrus. Deguonies atomai atspindi visos atmosferos judėjimą, taigi iš šių pašvaisčių galime nustatyti, jog mezosferoje susidaro bangos. Tokios bangos buvo prognozuojamos teoriškai, bet kol kas jas aptikti stebėjimais labai sudėtinga. Tolesni pašvaisčių-kopų stebėjimai padės suprasti, kaip jungiasi žemesnės atmosferos dalys ir mezosfera. Tyrimo rezultatai publikuojami AGU Advances.

***

Kosmoso šiukšlių pavojai. Praeitą savaitę žiniasklaidoje pasirodė net dvi naujienos, susijusios su kosminių šiukšlių keliamu pavojumi. Pirmoji – JAV Federalinė komunikacijų komisija (FCC) leido palydovinės televizijos operatoriui DirecTV skubos tvarka deorbituoti vieną ryšių palydovą dėl sprogimo pavojaus. Palydovas SpaceWay-1 buvo paleistas 2005 metais; jo nominalus darbo laikas yra 12 metų, tačiau kol kas palydovas atrodė galėsiąs dirbti bent iki 2025 metų, kai turėtų baigtis kuras. Visgi gruodžio mėnesį pastebėtos problemos su palydovo baterijomis ir kilo grėsmė, kad jos gali perkaisti. Tai būtų labai pavojinga, nes palydovas tebeturi daugiau nei 70 kilogramų raketinio kuro, taigi perkaitusios baterijos gali sukelti sprogimą. Normali procedūra palydovui baigiant darbą būtų išpilti visą likusį kurą ir tada perkelti palydovą į vadinamąją „kapinių orbitą“ 300 km virš geosinchroninės, kurioje jis yra dabar. Tokia procedūra truktų apie du mėnesius. Tačiau SpaceWay-1 vasario antroje pusėje kuriam laikui pateks į Žemės šešėlį – tuo metu jis dirbti galės tik naudodamas baterijas. Taigi FCC išimties tvarka leido išpilti kurą greičiau ir patraukti bei išjungti palydovą.

Kita žinia – trečiadienį Žemojoje Žemės orbitoje vos nesusidūrė du palydovai. Seniai nebeveikiantys aparatai – infraraudonųjų spindulių teleskopas IRAS ir gravitacijos matavimų eksperimentas GGSE-4 – prasilenkė 900 km aukštyje virš JAV teritorijos. Juos skyrė vos 15-30 metrų atstumas. Likus kelioms valandoms iki prasilenkimo, buvo prognozuojama 5% susidūrimo tikimybė, bet to pavyko išvengti. Tiesa, tik laimės dėka – abu aparatai jau seniai nevaldomi, tad juos įmanoma tik sekti, ir tai tik su keliolikos metrų paklaida. Gausėjant palydovų skaičiui aplink Žemę, tokių susidūrimų tikimybė tik auga. Be to, vos vienas susidūrimas gali sukelti grandininę reakciją: pažirę šipuliai pataikys į aplinkinius objektus, sudaužys juos, ir taip gana greitai gali ne tik išeiti iš rikiuotės visi kurioje nors orbitoje esantys palydovai, bet ta orbita apskritai tapti neprieinama palydovams šimtus metų.

Kosminių šiukšlių problema pastaraisiais metais aptarinėjama vis garsiau. Egzistuoja ne viena idėja, kaip pašalinti pasenusius palydovus iš orbitų, bet kol kas praktikoje nepritaikyta nei viena. Bet bandymai vyksta. Praeitą savaitę kompanija Tethers Unlimited išbandė technologiškai labai paprastą sprendimą: iš palydovo ištiesti ilgą lyną, kuris nutemptų palydovą žemyn ir padėtų jam sudegti Žemės atmosferoje. Lynas padidina atmosferos pasipriešinimą, kuris, nors ir labai silpnas, pasireiškia ir šimtų kilometrų aukštyje; be to, lynu ima tekėti silpna elektros srovė, kuri priešinasi judėjimui skersai Žemės magnetinio lauko linijoms. Skaičiavimai rodo, kad toks vos kilogramą sveriantis lynas leistų efektyviai deorbituoti palydovus-kubiukus net iš tūkstančio kilometrų aukščio; be lyno jie efektyviai deorbituoja tik iš 500-600 km aukščio. Nors ši technologija turbūt nebus naudinga didesniems palydovams, visi būdai sumažinti šiukšlių kiekį Žemės orbitoje yra reikšmingi.

***

Komercinis modulis kosminėje stotyje. Dar pernai NASA paskelbė planus po truputį komercializuoti Tarptautinę kosminę stotį (TKS) ir apskritai Žemąją Žemės orbitą. Su TKS susiję planai yra stoties parengimas galimam nuomavimui privačioms kompanijoms, privačių astronautų skrydžiai ir komercinio modulio ar modulių prijungimas, taip padarant stotį patrauklesne turistams kelionių vieta. Praeitą savaitę NASA paskelbė, kad pirmąjį komercinį modulį prie TKS turėtų prijungti kompanija Axiom Space. Axiom Space nuo pat įkūrimo 2016 metais bendradarbiauja su NASA, daugelis jos darbuotojų anksčiau dirbo prie TKS. Planuojamas modulis turėtų būti paleistas 2024 metais; jį sudarys aštuonios privačios kabinos su puikiu ryšiu į Žemę ir iliuminatoriais, per kuriuos bus galima grožėtis mūsų planeta iš orbitos. Kabinos turėtų būti gerokai erdvesnės bei patogesnės, nei dabar naudojamos TKS dirbančių astronautų. Toks modulis bus vienas pirmųjų Axiom Space žingsnių savo kosminės stoties link. Kompanija planuoja pastatyti tokią stotį ateinančio dešimtmečio viduryje, netrukus po to, kai 2025 metais darbą baigs TKS.

***

Milžiniškų Saulės audrų pasikartojimas. Saulės audros – vainikinės masės išmetimo reiškiniai ir kitokie ekstremalūs kosmoso orai – kelia pavojų Žemei, ypač mūsų palydovams ir elektroniniams prietaisams. 1868 metais įvykusi audra sudegino telegrafo laidus Kanadoje; jei panaši audra įvyktų dabar, žala elektros infrastruktūrai būtų tikrai didžiulė. Laimei, nuo XIX a. vidurio tokių stiprių audrų daugiau nebuvo, taigi kai kurie mokslininkai galvoja, jog šis vadinamasis Carringtono įvykis buvo unikalus reiškinys. Visgi naujame tyrime daroma išvada, kad taip nėra – Carringtono įvykis buvo ekstremalus, bet panašių audrų galima tikėtis maždaug kas 150 metų. Tyrėjai pasinaudojo dviem kriterijais, kurie įprastai naudojami Saulės, arba geomagnetinių, audrų aktyvumui matuoti. Vienas, tikslesnis, indeksas remiasi Žemės magnetinio lauko variacijomis ties pusiauju; jis pradėtas skaičiuoti tik 1967 metais. Kitas, nuo 1868 metų matuojamas indeksas, remiasi magnetinio lauko skirtumais tarp šiaurės ir pietų pusrutulių, bet yra gerokai mažiau tikslus. Tyrėjai sukūrė antrojo indekso verčių parametrizaciją, kuri leido patikslinti jo vertes; gauti rezultatai puikiai atitiko pirmojo indekso duodamą informaciją XX a. antroje pusėje ir šio amžiaus pradžioje. Pasinaudoję turimais duomenimis, mokslininkai tada galėjo išnagrinėti Saulės audrų intensyvumą per pastaruosius pusantro šimto metų. Jie nustatė, kad vidutiniškai kas trejus metus įvyksta reikšminga Saulės audra, galinti pakenkti palydovams. Kas ketvirtį amžiaus įvyksta milžiniška audra, kuri gali išvesti iš rikiuotės telekomunikacijų įrangą ar sugadinti elektros tiekimo linijas. Carringtono įvykio stiprumo audra, pagal šiuos duomenis, turėtų įvykti maždaug kas 150 metų – būtent tiek laiko praėjo nuo tikrojo įvykio. Deja, modelis neleidžia prognozuoti, kada bus artimiausias stiprus Saulės išsiveržimas. Tačiau ignoruoti Saulės keliamų grėsmių negalima: bent jau sprendžiant iš aktyvumo variacijų, labai grėsminga audra nėra kažkas unikalaus, o tiesiog ekstremalus normalių reiškinių atvejis. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Naujas Saulės stebėjimų palydovas. Saulės stebėjimams viso pasaulio kosmoso agentūros ir astronomai skiria daug dėmesio. Ne veltui – nuo pokyčių Saulėje priklauso kosminiai orai, kurie paveikia visų mūsų erdvėlaivių darbą ir gali pakenkti elektronikai net ir Žemės paviršiuje. Bet Saulės stebėjimai turi keletą reikšmingų trūkumų, kuriuos turėtų užpildyti šią savaitę į kosmosą išskrisianti naujausia misija – Europos kosmoso agentūros (ESA) Saulės zondas (Solar Orbiter). Pagrindinis zondo tikslas yra labai platus – padėti susieti Saulėje vykstančius procesus su kosmoso orais. Šiuo metu geriausi modeliai leidžia prognozuoti kosmoso orus 45 minutes į priekį; tai geriau nei nieko, bet toli gražu nepakankama, kad galimiems sukrėtimams spėtų pasiruošti, pavyzdžiui, elektros skirstymo tinklų operatoriai. Konkrečiau Saulės zondas tyrinės Saulės vėjyje pasitaikančius sunkesnių už helį elementų branduolius ir taip padės susieti Saulės vėjo savybes su jo paleidimo taškais Saulės paviršiuje. Kartu misija papildys NASA Parker Solar Probe misijos renkamus duomenis – informaciją apie lengvųjų dalelių judėjimą Saulės vėjyje. Dar vienas labai svarbus misijos aspektas – Saulės zondas bus pirmasis aparatas, skrisiantis orbita virš Saulės ašigalių. Iki šiol visos Saulės tyrimų misijos stebėjo žvaigždę tik iš šono, taigi supratimą apie ašigalius turime gana miglotą. Zondo kelionė iki Saulės užtruks daugiau nei dvejus metus: pirmojo artimo praskridimo virš ašigalio tikimasi 2022 metų kovo mėnesį.

***

Saulės stebėjimai vykdomi ne tik iš kosmoso, bet ir nuo Žemės paviršiaus. Čia esantys teleskopai gali būti daug didesni, nei iškeliami į kosmosą, tad net įskaitant Žemės atmosferos poveikį, jie gali pasiekti daug geresnę nuotraukų raišką. Praeitą savaitę paskelbta nuotrauka, padaryta nauju Saulės tyrimams skirtu teleskopu, įrengtu Havajuose. Keturių metrų skersmens Daniel K. Inouye teleskopu padarytoje nuotraukoje matyti Saulės paviršiaus granulės – zonos, kur karštesnė medžiaga iškyla iš gelmių. Kiekviena granulė didesnė už Lietuvą. Geresnis supratimas apie granulių savybes ir medžiagos judėjimą Saulėje padės geriau prognozuoti ir kosmoso orus.

***

Sluoksniuotas ledas Marso ašigalyje. Marso pietų ašigalį dengia ledo kepurė. Ledas ten yra dvejopas: dalį sudaro mums įprastas vandens ledas, dalį – sustingęs anglies dvideginis. Labai įdomu, kad kepurė yra sluoksniuota: vandens ir dvideginio ledo sankaupos dengia viena kitą pakaitomis, plonais sluoksniais, iki maždaug kilometro gylio. Jau seniai manoma, kad ši kepurė susidarė keičiantis Marso klimatui: pasikeitus sukimosi ašies posvyriui Pietų ašigalį kartais Saulė apšviesdavo stipriau, kartais – silpniau, todėl anglies dvideginis kartais išgaruodavo, o kartais – nusėsdavo. Bet šis modelis negalėjo paaiškinti ledo kepurės sluoksniuotumo. Dabar pateiktas naujas modelis, puikiai išsprendžiantis šią problemą. Pagal šį modelį, kai Marso sukimosi ašis tampa stamenesnė orbitos plokštumai, Pietų ašigalyje nusėda vandens ir anglies dvideginio ledo mišinys. Vėliau, ašiai pasvirus labiau įstrižai, anglies dvideginis ima garuoti anksčiau, nei vandens ledas, ir taip atsiranda vandens ledo sluoksnis. Giliau nusėdęs anglies dvideginis negali išsiveržti iš po vandens ledo, o žiemomis ant kepurės susidaro plonas anglies dvideginio ledo sluoksnis. Laikui bėgant ašis vėl tampa statmenesnė ir ima formuotis naujas sumišusio ledo sluoksnis, kuris vėliau virsta vandens ledu. Pastaruosius pusę milijono metų Marso ašis svyruoja vis silpniau, todėl kiekvieno sluoksnio garavimo metu išgaruoja ne visas anksčiau nusėdęs anglies dvideginis, taigi tarp vandens ledo sluoksnių atsiranda ploni anglies dvideginio sluoksniai. Modelis, paremtas žinoma informacija apie Marso ašies pokyčius, prognozuoja ašigalinės kepurės sluoksnių storius, kurie puikiai atitinka stebimus. Visa kepurėje sukaupta anglies dvideginio masė yra beveik lygi Marso atmosferos masei, taigi sąveika tarp šių rezervuarų turi didžiulę įtaką Marso klimatui. Geresnis sąveikos supratimas leis daug nuodugniau nagrinėti Raudonosios planetos evoliuciją. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Baltųjų nykštukių planetų garavimas. Baltosios nykštukės – į Saulę panašių žvaigždžių liekanos – tik susiformavusios yra labai karštos, kartais jų paviršiaus temperatūra siekia net 100 tūkstančių laipsnių. Jos spinduliuoja palyginus daug ultravioletinių spindulių ir gali išgarinti aplinkines planetas. Šiuo metu žinoma ne viena nykštukė, kurios spektre matyti planetų liekanų; tai reiškia, kad prie nykštukės buvusios planetos subyrėjo arba išgaravo. Ne vieną kartą skaitmeniniais modeliais ištirta, kaip evoliucionuotų planetos-milžinės, esančios labai arti baltųjų nykštukių, ir nustatyta, kad jos garuotų tikrai sparčiai. O dabar pirmą kartą išnagrinėta, koks likimas laukia planetų, esančių toli nuo nykštukės, panašiu atstumu kaip planetos-milžinės Saulės sistemoje. Paaiškėjo, kad jos taip pat garuotų – panašiai sparčiai, kaip dujinės milžinės, esančios labai arti įprastų žvaigždžių. Dalis medžiagos, išgaravusios iš dujinių milžinių, pasieks ir pačią nykštukę bei taps jos atmosferos dalimi. Tai reiškia, kad po aštuonių milijardų metų ir daugiau, kai Saulė bus baltoji nykštukė, kitų civilizacijų astronomai galės aptikti Jupiterio, Saturno, Urano ir Neptūno egzistavimą šalia mūsų žvaigždės liekanos. Artimesnėje ateityje šis atradimas padės geriau suprasti ir tyrinėti planetines sistemas prie baltųjų nykštukių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ar gali žvaigždė tiesiog… išnykti? Ne baigdama savo gyvenimą ir ne sprogdama supernova, o tiesiog pradingti per keletą metų? Ne per seniausiai publikuotas straipsnis, kuriama tiriama viena tokia pranykusi žvaigždė; atrodo, kad ji per keletą metų tapo daug blausesnė ir raudonesnė. Taip pat, ištyrus du po daugiau nei 600 milijonų žvaigždžių turinčius katalogus, aptikti 150 tūkstančių, kurie stipriai išblėso ir nebuvo aptikti vėlesniuose stebėjimuose. Kas tai gali būti? Trumpalaikiai žybsniai, paryškinantys labai blausias žvaigždes iki aptinkamumo ribos? Kiti nepaaiškinti fizikiniai procesai? O gal galingų nežemiškų civilizacijų veiklos padariniai? Plačiau apie tai – savaitės filmuke iš John Michael Godier:

***

Erdvės iškreipimas šalia pulsaro. Bendroji reliatyvumo teorija prognozuoja, kad masyvūs objektai iškreipia erdvę aplink save. Jei objektas dar ir sukasi, kartu su juo pradeda suktis ir aplinkinė erdvė: dalelė, patekusi į tokį regioną, imtų skrieti ta pačia kryptimi, kuria sukasi masyvus kūnas. Šis sukimasis, vadinamas Lense-Thirring precesija, yra labai nežymus, todėl aptikti jį labai sudėtinga. 2015 metais tai padaryta Žemės orbitoje – labai tiksliai matuojant planetos gravitacinį lauką ir reliatyvistinius efektus, pavyko užfiksuoti ir precesiją. O dabar precesija įvertinta tolimai dvinarei sistemai, kurią sudaro pulsaras ir baltoji nykštukė. Pulsaras yra labai greitai aplink savo ašį besisukanti neutroninė žvaigždė, bet precesija išmatuota ne aplink ją, o aplink baltąją nykštukę. Pastaroji irgi sukasi gana greitai – nors yra Žemės dydžio, vieną ratą aplink savo ašį apsuka per mažiau nei 200 sekundžių. Pulsaras tokiems stebėjimams labai naudingas tuo, kad neutroninė žvaigždė sukasi labai tolygiai. Jei jo neveikia jokie pašaliniai veiksniai, pulsaro žybsniai mus pasiekia tiksliai vienodais intervalais. Bet kokie nuokrypiai nuo šio reguliarumo leidžia apskaičiuoti pašalinio poveikio pobūdį ir stiprumą. Ilgalaikiai šios dvinarės sistemos, PSR J1141-6545, stebėjimai parodė, kad jos orbita keičiasi – precesuoja šiek tiek panašiai, kaip Merkurijaus orbita aplink Saulę. Tačiau PSR J1141-6545 neturi planetų, kurios galėtų sukelti tokią stiprią precesiją, be to, orbita yra beveik apskritiminė, priešingai nei Merkurijaus. Taigi pagrindiniai efektai, galintys keisti orbitos konfigūraciją, yra žvaigždžių nesferiškumas ir baltosios nykštukės kuriama Lense-Thirring precesija. Įvertintas antrojo efekto stiprumas atitinka bendrosios reliatyvumo teorijos prognozę. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Grįžtamasis ryšys galaktikų spiečiuose. Aktyvūs galaktikų branduoliai (AGN) – supermasyvios juodosios skylės ir į jas krentančios dujos – turi didžiulį poveikį savo galaktikoms. Dujų išspinduliuojama energija sukuria čiurkšles arba vėjus, kurie gali išpūsti milžiniškus burbulus ir išstumti daugybę medžiagos lauk iš galaktikos. Tokie reiškiniai tyrinėjami jau beveik du dešimtmečius, bet daugybė klausimų dar lieka neatsakyti. Dabar pristatytas labai detalus tyrimas, kuriame nagrinėjama AGN paveiktų dujų evoliucija galaktikų spiečiuose. Spiečiuose dujos nesibaigia su galaktika – tarpgalaktinė erdvė irgi pilna karštų dujų, kurias AGN gali sujaukti. ALMA teleskopų masyvu daryti stebėjimai atskleidė, kad net dvylikoje spiečių aplink ryškiausias jų galaktikas matyti ne tik karštų dujų burbulai, bet ir šaltų molekulinių dujų srautai. Molekulinės dujos juda daug lėčiau, nei žvaigždės, ir jų greičio toli gražu nepakanka pabėgti iš galaktikų. Tai greičiausiai reiškia, kad dujos susiformavo iš sujauktų tarpgalaktinių dujų, šioms pradėjus sparčiai vėsti. Laikui bėgant molekulinės dujos turėtų nukristi atgal į galaktikas ir paspartinti jose žvaigždėdarą bei vėl pamaitinti juodąją skylę. Šis procesas – dujų vėsimas ir kritimas į galaktikas – yra svarbus galaktikų ir AGN bendros evoliucijos ciklo elementas. Teoriškai jis prognozuotas jau seniai, bet tokiu mastu aptiktas pirmą kartą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodųjų skylių susijungimo dažnumas. Gravitacinių bangų signalai, aptinkami maždaug kas savaitę, leidžia įvertinti, kaip dažnai Visatoje jungiasi dvinarės juodosios skylės. Bet tam, kad jos susijungtų, pirma tokia sistema turi susiformuoti. Tam reikia dvinarės žvaigždės, kuri nesuirtų abiem komponentėms sprogstant supernovomis, ir kad abi juodosios skylės suartėtų pakankamai arti viena kitos, kad per mažiau nei Visatos gyvenimo trukmę susijungtų dėl reliatyvistinių efektų. Naujame tyrime išnagrinėta, kokia dalis žvaigždžių atitinka šiuos kriterijus. Paaiškėjo, kad kiek mažiau nei 14% masyvių žvaigždžių turėtų kada nors susijungti kaip juodosios skylės – jei jų būtų daugiau, LIGO detektoriai būtų aptikę daugiau gravitacinių bangų įvykių. Taip pat nustatyta, kad ne daugiau nei 0,8% žvaigždžių gali susijungti kaip 60-120 kartų už Saulę masyvesnės juodosios skylės. Šis atradimas atitinka teorinę prognozę, kad tokios masės juodosios skylės neturėtų formuotis mirštant žvaigždėms. Iš šių skaičiavimų galima daryti išvadą, kad ankstyvojoje Visatoje juodųjų skylių susijungimų aptikti tikėtis neverta – tam turi praeiti nemažai milijardų metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Asteroido susidūrimas su Žeme gali netgi sunaikinti žmoniją. Nenuostabu, kad tokiam pavojui, kad ir kiek menkai tikėtinam, yra ruošiamasi – planuojamos misijos, modeliuojami asteroidų nustūmimo būdai. Praeitą savaitę paskelbti vieno tokio modelio patikrinimų rezultatai, parodę, kad jis tikrai gerai atkuria smūgių padarinius. Kiti susidūrimai, apie kuriuos galite perskaityti žemiau, labai įvairūs: nuo Saulės vėjo susidūrimo su tarpžvaigždine medžiaga iki daugybės juodųjų skylių susidūrimų ir susijungimų pirmykščių galaktikų centruose bei galaktinės čiurkšlės susidūrimo su aplinkinėmis dujomis. Kitose naujienose – Urano atmosferos pabėgimas ir debesuotos egzoplanetos, dvinarių žvaigždžių cikliška evoliucija ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Asteroidų nustūmimo modelių patikrinimas. Asteroido smūgis į Žemę gali sukelti globalią katastrofą. Vienas iš būdų nuo jos apsisaugoti – pakeisti pavojingo asteroido orbitą, kol jis dar yra toli nuo Žemės. Bet tokia misija irgi nelengva: prastai įvykdyta, ji gali sukelti dar didesnę katastrofą, pavyzdžiui, jeigu asteroidas ne pakeis orbitą, o subyrės į gabalus, kurie kiekvienas vis tiek skris Žemės link. Šiuo metu NASA po truputį planuoja pirmąjį asteroido pastūmimo bandymą – misiją DART, kuri turėtų būti paleista 2021 metų vasarą. Bet apskritai daryti eksperimentų su realiais asteroidais nelabai įmanoma, todėl reikia pasikliauti skaitmeniniais modeliais. Modeliai, žinoma, yra tiek geri, kiek geros mūsų žinios apie asteroidų savybes. Taigi modelius reikia patikrinti. Naujame tyrime pristatomas vienas toks patikrinimas: geriausias dabartinis asteroidų struktūros modelis panaudotas atkurti laboratorinių eksperimentų, kuriuose į bazalto taikinį buvo šaunamos kulkos, rezultatus. Kaip ir buvo galima tikėtis, paaiškėjo, kad modelio rezultatai labai priklauso nuo pasirinktos taikinio medžiagos, įtempties bei tvirtumo parametrų. Tačiau parinkus teisingus parametrus modelio suskaičiuotas šūvio poveikis puikiai atitinka eksperimento rezultatus. Taigi modelį galima naudoti ir tikrų asteroidų nagrinėjimui. Skaičiavimai gali pasitarnauti ne tik DART misijai, bet ir bandant suprasti asteroidų šeimų – grupių, susidariusių subyrėjus didesniam motininiam kūnui – kilmę. Tyrimo rezultatai publikuojami Earth and Space Science.

***

Urano atmosferos pabėgimas. Kiekviena planeta po truputį praranda atmosferą. Procesą valdo įvairūs, daugiausiai magnetiniai, reiškiniai: Saulės vėjo sąveika su magnetosfera. Pastaroji kartais apsaugo atmosferą nuo Saulės vėjo poveikio, o kartais pati gali prisidėti prie dujų pabėgimo. Taip, pavyzdžiui, vyksta Jupiteryje ir Saturne – jų magnetinis laukas kartais susisuka tiek, kad dalis jo atplyšta ir nulekia tolyn, kartu nusinešdama daugybę jonizuotų dujų. Dabar analogiškas reiškinys, vadinamas plazmoidu, aptiktas Urane. Atradimą mokslininkai padarė visai netikėtai, analizuodami trijų dešimtmečių senumo Voyager 2 duomenis. 1986 metais skrisdamas pro planetą, zondas net 45 valandas matavo įvairias jos savybes, darė daugybę nuotraukų. Vienas iš matavimų buvo magnetinio lauko stiprumas ir kryptis. Anksčiau analizuojant šiuos duomenis, jie buvo grupuojami aštuonių minučių intervalais, o dabar išnagrinėtas jų kitimas vos dviejų sekundžių žingsniais. Ir vienoje vietoje pastebėtas magnetinio lauko sustiprėjimas bei susilpnėjimas, šiek tiek panašūs į širdies tvinksnį kardiogramoje. Būtent taip atrodytų plazmoidas, jei Voyager 2 būtų praskridęs tiesiai pro jį. Žinodami zondo judėjimo parametrus, mokslininkai nustatė, kad plazmoidas buvo 400 tūkstančių kilometrų skersmens ir 200 tūkstančių kilometrų ilgio cilindras, kuriame magnetinis laukas išsidėstęs gana tvarkingai. Tai pirmasis įrodymas, kad plazmoidai egzistuoja ir ledinių milžinių magnetosferose. Tyrėjai skaičiuoja, kad plazmoidai gali būti atsakingi už 15-55% Urano atmosferos netekimo, daugiau nei Jupiteryje ar Saturne. Tiesa, aptikus vos vieną plazmoidą sunku daryti gilesnes išvadas, bet daugiau duomenų sulauksime tikrai negreit; net jei artimiausiu metu bus patvirtinta misija Urano tyrimams, jai paruošti ir nuskristi iki tolimos planetos prireiks gerokai daugiau nei dešimtmečio. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Ankstyvi neramumai Saulės sistemoje. Tik susiformavusi Saulės sistema atrodė gerokai kitaip, nei dabar. Didžiųjų planetų orbitos buvo arčiau žvaigždės, o už Neptūno driekėsi didžiulis nuolaužų, likusių po planetų formavimosi, diskas. Vėliau planetos numigravo tolyn, o nuolaužos buvo išbarstytos. Dalis jų pataikė ir į Žemę bei Mėnulį. Ilgą laiką buvo manoma, jog migracija vyko praėjus daugiau nei pusei milijardo metų po planetų atsiradimo – šis įvykis vadintas Vėlyvuoju stipriuoju bombardavimu (Late Heavy Bombardment). Bet pastaruoju metu nauja Apollo astronautų pargabentos Mėnulio medžiagos analizė parodė, kad greičiausiai bombardavimas vyko gerokai anksčiau. Naujame tyrime skaitmeniniais modeliais parodyta, kad vėlyvas bombardavimas yra tikrai labai menkai tikėtinas. Tyrėjai išnagrinėjo, kaip vystosi Saulės sistema, pradedant nuo būsenos, kai Jupiteris ir Saturnas jau susiformavę, o Uranas ir Neptūnas – dar ne. Ankstesniuose tyrimuose būdavo nagrinėjama jau susiformavusių planetų orbitų evoliucija. Paaiškėjo, kad Uranas ir Neptūnas užaugti gali tik tokiu atveju, jei nuolaužų diskas prasideda gana arti už Neptūno orbitos. Tuomet disko gravitacija destabilizuoja keturių didžiųjų planetų orbitas per mažiau nei šimtą milijonų metų, o tai paskatina planetų migraciją ir nuolaužų išmėtymą. Pasitaiko netgi tokių atvejų, kai planetos jau susiformuoja nestabiliose orbitose ir migruoti ima vos per kelis milijonus metų. Sukurti konfigūraciją, kurioje keturios planetos išliktų stabiliose orbitose daugiau nei pusę milijardo metų įmanoma tik tada, jei Jupiteris migruoja labai arti prie Saulės, bet tokiu atveju menkai tikėtinas artimųjų uolinių planetų išgyvenimas. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Heliosferos forma. Saulės vėjas aplink ją išpučia burbulą, vadinamą heliosfera. Burbulo kraštus riboja zona, kur tarpžvaigždinės medžiagos slėgis sustabdo vėjo plitimą. Saulė juda Galaktikoje, pati tarpžvaigždinė medžiaga taip pat įvairiai juda, todėl skirtingomis kryptimis burbulas yra nevienodo dydžio. Ilgą laiką buvo manoma, kad heliosferos forma primena kometą – judėjimo kryptimi kraštas apvalus, o priešinga tęsiasi ilga uodega. Bet pastaraisiais metais atlikti stebėjimai šį vaizdą pakeitė gana radikaliai, o dabar pristatytas detaliausias heliosferos formos modelis. Skaitmeniniame modelyje pirmą kartą įvertinta, kad heliosferos pakraštyje egzistuoja dvi elektringų dalelių populiacijos. Pirmoji atlekia iš Saulės – tai yra tiesiog gerokai sulėtėjęs Saulės vėjas. Antroji sudaryta iš dalelių, kurios, būdamos neutralios, pateko į heliosferą iš tarpžvaigždinės erdvės ir tada buvo jonizuotos. Jų energija gali būti šimtus ar net tūkstančius kartų didesnė, nei Saulės vėjo. Šie jonai sudaro pagrindinį slėgį heliosferos pakraštyje, bet jų energijos nuostoliai dėl sąveikos su tarpžvaigždine medžiaga sumažina ir išlygina visą heliosferą. Taigi jos forma yra artimesnė rutuliui, nors ir netaisyklinga. Heliosfera, sprendžiant pagal šį modelį, turi netgi dvi uodegas, bet jos yra neilgos ir nukreiptos daugmaž ta pačia kryptimi. Visa jos forma primena kruasaną. Šis atradimas padės geriau suprasti ne tik Saulės sistemos pakraščiuose vykstančius procesus, bet ir kitas žvaigždes gaubiančius burbulus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Žemiškų planetų atmosferų modeliai. Atrandant vis daugiau egzoplanetų, gausėja ir jų savybių tyrimai. Pagrindinis būdas nagrinėti konkrečią egzoplanetą yra jos atmosferos spektro matavimas – jei planeta reguliariai praskrenda tarp mūsų ir savo žvaigždės, stebime užtemimus, kurių metu galima išmatuoti, kiek žvaigždės spinduliuotės sugeria įvairios planetą gaubiančios dujos. Per artimiausius keletą metų atsiras teleskopai, kurie galės reguliariai matuoti į Žemę panašių egzoplanetų atmosferų savybes. Taigi svarbu suprasti, kaip šiuos stebėjimų duomenis interpretuoti. Naujame tyrime pristatytas atmosferos spektras, kurį gautų toli esantis stebėtojas, nukreipęs teleskopą į Žemę įvairiais jos evoliucijos etapais. Iš viso tyrėjai apskaičiavo penkis Žemės atmosferos modelius: 3,9 milijardo metų senumo, t. y. prieš atsirandant gyvybei; 3,5 milijardo metų senumo, kai gyvybė jau egzistavo, bet dar nebuvo deguonies; ir tris, atitinkančius deguonies kiekio augimą atmosferoje nuo 0,2% iki šiandieninių 21%. Deguonis ir kiti biopėdsakai – dujos, žyminčios gyvybės egzistavimą – Žemės atmosferoje išryškėjo prieš du milijardus metų, taigi maždaug tiek laiko stebėtojai iš kitų planetinių sistemų turėjo galimybę nustatyti, kad čia egzistuoja biosfera. Šie modeliai padės geriau planuoti artimiausių metų egzoplanetų stebėjimų programas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Debesų įtaka egzoplanetų stebėjimams. Uolinės egzoplanetos, kurių paviršiaus temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti, yra įdomiausios vietos gyvybės paieškoms už Saulės sistemos ribų. Patogiausia tokias planetas tyrinėti prie mažų žvaigždžių – raudonųjų nykštukių. Nykštukių planetos yra labai arti savo žvaigždžių, todėl dažnai matome tranzitus ir galime surinkti daug informacijos; be to, mažesnis žvaigždės spindulys reiškia, kad tranzitas yra „gilesnis“ – planeta užstoja didesnę dalį žvaigždės šviesos – todėl lengviau įžiūrėti spektro pokyčius. Būtent spektro pokyčiai leidžia nustatyti planetos atmosferos sudėtį, pavyzdžiui aptikti vandens garus. Bet tam sutrukdyti gali debesys. Naujame tyrime išnagrinėta, kiek debesys apsunkina vandens garų aptikimą uolinėse planetose, esančiose prie raudonųjų nykštukių. Pasinaudodami detaliu planetų klimato modeliu, tyrėjai išnagrinėjo, kokia turėtų nusistovėti pusiausvyra atmosferos sandara vandens turinčiose planetose, kurių viena pusė visada atsukta į žvaigždę – tokia konfigūracija labiausiai tikėtina arti prie žvaigždės esančioje planetoje. Pasirodo, tokių planetų dieninėje pusėje klimatas panašus į tropikų, taigi ten vanduo sparčiai garuoja ir kaupiasi storas debesų sluoksnis, kuris pasklinda visoje planetoje. Debesys užstoja didžiąją dalį atmosferos, todėl aptikti vandens garų signalą tampa 10-100 kartų sunkiau, nei tuo atveju, jei debesų nebūtų. Ypač stipriai poveikis pasireiškia planetoms, kurių orbitos periodas ilgesnis, nei 12 Žemės parų. Tyrėjai įvertino James Webb kosminio teleskopo galimybes stebėti planetų tranzius: jei be debesų vandens garus galima aptikti pamačius vos 10 planetos tranzitų, taigi per mažiau nei metus, debesuotą planetą išnagrinėti gali reikėti 100-1000 tranzitų, o tiek jų neįvyks per visą planuojamą misijos laiką. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Besiformuojančių planetų poveikis diskams. Aplink jaunas žvaigždes egzistuoja dulkių ir dujų diskai, kuriuose formuojasi planetos. Planeta, užaugusi iki pakankamos masės, išstumdo dalį disko medžiagos ir atveria jame mažo tankio tarpą. Tarpus randame daugelyje protoplanetinių diskų, tačiau juos gali sukurti ir kitokie efektai, pavyzdžiui žvaigždės spinduliuotės sąveika su įvairiais cheminiais junginiais. Taigi vien matydami tarpą, negalime būti tikri, ar ten yra ir besiformuojanti planeta. O štai pamatyti augančią planetą – gerokai sunkiau; kol kas tą padaryti pavyko tik vieną kartą. Naujame tyrime mokslininkai pabandė aptikti planetas kitokiu būdu – ieškodami jų gravitacijos poveikio aplinkinėms disko dujoms. Tam jie pasirinko 18 protoplanetinių diskų su tarpais, kurių detalūs stebėjimai atlikti naudojant submilimetrinių bangų teleskopų masyvą ALMA. Aštuoniuose diskuose aptikti lokalūs dujų judėjimo nukrypimai nuo trajektorijų, kuriomis jos turėtų judėti veikiamos vien žvaigždės gravitacijos. Tai greičiausiai reiškia, kad dujas perturbuoja nedidelis masyvus kūnas – planeta. Viename diske aptiktos net dvi perturbacijos. Pagal dujų orbitų nuokrypio stiprumą galima įvertinti ir planetos masę – bent viename diske ji siekia dujinių milžinių lygį, taigi tikėtina, kad ją būtų įmanoma įžiūrėti ir tiesiogiai. Šie rezultatai nėra tvirtas įrodymas, kad planetos tikrai egzistuoja; pavyzdžiui, tai gali būti tiesiog matavimų paklaidos. Iš kitos pusės, visos devynios hipotetinės planetos yra tarpuose arba diskuose matomų spiralinių vijų galuose, kitaip tariant, būtent ten, kur jų ir tikėtumėmės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Oriono žvaigždynas, arba Septyni Šienpjoviai, yra vienas lengviausiai atpažįstamų nakties danguje. Taip pat jame matomas vienas artimiausių žvaigždėdaros regionų – Oriono ūkas. Bet ten taip pat yra daugybė kitų ūkų, kurie puikiai atsiskleidžia šiame montaže. Didesnį vaizdą be anotacijų rasite čia.

***

Ilgalaikė novų evoliucija. Dvinarėse žvaigždėse, kuriose vienas objektas yra baltoji nykštukė, kartais stebimi novų sprogimai: termobranduolinių reakcijų sukeliami žybsniai, kurių metu nykštukė sušvinta 100 tūkstančių ar net milijoną kartų ryškiau, nei Saulė. Įdomu, kad taip elgiasi toli gražu ne visos dvinarės; netgi atsirinkus sistemas, kurių orbitos periodas ar komponenčių masė ir amžius atitinka novomis pasižyminčių sistemų savybes, tikrai ne visada randame sprogimų požymių. Prieš beveik keturis dešimtmečius buvo iškelta mintis, kad galbūt tokios dvinarės žvaigždės turi ilgą, galimai ciklišką, evoliucijos kelią: kartais jos gali sužibti kaip novos, bet didelę dalį laiko praleidžia „miegodamos“ ir nesproginėdamos. Dabar naujais detaliais skaitmeniniais modeliais ši idėja patvirtinta. Mokslininkai išnagrinėjo daugybės dvinarių sistemų, susidedančių iš baltosios nykštukės ir kompanionės, evoliuciją per milijardus metų. Paaiškėjo, kad novos sprogimas paveikia kompanionę ir pristabdo medžiagos pernašą iš jos į baltąją nykštukę. Po novos sprogimo kurį laiką pernaša silpsta ir sistema tampa „nykštukine nova“ – joje vyksta žybsniai diske aplink baltąją nykštukę, bet ne pačioje nykštukėje. Šie žybsniai galiausiai išvis sustabdo kompanionės medžiagos kritimą ir žvaigždės nustoja sąveikauti. Po kurio laiko medžiagos kritimas prasideda iš naujo, vėl ima kilti nykštukinės novos, o galiausiai ir tikros novos. Vidutiniškai vienas ciklas nuo novos iki novos užtrunka apie šimtą tūkstančių metų. Tiesa, kol sistema yra jauna – netrukus po baltosios nykštukės atsiradimo – novų sprogimai vyksta dažniau, vėliau vis retėja. Taigi didžioji dalis stebimų novų sprogimų vyksta jaunose dvinarėse sistemose. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Jaunų čiurkšlių stumiamos dujos. Daugelis aktyvių galaktikų turi čiurkšles – labai greitus siaurus medžiagos srautus, lekiančius tolyn nuo centrinės juodosios skylės prieigų. Pataikiusios į tarpžvaigždines dujas, čiurkšlės gali jas nustumti ir suspausti, taip paveikdamos galaktikos evoliuciją. Kai kuriose galaktikose ši sąveika matoma: dujos, esančios arti čiurkšlės, pasižymi pastebimai kitokia temperatūra ar tankiu, nei likusios. Dabar pristatyti stebėjimų rezultatai, parodantys pačią sąveikos pradžią labai tolimoje galaktikoje. Galaktikos MG J0414+0534 šviesa iki mūsų keliauja 11 milijardų metų, bet pakeliui ją iškreipia arčiau esanti galaktika, todėl atvaizdą matome gerokai didesnį ir ryškesnį. Tai leido labai detaliai ištirti dujų debesų padėtis ir savybes. Taip pat galaktikoje yra dvi čiurkšlės, kurių galai nuo centrinės juodosios skylės nutolę maždaug 60 parsekų – labai nedaug, palyginus su visos galaktikos dydžiu. Aplink jas esančios šaltos dujos juda maždaug 600 km/s greičiu. Tai toli gražu neprilygsta čiurkšlės greičiui, kuris beveik siekia šviesos greitį, tačiau gerokai viršija tipinį dujų judėjimo greitį galaktikose. Taigi akivaizdu, kad čiurkšlė paveikia aplinkines dujas ir šis poveikis prasideda vos tik čiurkšlė ima veržtis iš juodosios skylės prieigų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pirmųjų juodųjų skylių formavimasis. Šiuo metu žinoma, kad Visatai esant vos 700 milijonų metų amžiaus, joje jau egzistavo daugiau nei milijardą kartų už Saulę masyvesnės juodosios skylės. Kaip jos galėjo užaugti iki tokių didelių masių per palyginus trumpą laiko tarpą – nežinia, nors hipotezių esama įvairių. Jas galima suskirstyti į dvi grupes: vienos kalba apie tai, kaip juodosios skylės, susidariusios po pirmųjų žvaigždžių sprogimų, galėjo labai efektyviai ryti dujas ir taip užaugti nuo kelių dešimčių iki milijardo Saulės masių, o kitos nagrinėja galimybes juodosioms skylėms susiformuoti iškart kelių šimtų tūkstančių Saulės masių arba iki tokios masės užaugti ne ryjant dujas. Dabar pristatyta dar viena hipotezė apie galimą juodųjų skylių augimą ne ryjant dujas. Naujasis modelis remiasi žvaigždinių juodųjų skylių – tų, kurios atsiranda mirus masyviai žvaigždei – sąveika su dujomis galaktikoje. Dujos stabdo juodosios skylės judėjimą ir verčia ją „nukristi“ į galaktikos centrą. Daug dujų turinčioje galaktikoje – o pirmosios galaktikos buvo būtent tokios – gana greitai centre gali prisikaupti labai daug juodųjų skylių, kurios susijungia į vieną. Tokiu būdu per kelias dešimtis milijonų metų centre gali susiformuoti iki milijono kartų už Saulę masyvesnė juodoji skylė. Tokiam objektui užaugti iki milijardo Saulės masių per kelis šimtus milijonų metų nėra sudėtinga. Tyrėjai teigia, kad jų modelis turėtų veikti ne tik pirmosiose, bet ir vėliau egzistavusiose daug dujų turinčiose galaktikose. Tokiu atveju jį būtų galima patikrinti gravitacinių bangų stebėjimais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės dažniausiai sukasi aplink savo ašį. Sukimasis iškreipia aplinkinę erdvę – ji taip pat ima suktis. Teoriškai šį sukimąsi įmanoma būtų panaudoti kaip variklį. Be to, besisukančios juodosios skylės gali netgi suformuoti kirmgraužas į kitas visatas ar Visatos dalis. Daugiau apie jas žiūrėkite PBS Space Time siužete:

***

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

Laiqualasse

Gyvenimas šalia žvaigždės nėra toks jau lengvas – nors ji teikia mums šviesą ir šilumą, Saulės vėjas gali pakenkti elektronikai ir ypač palydovams, o ką jau kalbėti apie žmonių skrydžius į kosmosą. Taigi bandymai geriau suprasti Saulės elgesį svarbūs ne tik kosmoso tyrimams, bet ir kasdieniam mūsų gyvenimui. Praeitos savaitės naujienose tokių bandymų – ne vienas: rasite žinių ir apie naujo kosminio teleskopo planus, ir apie prognozes artimiausiam Saulės aktyvumo ciklui, ir Saulės vėjo tankio variacijų skaičiavimų. Kitose naujienose irgi yra sąsajų su Saule: jos šviesa po truputį ardo tarpžvaigždinę kometą 2I/Borisov. Iš tolimesnio kosmoso – Paukščių Tako formavimosi istorija, blazaro spinduliuotės kintamumo tyrimai ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Kombinuotas šešių palydovų teleskopas. Saulės aktyvumas pasireiškia žybsniais ir vainikinės masės išmetimo reiškiniais, kurių metu išspjaunami didžiuliai plazmos burbulai. Dalis plazmos būna stipriai įgreitinama ir, pasiekusi Žemę, sukelia geomagnetines audras. Deja, kol kas mokslininkai negali pasakyti, kuri dalis pagreitinama ir kokiu būdu, o iš Žemės šio proceso stebėti neįmanoma, nes greitinant išspinduliuojamų radijo bangų nepraleidžia planetos jonosfera. Taigi stebėjimams reikėtų kosminio radijo teleskopo, tik kyla problema, nes šie teleskopai turi būti daug didesni, nei regimųjų spindulių, o iškelti didžiulę radijo anteną būtų labai sudėtinga. Praeitą savaitę NASA pristatė kitokią misiją – šešių mažyčių palydovų flotilę, kurie, sujungti į vieną sistemą, veiktų kaip 10 kilometrų skersmens teleskopas. Saulės radijo interferometrijos kosminis eksperimentą (Sun Radio Interferometry Space Experiment, arba trumpiau SunRISE) sudarantys palydovai bus maždaug virdulio dydžio ir skraidys išsidėstę maždaug 10 kilometrų atstumu vienas nuo kito, 35 tūkstančių kilometrų atstumu nuo Žemės – šiek tiek toliau, nei geostacionari orbita. Jie galės stebėti Saulės žybsnius ir iš jų sklindančias aukšto dažnio radijo bangas, kurios sklinda medžiagai sąveikaujant su magnetiniais laukais. Būtent tokia sąveika turėtų įgreitinti išmestą plazmą iki didžiulių energijų, keliančių pavojų erdvėlaiviams ir žmonėms. Misiją planuojama paleisti į kosmosą 2023 metų vasarą.

***

Saulės vėjo tankio variacijos. Saulės vėjas nėra visiškai tolygus: jis išmetamas iš pavienių regionų žvaigždės paviršiuje, juda sąveikaudamas su magnetiniu lauku – visa tai sukuria sutankėjimų ir praretėjimų. Geriau suprasdami jų mastą, astronomai galėtų geriau prognozuoti Saulės audras ir jų poveikį Žemei. Vienas būdas nustatyti tankio variacijas – stebėti, kaip sklinda žemo dažnio radijo bangos iš nedidelių, bet stiprių sprogimų, vadinamų III tipo žybsniais. Tokie žybsniai įvyksta, kai ypatingai aukštos energijos elektronai sąveikauja su aplinkiniu magnetiniu lauku. Jų skleidžiami radijo spinduliai juda ne visiškai tiesiai, o išsikreipia dėl plazmos tankio netolygumų; iškreipimai priklauso nuo dažnio. Taigi žinodami, kaip vystosi skirtingo dažnio žybsnių spinduliuotė, galime įvertinti ir medžiagos tankio skirtumus. Būtent tai dabar padaryta, remiantis Parker Solar Probe duomenimis. Zondas, priartėjęs arčiau prie Saulės, nei bet koks kitas žmonių sukurtas prietaisas, surinko daug anksčiau nepasiekiamų duomenų apie III tipo žybsnių evoliuciją arti Saulės. Paaiškėjo, kad 1-10 MHz dažnio spinduliuotė kinta daug tolygiau, nei žemesnio dažnio bangos, kurias anksčiau išmatavo Žemės atstumu aplink Saulę skriejanti observatorija STEREO. Pokyčio dažnis – 1 MHz – sutampa su charakteringu Saulės vėjo plazmos dažniu ties maždaug aštuoniais Saulės spinduliais, o toje vietoje Saulės vėjo greitis tampa didesnis už magnetinio lauko kuriamų bangų, vadinamų Alfveno bangomis, greitį. Palyginę stebėjimų duomenis su žybsnių spinduliuotės sklidimo modeliai tyrėjai įvertino, kad ties aštuoniais Saulės spinduliais plazmos tankio netolygumai siekia apie 10%. Arčiau Saulės jie didesni – ties 2,5 Saulės spindulio siekia 22%, – o ties 36 spinduliais – tik 6-7%. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Naujo Saulės ciklo pradžia? Saulė gali atrodyti kaip nekintantis ir patikimas šviesos bei šilumos šaltinis, bet iš tiesų joje nuolat vyksta pokyčiai. Pagrindinis iš jų yra 11 metų trukmės aktyvumo ciklas, geriausiai matomas pagal dėmių skaičių žvaigždės paviršiuje. Ciklo maksimumo metu Saulės diskas nusėtas tamsiais regionais, o per minimumą jų gali ir visiškai nebūti. Šiuo metu Saulė kaip tik yra minimume – baigiasi 24-asis ciklas, kurie numeruojami nuo detalių matavimų pradžios XVIII amžiaus viduryje. Kai kurie mokslininkai prognozuoja, kad kaip tik dabar – balandžio mėnesį – prasideda 25-asis ciklas. Anksčiau daryti tokias prognozes neturėjome jokių galimybių, bet per pastarąjį dešimtmetį žinios apie Saulę gerokai išsiplėtė, atsirado naujų kosminių ir antžeminių teleskopų, kurie padeda daug geriau suprasti jos elgesį. Aišku, ir šios prognozės yra tik apytikrės, bet jas bus galima netrukus patikrinti. Jau po metų bus aišku, kada baigėsi 24 ciklas ir prasidėjo 25-as, o dešimtmečio viduryje bus galima išmatuoti ir maksimalų Saulės dėmių skaičių. Dabartinė tyrėjų prognozė yra 115 plius-minus 10 dėmių vienu metu, o pikas turėtų būti pasiektas 2025-ųjų vasarą. Geresnis supratimas apie Saulės aktyvumą ir tikslesnės prognozės leis geriau pasiruošti kosmoso misijoms, ypač toms, kuriose dalyvaus žmonės.

***

Specialiosios reliatyvumo teorijos patikrinimas. Specialioji reliatyvumo teorija teigia, kad šviesos greitis yra visuotinė konstanta ir kad visi fotonai vakuume juda tokiu pačiu greičiu. Kol kas šis postulatas atlaikė visus patikrinimus. Bet tai nereiškia, kad jis yra absoliučiai teisingas – gali būti, jog labai aukštos energijos dalelės ima judėti greičiau už šviesą. Egzistuoja modelių, aprašančių tokius nukrypimus nuo reliatyvumo teorijos; jie teigia, kad tokiu atveju net ir gerokai mažesnės energijos fotonai turėtų skilti, pavyzdžiui pasidalinti į žemesnės energijos gama fotonus arba į elektronų-pozitronų poras. Jei toks procesas vyktų, labai aukštos energijos fotonai galėtų sklisti tik ribotą nuotolį ir, išspinduliuoti tolimuose objektuose, Žemės nepasiektų. Taigi energingiausi Žemėje aptinkami iš kosmoso atkeliavę fotonai apriboja ir galimas energijas, ties kuriomis gali atsirasti nukrypimų nuo reliatyvumo teorijos. Anksčiau energingiausių žinomų fotonų energija siekė kelias dešimtis teraelektronvoltų – apie 10 trilijonų kartų didesnė, nei regimųjų spindulių. Naujame tyrime pristatyti stebėjimai, kuriais pasiektos dar kone dešimt kartų didesnės energijos. Tokie energingi fotonai aptikti naudojant Meksikos kalnuose įrengtą detektorių HAWC, arba Didelio aukščio vandens Čerenkovo (High-Altitude Water Cherenkov) observatorija. Čerenkovo spinduliuotę sukelia dalelės, judančios greičiau už šviesą kokioje nors medžiagoje – HAWC atveju, tai yra vanduo. Labai energingi fotonai, sąveikaudami su vandens molekulėmis, išmuša ypatingai energingus elektronus ar protonus, o šie kurį laiką juda greičiu, didesniu nei šviesos greitis vandenyje. Kylančią spinduliuotę užfiksuoja jutikliai, o iš šių duomenų galima apskaičiuoti ir pirminio fotono energiją. HAWC neseniai buvo aptikti fotonai, kurių energija viršija šimtą teraelektronvoltų. Jų šaltiniai – ūkai mūsų Galaktikoje ir gama spindulių žybsniai toli už Paukščių Tako ribų. Žinant, kad tokie fotonai egzistuoja ir gali atsklisti iš taip toli, apskaičiuota, jog specialioji reliatyvumo teorija galioja bent iki elektronvoltų energijos. Ši energija šimtą kartų didesnė, nei ankstesnė riba, ir beveik 2000 kartų viršija Planko energiją – teoriškai apskaičiuotą maksimalią energiją, kurią galėtų turėti viena elementarioji dalelė. Taigi specialioji reliatyvumo teorija, atrodo, tikrai galioja visais atvejais, kuriuos įmanoma ištirti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Senovinio Marso vandens kilmė. Senovėje Marse buvo daug vandens – tekėjo upės, plytėjo ežerai ir jūros. Dabar ten vandens vis dar yra, bet gerokai mažiau, ir jis sustingęs į ledą arba slypi giliai po paviršiumi. Visgi net ir nedidelius vandens kiekius galima ištirti ir bandyti išsiaiškinti jų kilmę. Ilgą laiką buvo sunku suprasti, kaip vystėsi Marso vandens rezervuarai, nes stebėjimai bei meteoritų tyrimai davė daug įvairių deuterio ir pročio santykių verčių. Deuteris (D) yra sunkesnė vandenilio atmaina, branduolyje turinti vieną protoną ir vieną neutroną; pročiu (H) vadinamas dažniausiai pasitaikantis vandenilis, kurio branduolį sudaro tik pavienis protonas. Skirtingi vandens šaltiniai – kometos, asteroidai, pirmykštis protoplanetinis diskas – turi skirtingas D/H vertes, taigi jas žinodami galime įvertinti, iš kur planetoje atsirado vanduo. Naujame tyrime išanalizuotos vandens molekulės, prikibusios prie mineralų dviejuose iš Marso atskridusiuose meteorituose. Jų amžius – išmetimo iš Marso laikas – datuojamas 3,9 ir 1,5 milijardo metų. Paaiškėjo, kad abiejų meteoritų D/H santykis yra labai panašus. Be to, santykis artimas šiandieninių Marso paviršiaus uolienų santykių vidurkiui ir tik truputį aukštesnis, nei Žemės uolienų. Tuo tarpu Marso atmosferoje D/H yra apie penkis kartus aukštesnis, greičiausiai todėl, kad lengvesni vandenilio izotopai lengviau pabėga į kosmosą. Ilgą laiką buvo manoma, kad paviršiaus uolienų D/H santykiai skiriasi būtent dėl sąveikos su atmosfera, tačiau tokiu atveju būtų galima tikėtis, kad senesnėse uolienose D/H bus reikšmingai žemesnis, nei šiandieninėse. Jei ne šis, tuomet koks procesas galėtų paaiškinti stebimą sklaidą? Tyrėjai išnagrinėjo turimą informaciją apie Marso uolienas ir pastebėjo, kad dviejų tipų vulkaninėse uolienose D/H santykis reikšmingai skiriasi. Vieno tipo uolienos, vadinamos praturtintas šergotitais turi daugiau vandens ir aukštesnį D/H, o kito tipo – nuskurdinti šergotitai – ir vandens turi mažiau, ir D/H jose mažesnis. Vulkaninės uolienos iškyla iš mantijos, taigi jos atspindi mantijos medžiagą. Panašu, kad mantijoje yra du skirtingi vandens rezervuarai, ir nevienodi jų mišiniai skirtingose paviršiaus vietose sukuria skirtingus D/H santykius. Taigi Marsas vandenį greičiausiai gavo iš dviejų šaltinių, galbūt kometų (kurių D/H aukštesnis, nei Žemės) ir asteroidų (kurių D/H panašus į Žemės). Kartu tai reiškia, kad Marso paviršius po vandens atnešimo į planetą nebuvo visas išsilydęs, nes tokiu atveju rezervuarai būtų susimaišę į vientisą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Tarpžvaigždinė kometa byra. Pernai rugpjūtį aptikta tarpžvaigždinė kometa 2I/Borisov po truputį byra. Kovo paskutinėmis dienomis darytose Hablo teleskopo nuotraukose matyti, kad kometos branduolys pasidalino į dvi panašaus šviesumo dalis; savaite anksčiau darytoje nuotraukoje jis dar buvo vientisas. Tai greičiausiai nereiškia, kad branduolys iš tiesų skilo į du vienodus gabalus; paprastai, kometai byrant, atskilusios dalys yra daug šviesesnės už likusį branduolį, nes skilimo vietoje atsiveria daug ledo, kuris garuodamas išmeta dulkes, o būtent pastarųjų atspindimą šviesą ir mato Hablas. Taigi labiausiai tikėtina, kad kometa prarado tik kelis procentus branduolio masės. Tiksliau nustatyti atskilusio fragmento dydį bus galima per artimiausias savaites, stebint, kaip jis tolsta nuo pagrindinės kometos dalies. Bet kuriuo atveju tai yra įdomu, nes dabar atsiranda galimybė pasižiūrėti į gilesnius kometos sluoksnius, nei paviršiniai, kurie milijonus metų buvo veikiami tarpžvaigždinės medžiagos. Kometa šiuo metu jau tolsta nuo Saulės; arčiausiai ji priartėjo gruodžio pradžioje.

***

Neonas paspartina žvaigždžių sprogimus. Žvaigždės, kurių masė viršija aštuonias Saulės mases, gyvenimus baigia supernovų sprogimais. Jei žvaigždės masė yra 8-10 Saulės masių, prieš pat sprogimą jos branduolys yra sudarytas iš deguonies, neono ir magnio, kuriuos nuo susitraukimo sulaiko kvantiniai efektai, o ne šiluminis slėgis. Kažkuriuo metu šis balansas yra sutrikdomas, branduolys ima trauktis, jame prasideda tolesnės termobranduolinės reakcijos ir įvyksta sprogimas. Bet nežinia, ar sprogimui daugiau energijos suteikia žvaigždės branduolio kolapsas – gravitacinio ryšio energijos išlaisvinimas, – ar termobranduolinės reakcijos. Naujame tyrime bandoma atsakyti į šį klausimą, remiantis labai detaliais skaitmeniniais modeliais. Jau seniai žinoma, kad branduolio balansą sutrikdo elektronai, kuriuos pagauna magnio ir neono branduoliai. Tada jie virsta lengvesnių elementų nestabiliais branduoliais ir skyla, išskirdami energijos. Naujuose modeliuose elektronų pagavimas įvertintas tiksliau – neonas elektronus pagauna efektyviau, nei manyta iki šiol. Taip pat įskaičiuota konvekcijos įtaka deguonies termobranduolinėms reakcijoms. Nustatyta, kad tankis žvaigždės centre, prasidedant deguonies degimo reakcijoms, gali būti labai didelis – maždaug 12,5 milijardo gramų į kubinį centimetrą. Energijos išskyrimo skaičiavimai rodo, kad branduolio kolapsas į neutroninę žvaigždę yra spartesnis už termobranduolines reakcijas, kai centrinis tankis viršija 10,2 milijardo gramų į kubinį centimetrą. Taigi šiuo atveju kad kolapsas yra svarbesnis energijos šaltinis, nei termobranduolinės reakcijos. Tiesa, modelyje ištirta tik 8,4 Saulės masės žvaigždės evoliucija, taigi truputį kitokios masės žvaigždėms rezultatas gali būti ir kitoks. Be to, didelę įtaką rezultatams turi sunkiai prognozuojamas konvekcijos procesas, tad vertingi ir tolesni jo įtakos tyrimai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos centras – turbūt įdomiausia vieta visame Paukščių Take. Ji yra tikrai išskirtinis objektas, kurį turėtų stebėti ir tyrinėti visų Galaktikoje esančių civilizacijų astronomai (aišku, jei tokių yra). Kartu tai gali būti natūrali vieta palikti signaliniams švyturiams, kurie padėtų kitoms civilizacijoms aptikti signalo siuntėjus. Apie tai savaitės filmuke kalbasi John Michael Godier ir SETI astronomas Dr. Claudio Maccone

***

Tarpinės masės juodoji skylė. Juodąsias skyles astronomai skirsto į dvi grupes: žvaigždines ir supermasyvias. Žvaigždinės susidaro sprogstant masyvioms žvaigždėms, jų masės siekia nuo maždaug trijų iki šimto Saulės masių. Supermasyvios randamos galaktikų centruose, jų masės prasideda nuo maždaug šimto tūkstančių Saulės masių. Tarpinės masės juodųjų skylių kol kas nėra patvirtinta. Nors įtarimų keliančių objektų aptikta nemažai, juos visus galima paaiškinti ir kitokiais reiškiniais. Vienas toks įtartinas objektas yra rentgeno ir regimųjų spindulių šaltinis 3XMM J215022.4-055108, atrastas prieš keletą metų. Tada buvo iškeltos dvi kilmės hipotezės: arba tai yra tarpinės masės juodosios skylės suardytos žvaigždės spinduliuotė, atsklindanti iš tolimos galaktikos, arba Paukščių Take esanti jauna labai karšta sparčiai vėstanti neutroninė žvaigždė. Naujame tyrime pristatomi ilgesni detalūs šaltinio stebėjimai, kurie leidžia atmesti antrąją hipotezę. Priežastys atmetimui yra dvi. Pirma – aplink objektą pavyko išskirti išplitusį regimųjų spindulių šaltinį, taigi tai negali būti pavienė neutroninė žvaigždė. Jei objektas tikrai yra toje galaktikoje, kurios pakraštyje matomas dangaus skliaute, tai išskirtas šaltinis atitinka maždaug 54 parsekų skersmens žvaigždžių spiečių. Būtent spiečiai yra labiausiai tikėtina tarpinės masės juodųjų skylių egzistavimo vieta, nes jų centruose daug žvaigždinių juodųjų skylių gali susijungti į vieną. Antra priežastis – šaltinio spinduliuotė kinta būtent taip, kaip prognozuoja suardytos žvaigždės modelis. Taigi 3XMM J215022.4-055108 yra bene tvirčiausias tarpinės masės juodosios skylės kandidatas. Jos masė turėtų būti apie 50 tūkstančių Saulės masių – visai netoli supermasyvių juodųjų skylių, tačiau būdama toli nuo savo galaktikos centro, ši juodoji skylė tikrai turėjo kitokią istoriją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Spiečiai atskleidžia Galaktikos istoriją. Kone kiekviena galaktika per savo gyvenimą patyrė ne vieną susiliejimą su mažesnėmis. Paukščių Takas – ne išimtis. Naujame tyrime nustatyti net penki susiliejimai su mažomis galaktikomis, įvykę prieš 8-11 milijardų metų. Juos aptikti padėjo informacija apie Paukščių Tako kamuolinius spiečius, surinkta Gaia kosminiu teleskopu. Kamuoliniai spiečiai yra didžiulės, iki milijono žvaigždžių turinčios, sankaupos, daugiausiai randamos Galaktikos hale. Kai kurie spiečiai formavosi Paukščių Take, bet kiti yra paveldėti iš galaktikų, kurias mūsiškė praeityje prarijo. Spiečiaus kilmę galima nustatyti žinant jo žvaigždžių cheminę sudėtį, amžių ir judėjimo trajektoriją – visus šiuos duomenis arba nustatė, arba padėjo patikslinti Gaia duomenys. Tyrėjams pavyko net 76 spiečius priskirti pranykusioms palydovinėms galaktikoms – iš viso penkioms. Tai yra maždaug pusė visų Paukščių Tako spiečių. Iš viso galaktikos Paukščių Takui atnešė apie milijardą Saulės masių žvaigždžių, arba apie pusantro procento visų Galaktikos žvaigždžių. Šios galaktikos turėjo susiformuoti labai anksti Visatos raidoje. Dar 11 spiečių susiformavo ne Paukščių Take, bet nustatyti jų motininių galaktikų savybių nepavyko. Šis atradimas rodo, kad mūsų Galaktika jaunystėje augo sparčiai, o vėliau gerokai sulėtėjo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kuo neįprasta ši galaktika? Priešingai nei dauguma spiralinių galaktikų, NGC 4618 turi tik vieną viją. Galaktika nėra maža – maždaug trečdalio Paukščių Tako dydžio. Kodėl taip yra – nežinia. Netoli šios galaktikos matoma kita, nykštukinė, su kuria NGC 4618 galbūt sąveikauja, bet detalesni tyrimai rodo, kad greičiausiai galaktikos yra gana toli viena nuo kitos, o artimos tik jų projekcijos mūsų danguje. Galaktikų sąveika galėtų paaiškinti keistą vienaviję struktūrą, bet šiuo atveju greičiausiai atsakymo reikia ieškoti kitur.

***

Ilgalaikis blazaro spinduliuotės kintamumas. Blazarai yra aktyvūs galaktikų branduoliai, iš kurių lekiančios čiurkšlės nukreiptos tiesiai į mus. Dėl jo jie yra stiprios gama spinduliuotės šaltiniai, taip pat iš jų mus pasiekia daug kosminių spindulių ir galbūt neutrinų. Bet blazarai ir jų čiurkšlės taip pat skleidžia daug regimųjų spindulių, o jų stebėjimai gali padėti suprasti, kokie procesai vyksta prie pat juodosios skylės. Dabar pristatyti tyrimo, kuriuo pusantrų metų buvo stebimas vieno blazaro regimųjų spindulių spektras, rezultatai. Nuo 2017 metų lapkričio iki 2019-ųjų birželio blazaras S5 0716+714 iš viso stebėtas 201 naktį, vidutiniškai po tris valandas kasnakt. Per tą laikotarpį jo šviesis iš pradžių išaugo šešis kartus, vėliau apie septynis kartus sumažėjo ir vėl šešis kartus išaugo. Kiekvieno ryškėjimo metu buvo pastebėti ir trumpesni žybsniai. Ir bendras, ir atskirų žybsnių spektras pasižymėjo tuo, kad didėjant ryškumui spektras tapo „plokštesnis“ – didesnės energijos fotonų srautas santykinai išaugdavo labiau, nei mažesnės energijos. Pokyčiai greičiausiai vyksta dėl dalelių čiurkšlėje įgreitinimo arba atvėsimo: pagreitintos dalelės spinduliuoja ryškiau ir skleidžia daugiau energingų fotonų, taip pat energingiausios dalelės vėsta sparčiausiai. Suvidurkinus duomenis ilgesniais – dviejų mėnesių – intervalais, spektro pokyčiai pranyko, nors ryškumo pokyčiai išliko. Juos galima paaiškinti kintančiu Doplerio faktoriumi, t. y. kelių mėnesių laiko tarpais kintančiu čiurkšlės greičiu: jam pakitus, pasikeičia visos spinduliuotės ryškumas, bet ne skirtingos energijos spinduliuotės santykiai. Šiuos pokyčius tyrimo autoriai interpretuoja kaip įrodymą, kad čiurkšlė yra kreiva arba spiralinės formos ir, laikui bėgant, jos judėjimo kryptis mūsų atžvilgiu šiek tiek kinta. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš balandžio pradžios. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Vienas iš pirmųjų žingsnių suprantant, kaip veikia Visata, buvo Izaoko Niutono supratimas apie orbitų prigimį – visuotinės traukos sukuriamą judėjimą. Nuo tų laikų suvokimas pažengė toli į priekį, bet Niutono suformuluoti principai tebėra svarbūs. Praėjusios savaitės naujienose randame tiksliausią gravitacinės sąveikos matavimą labai mažais – mikrometrų – masteliais, taip pat nuokrypių nuo niutoninės gravitacijos paieškas Paukščių Tako centre. Dar kalbama apie kometų orbitas, C/2019 Y4 (ATLAS) subyrėjimą ir naują kometą, kuri galbūt netrukus bus matoma plika akimi. Ir ‘Oumuamua orbita prisimenama. Kitose naujienose – Saulės vėjo temperatūra, įvairios įdomios egzoplanetos ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Pernai vasarą minėjome žmonių išsilaipinimo Mėnulyje penkiasdešimtmetį. Apie pagrindinius istorijos veikėjus – astronautus, misijos vadovus – prirašyta ir prikalbėta labai daug, taip pat daug kalbėta apie inžinerinius sprendimus ir proveržius, kurių reikėjo pasiekti tokiam rezultatui. O kaip misija atrodė kitų jos darbuotojų akimis? Apie tai su John Michael Godier kalbasi Nancy Atkinson, neseniai išleidusi knygą apie Apollo misijų istoriją:

***

SpaceX skrydis su įgula. Praeitą savaitę NASA paskelbė, kad gegužės 27 dieną įvyks pirmasis SpaceX Crew Dragon kapsulės skrydis su įgula. Skrydis iš Kennedy kosmodromo Floridoje bus pirmasis žmonių skrydis iš JAV teritorijos nuo 2011 metų liepos, kai oficialiai nutraukta Šatlų programa. Nuo tada SpaceX ir Boeing kūrė įgulos kapsules; pagal pirminius planus, jos turėjo būti paruoštos bent prieš keletą metų, bet įvairios techninės problemos privertė atidėti paleidimą. SpaceX kapsulė yra labai panaši į jų Dragon erdvėlaivį, kuris jau 15 kartų lankėsi Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS), bet tik su atsargų papildymo ir įrangos gabenimo misijomis. Gegužės skrydžio metu du astronautai taip pat nuvyks į TKS, kur prisijungs prie šiuo metu ten dirbančių vieno amerikiečio ir dviejų rusų. Būtent iš Rusijos, naudojant Sojuz įgulos kapsules, nuo 2011-ųjų vyko visi žmonių skrydžiai į TKS. Boeing įgulos erdvėlaivis Starliner irgi yra beveik užbaigtas, bet po gruodį nepavykusio bandomojo skrydžio jis dar yra taisomas ir tikrinamas.

***

Saulės vėjo temperatūra. Saulės vėją sudaro protonai ir elektronai, išmetami iš žvaigždės ir sklindantys tarpplanetinėje erdvėje. Jei visa ši plazma plėstųsi kaip dujos, paleistos į vakuumą iš rezervuaro, pasiekęs Žemę Saulės vėjas turėtų būti apie dešimt kartų vėsesnis, nei yra. Iš kur toks skirtumas? Grupė mokslininkų teigia, kad atsakymas slypi Saulės magnetinio lauko, elektrostatinės traukos ir gravitacijos sąveikoje. Elektronai yra apie 2000 kartų lengvesni už protonus, todėl pabėgti iš Saulės gravitacinio lauko gali daug lengviau. Taigi Saulės aplinka tampa teigiamai įkrauta ir ima traukti elektronus, taip sulaikydama didžiąją jų dalį ir paleisdama tik greičiausius. Lėtesni elektronai krenta atgal į Saulę, bet tankėjančios magnetinio lauko linijos suveikia kaip veidrodis ir atspindi juos tolyn. Taip Saulės aplinkoje susiformuoja nepabėgančių, bet ir neįkrentančių elektronų populiacija. Kai kurie iš šių elektronų, sąveikaudami su magnetiniu lauku, įgyja energijos ir išsiveržia lauk išilgai magnetinio lauko linijų. Su aplinkiniais elektronais šie pabėgėliai sąveikauja silpnai, taigi ir energijos praranda gerokai mažiau, nei laisvai besiplečianti plazma. Įvertinę šias sąveikas, mokslininkai apskaičiavo, kad Saulės vėjo temperatūra, didėjant atstumui, turėtų mažėti gerokai lėčiau – beveik tiksliai taip, kaip rodo ir stebėjimai. Įdomu, kad magnetinio lauko poveikis elektronams yra toks pat, kaip ir branduolinės sintezės tyrimuose plazmos sulaikymui naudojamų dirbtinių magnetinių veidrodžių. Taigi Saulės vėjo savybes gali būti įmanoma tyrinėti ir laboratorijos sąlygomis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kometa C/2019 Y4 subyrėjo. Praėjusių metų pabaigoje aptikta kometa C/2019 Y4 (ATLAS) kurį laiką žadėjo gražų reginį gegužės danguje. Deja, naujausiais duomenimis ji subyrėjo į gabalus dar būdamas 1,4 astronominio vieneto nuotoliu nuo Saulės. Tuo metu jos ryškis buvo maždaug 8 – apie septynis kartus blausesnis, nei įmanoma įžiūrėti plika akimi. Subyrėjusi ji ėmė blėsti, dabar pritemo dar pustrečio karto.

Nors Y4 nebeliko, išvysti kometą plika akimi šiemet šansų dar yra; tiesa, ne iš Lietuvos. Kometa C/2020 F8 (SWAN) aptikta tik prieš savaitę. Jos ryškis jau dabar yra aštuntas ir prognozuojama, kad gali pakilti iki trečio – panašiai ryškiai šviečia Megrezas, žvaigždė, jungianti Didžiųjų Grįžulo ratų kaušą ir jo rankeną. Tiesa, didžiausio ryškumo metu, gegužės antroje pusėje, kometa judės Persėjo ir Vežėjo žvaigždynais, kurie mūsų platumose nusileidžia labai greitai po Saulės. Bet gal ką nors pamatyti pavyks.

Subyrėjusios kometos po savęs palieka dulkių juostas, kurias kartais kerta ir Žemė. Tada kyla meteorų lietūs. Bet jei kometa subyrėjo neseniai, dulkių gali būti tiek daug, kad patekusios į Žemės atmosferą jos reikšmingai pakeistų planetos klimatą. Naujame tyrime nagrinėjamas tikėtinas tokių susidūrimu dažnumas. Pasirodo, reikšmingi kometų liekanų debesys į mūsų atmosferą gali patekti net kas kelis tūkstantmečius. Tyrimo autorius teigia, kad šie įvykiai galbūt galėtų paaiškinti staigius temperatūros sumažėjimus prieš 12-13 tūkstančių metų (Jaunųjų Driadų periodas) ir netgi civilizacijų žlugimus daugelyje pasaulio regionų prieš puspenkto tūkstančio metų. Idėja tikrai neįprasta, bet atrodo įdomi, ypač turint omeny, kad vienareikšmiško sutarimo dėl įvairių praeities klimato pokyčių priežasčių nėra. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dulkių sūkuriai Titane. Marso paviršiuje, kaip ir Žemės dykumose, dažnai susiformuoja dulkių sūkuriai. Marse jie yra pagrindinis veiksnys, pernešantis dulkes iš vienos paviršiaus vietos į kitą. Naujame tyrime teigiama, kad panašios sąlygos egzistuoja ir Saturno palydove Titane. Titano paviršius turi įdomių panašumų į Žemę – jame teka upės, lyja lietūs, yra ežerų ir jūrų. Tiesa, skystas ten ne vanduo, o etanas ir metanas – junginiai, Žemėje sudarantys gamtinių dujų pagrindą. Atitinkamai kitokie ir kiti junginiai: kopas ten sudaro ne smėlis (silicio oksidas), bet įvairūs organiniai junginiai, kurie greičiausiai formuojasi atmosferoje ir iškrenta ant paviršiaus kaip sniegas. 2004-2017 metais Saturno sistemą tyrinėjęs zondas Cassini užfiksavo bent vieną dulkių audrą Titane, tačiau apskritai vėjai Titane yra labai silpni, nepaisant gana tankios atmosferos. Dulkių sūkurių Titane nebuvo aptikta, bet naujojo tyrimo autoriai teigia, kad sąlygos jiems formuotis mėnulyje egzistuoja. Dulkių sūkuriui susidaryti reikia sauso oro ir Saulės šviesos, kuri pašildo paviršių; tada prie paviršiaus esantis oras ima kilti aukštyn, formuojasi sūkurys, kuris pakelia ir dulkes. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad tokios sąlygos Titane susidaro pakankamai dažnai. Net ir Žemėje dulkių sūkuriai perneša daugiau dulkių, nei didelės audros, nes susiformuoja gerokai dažniau, taigi Titane jie turėtų būti dar reikšmingesni. Jei dulkių sūkuriai tikrai egzistuoja, planuojama Dragonfly misija galėtų juos aptikti ir ištirti detaliai; tyrėjai teigia, kad patys sūkuriai pavojaus misijai kelti neturėtų. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

‘Oumuamua kilmė. Prieš pustrečių metų pro Saulės sistemą praskrido tarpžvaigždinis objektas 1I/’Oumuamua. Deja, ilgai jo stebėti nepavyko, nes aptiktas jis jau tolstantis nuo Saulės, ir greitai tapo pernelyg blausus. Visgi per tą laiką nustatytos kelios įdomios savybės: objektas yra labai pailgas, maždaug cigaro formos; jis skrieja gana greitai sukdamasis, tarsi versdamasis per galvą; jo paviršius yra netikėtai sausas; o priartėjus prie Saulės objekto greitis ėmė keistis taip, kad to vien gravitacija neįmanoma paaiškinti. Praeitą savaitę pristatytas tyrimas, kurio autoriai teigia radę paaiškinimą visoms šioms savybėms, o kartu išaiškinę ir objekto kilmę. Tyrėjai pasitelkė skaitmeninius modelius, kuriais ištyrė įvairių objektų – asteroidų, kometų ir netgi planetų – subyrėjimą, priartėjus labai arti savo žvaigždės. Sekdami suardytų fragmentų fizines ir chemines savybes bei orbitas, mokslininkai nustatė, kad nemažai jų gali išlėkti iš žvaigždės sistemos. Pabėgančios atplaišos dažnai yra pailgos, be to, didžioji dalis jų paviršiuje buvusių lakių medžiagų išgaruoja dar prie suardžiusios žvaigždės, taigi objektas lieka sausas. Taip pat atplaišos dažnai išlekia greitai besisukdamos, o sukimuisi sustoti tarpžvaigždinėje erdvėje gali prireikti net milijardo metų. Atplaišos gilumoje lieka šiek tiek vandens ledo, kuris gali išgaruoti priartėjus prie kitos žvaigždės ir pastumti atplaišą negravitaciškai, nors uodegos ir nesuformuoja. Tyrėjai teigia, kad į ‘Oumuamuą panašūs objektai gali susiformuoti yrant ir kilometro dydžio kometoms, ir panašaus dydžio asteroidams, ir netgi planetų dydžio kūnams. Tiesa, bent pastarieji suyra tik prie baltųjų nykštukių. Įvertintas tokių įvykių dažnumas tikrai pakankamas, kad paaiškintų kartkartėmis pro Saulės sistemą pralekiančius objektus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Nauja planeta senuose duomenyse. Kosminis teleskopas Kepler 2009-2013 metais stebėjo dangaus plotą Gulbės žvaigždyne ir nuolat sekė daugiau nei 100 tūkstančių žvaigždžių šviesį, ieškodamas planetų tranzitų. Daugybė surinktų duomenų buvo analizuojami iš dalies automatiškai – algoritmai įvertindavo, kurie pritemimai atrodo panašūs į planetų signalus ir perduodavo juos žmonėms. Bet ar tikrai algoritmai veikė gerai? Ar jie nepašalino per daug rezultatų, nurašydami juos kaip „klaidingus aptikimus“? Bandydami atsakyti į šį klausimą, mokslininkai aptiko vieną labai į Žemę panašią planetą. Kepler-1649 c yra šešiais procentais didesnio skersmens, nei mūsų planeta, o aplink savo žvaigždę vieną ratą apsuka per 19,5 paros. Jos žvaigždė yra daug mažesnė už Saulę, taigi planeta iš žvaigždės gauna maždaug 75% energijos, kurią Žemė gauna iš Saulės. Vidutinė jos paviršiaus temperatūra turėtų būti 234 kelvinai, arba -39 Celsijaus laipsniai. Nors tai mažiau, nei ledo tirpimo temperatūra, mokslininkai mano, kad atmosfera galėtų planetą sušildyti iki tinkamos gyvybei. Pavyzdžiui, Marso paviršiaus vidutinė temperatūra yra gerokai žemesnė – apie -60 Celsijaus. Šis atradimas svarbus ne tik tuo, kad aptiktoji planeta yra panašiausia į Žemę iš visų patvirtintų Keplerio atradimų, bet ir tuo, kad parodo pakartotinio duomenų patikrinimo svarbą. Peržiūrėję 5000 objektų, kuriuos automatinė sistema klasifikavo kaip netikrus, mokslininkai aptiko apie tūkstantį, kuriuos verta nagrinėti detaliau. Kepler-1649 c yra aiškiausias iš šių „įdomių“ signalų, bet netikėtų atradimų gali būti ir daugiau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šešių planetų rezonansinė grandinė. Planetų orbitos daugiausiai priklauso nuo žvaigždės gravitacijos, bet šiek tiek jas veikia ir kaimyninių planetų trauka. Migruodamos planetos gali „sukibti“ į rezonansus: konfigūracijas, kai dviejų planetų orbitos periodų santykis yra lygus dviejų nedidelių sveikų skaičių santykiui. Pavyzdžiui, Saulės sistemoje Jupiteris ir Saturnas yra beveik 3:2 rezonanse – treji Jupiterio metai atitinka dvejus Saturno. Rezonansinės, arba artimos joms, konfigūracijos kartais randamos ir egzoplanetų sistemose. Naujame tyrime pristatytas vienas toks atradimas – penkių arba šešių planetų sistema, kurių kiekviena pora yra labai arti 3:2 rezonanso. Žvaigždė HD 158259 nuo mūsų nutolusi per 27 parsekus ir yra beveik įžiūrima plika akimi Drakono žvaigždyne. Ją pastaraisiais metais mokslininkai stebėjo pietų Prancūzijoje esančioje Haute-Provence observatorijoje įrengtu spektroskopu, taip pat ji pateko į orbitinio teleskopo TESS apžvalgą. Šie duomenys – radialinio greičio kitimo bei tranzitų informacija – leido nustatyti tikėtinas planetų savybes. Sistemoje aptiktos penkios planetos, kurių periodai yra 2,17, 3,4, 5,2, 7,9 ir 12 parų, bei viena galima planeta, ratą apsukanti per 17,4 paros. Pastarosios planetos signalas mažiau statistiškai reikšmingas, nei pirmų penkių, o jos periodas labai artimas tikėtinam žvaigždės sukimosi periodui, todėl ją sunku laikyti tikrai patvirtinta. Artimiausia žvaigždei planeta yra bent du kartus masyvesnė už Žemę, kitos – bent šešis kartus masyvesnės. Taigi gali būti, kad visos planetos yra uolinės, panašiai kaip ir garsiojoje TRAPPIST-1 sistemoje. Į pastarąją sistemą HD 158259 planetos panašios ir rezonansu: TRAPPIST-1 gretimų planetų metų trukmių santykiai irgi artimi rezonansiniams. Įdomu, kad atrodo, jog HD 158259 planetos yra tik arti rezonansų, bet ne sukibusios į juos – priešingu atveju jų orbitos precesuotų prognozuojamai, o to nėra nustatyta. Bet atsitiktinai toks išsidėstymas beveik neabejotinai negalėjo susiformuoti, taigi tyrėjai teigia, kad planetos pasiekė beveik rezonansinę konfigūraciją, migruodamos artyn žvaigždės iš susiformavimo vietų toliau nuo jos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Te niekas jums nedrįsta pasakyti, kad astronomai neturi humoro jausmo. O jei išdrįs, parodykite jiems šią nuotrauką, kuri, bent jau neoficialiai, vadinama Bėgančios vištos ūku. Galite ir patys pabandyti įžiūrėti vištą. Iš tiesų šiame ūke formuojasi naujos žvaigždės, kurių šviesa priverčia dalį dujų šviesti mėlynai.

***

Orbitos precesija Galaktikos centre. Paukščių Tako centre aplink supermasyvią juodąją skylę sukasi tūkstančiai žvaigždžių. Kai kurios iš jų yra tokios ryškios, kad įmanoma gana tiksliai sekti jų padėtis ir apskaičiuoti orbitos parametrus. Klasikinė, Niutono suformuluota, gravitacijos teorija teigia, kad du kūnai, veikiami tarpusavio gravitacijos, skrieja nekintančiomis elipsėmis aplink bendrą masės centrą. Bendroji reliatyvumo teorija nurodo, kad elipsės laikui bėgant kinta – sukasi. Šis efektas, vadinamas reliatyvistine precesija, puikiai paaiškino Merkurijaus judėjimo netolygumus ir buvo vienas pirmųjų įrodymų, kad reliatyvumo teorija yra geresnis gravitacijos aprašymas, nei klasikinė. Dabar pirmą kartą orbitos precesija aptikta vienai iš Galaktikos centro žvaigždžių. Žvaigždė S2 reguliariai stebima nuo 1993 metų. Jos orbitos periodas tėra 16 metų, taigi per stebėjimų laiką žvaigždė apskriejo daugiau nei pusantros orbitos. Šių duomenų pagaliau užteko, kad būtų galima statistiškai reikšmingai nustatyti nuokrypį nuo klasikinės orbitos prognozės – ankstesnių duomenų paklaidos dar buvo per didelės. Be to, didžiausi nuokrypiai nuo klasikinės prognozės vyko 2018 metų pavasarį, kai S2 pasiekė pericentrą, t. y. buvo priartėjusi arčiausiai juodosios skylės. Gauti duomenys puikiai atitinka bendrąja reliatyvumo teorija paremtą orbitos sprendinį. Taip pat jie leido nustatyti, kad objektas, aplink kurį sukasi S2, tikrai yra mažesnis, nei S2 orbitos pericentras: pasklidusi masė negali būti didesnė nei viena tūkstantoji kompaktiškos masės dalis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Energingiausias kvazaro vėjas. Aktyvios galaktikos, kuriose į centrinę juodąją skylę medžiaga krenta labai sparčiai, vadinamos kvazarais. Jų branduoliai gali švytėti dešimtis ar šimtus kartų ryškiau, nei visos galaktikos žvaigždės kartu. Nuo kvazarų dažnai pučia stiprūs vėjai – labai greitai judančių dujų srautai. Kartais jie gali sugerti nemažą dalį paties kvazaro spinduliuotės. Sugeriama yra daugelio panašių bangos ilgių spinduliuotė, taigi spektre matomos plačios juostos, ties kuriomis spinduliuotė gerokai silpnesnė, o objektas vadinamas plačių sugerties linijų kvazaru (broad absorption line quasar, BAL QSO). Praeitą savaitę paskelbta apie energingiausią vęją turinčio BAL QSO atradimą. Objektas SDSS J1352+4239 ir pats šviečia labai ryškiai – per sekundę išspinduliuoja maždaug tiek energijos, kiek Saulė – per dešimt milijonų metų. O jo vėjas yra dar maždaug 10% energingesnis. Jis juda 38 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu – daugiau nei 10% šviesos greičio. Įprastai panašūs vėjai, net jei juda tokiu greičiu, turi maždaug 20 kartų mažiau energijos, nei juos apšviečiantys kvazarai, o tankūs BAL vėjai juda daug lėčiau. Kodėl šis vėjas toks energingas – neaišku. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gravitacija patikrinta mikrometrų masteliu. Gravitacinė sąveika tarp dviejų kūnų tuo stipresnė, kuo mažesnis atstumas tarp jų, o priklausomybė yra kvadratinė: dvigubai toliau esantis kūnas traukia mus keturis kartus silpniau, trigubai toliau esantis – devynis kartus silpniau, ir taip toliau. Šiandieninis supratimas apie gravitacijos poveikį remiasi bendrąja reliatyvumo teorija, kuri puikiai paaiškina Visatos elgesį dideliais masteliais ir nurodo, kad atstumo priklausomybė nėra visiškai kvadratinė stipriame gravitaciniame lauke. Iš kitos pusės, mažais masteliais sistemų vystymąsi puikiai paaiškina kvantinė fizika, kurios prognozės kai kuriais atvejais skiriasi nuo reliatyvistinių. Taigi dauguma mokslininkų neabejoja, jog šias teorijas reikia apjungti į kažkokią vientisą, geresnę, kuri išspręstų kylančius neatitikimus. Tik kyla problema, kad kol kas visi eksperimentai puikiai atitinka vienos arba kitos teorijos prognozes, o tiesiogiai nagrinėti sistemų, kurioms teorijos duoda skirtingas prognozes, kol kas negalime. Bet galime bandyti patikrinti abiejų teorijų veikimo ribas: daryti kvantinės fizikos eksperimentus su vis didesniais kūnais, o gravitaciją tyrinėti su vis mažesniais. Dabar pristatytas tyrimas, kuriame gravitacinė sąveika analizuota 50 mikrometrų masteliu. Tai maždaug atitinka žmogaus plauko storį. Tyrimui panaudotas prietaisas, veikiantis panašiu principu, kaip ir seniausi gravitacinės sąveikos stiprumo tyrimų įrankiai – sukamosios svyruoklės. Įrenginys buvo toks jautrus, kad galėjo išmatuoti gravitacinės traukos kitimą, kai šalia jo sukosi objektas, turintis 18 arba 120 pusių simetriją. Taip nustatyta, kad bent jau 50 mikrometų ir didesniais atstumais gravitacinė sąveika idealiai atitinka klasikinę prognozę, t. y. mažėjimą kvadratiškai. Šis įvertinimas yra bent keletą kartų geresnis už anksčiau darytus. Jis svarbus tuo, kad padeda apriboti galimų alternatyvių gravitacijos teorijų parametrų vertes: bet kokia alternatyvi teorija turi duoti rezultatus, atitinkančius eksperimentų duomenis, taigi gravitacinė sąveika turi silpnėti kvadratiškai, atstumui tarp objektų kintant bent nuo 50 mikrometrų iki milijonų kilometrų nuotolio. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš povelykinės savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Naujausiame Visiško kosmoso podcast’e pasakoju apie tarpžvaigždinio asteroido ‘Oumuamua kilmės modelį bei apie žvaigždės S2, skriejančios apie juodąją skylę Paukščių Tako centre, orbitos precesiją, eilinį sykį patvirtinančią reliatyvumo teorijos prognozes. Gero klausymo!

Laiqualasse

Visatoje pilna ekstremalių reiškinių, toli gražu pralenkiančių bet kokius Žemėje sutinkamus parametrų intervalus. Temperatūra – vienas iš jų: nuo beveik absoliutaus nulio iki milijardų kelvinų. Šiame Kąsnelyje irgi rasite keletą tokių naujienų: apie tarpžvaigždinę kometą, kuri formavosi labai šaltoje aplinkoje, apie egzomėnulių ir egzoplanetų temperatūrų apskaičiavimus, apie labai aukštas temperatūras prie novos bei supernovoje. Kitose naujienose – į halą išmetamose dujose besiformuojančios žvaigždės, asteroidų-atklydėlių populiacija Saulės sistemoje ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Kas yra vakuumas? Tuštuma, nieko nebuvimas. Dažnai sakome, jog vakuumas yra kosmose, bet iš tiesų kosmose yra labai daug visokių dalelių. Plačiau apie tai pasakoja Dr Becky:

***

Asteroidų-atklydėlių populiacija. 2017 metų pabaigoje aptiktas pirmasis tarpžvaigždinis objektas ‘Oumuamua Saulės sistemoje ilgai neužsibuvo. Tačiau po metų atrastas asteroidas, skriejantis priešinga kryptimi aplink Saulę, nei planetos; jo orbitos analizė parodė, kad greičiausiai Saulė jį pasigavo jaunystėje iš kitos žvaigždės sistemos. Dabar pristatyti įrodymai apie dar 19 panašių atklydėlių. Visi šie asteroidai skrieja tarp Jupiterio ir Neptūno orbitų. Jų pačių orbitos gerokai skiriasi nuo planetų orbitų – yra pasvirusios dideliu kampu, kai kurios – netgi statmenos planetų judėjimo plokštumai. Naujajame tyrime atlikta orbitų evoliucijos analizė, ieškant tikėtinų asteroidų padėčių prieš 4,5 milijardo metų, kai planetos dar tik formavosi. Naudotas metodas yra statistinis, kitaip tariant, jis pateikia tik tikėtinas orbitas, bet negali atsekti konkretaus asteroido judėjimo. Visgi nustatyta, kad greičiausiai visi šie asteroidai Saulės sistemos jaunystėje irgi judėjo daugmaž statmenai planetų orbitoms, be to, buvo už Neptūno orbitos, kur dabar yra Kuiperio žiedas. Tuo metu ten negalėjo būti daug uolienų – priešingu atveju Neptūnas būtų numigravęs gerokai toliau nuo Saulės, nei yra dabar. Juo labiau ten negalėjo būti daug kūnų, judančių statmenomis orbitomis, nes Kuiperio žiedas yra plokščias. Taigi labiausiai tikėtina šių 19 asteroidų kilmė yra kita žvaigždės sistema, iš kurios Saulė juos prisitraukė. Greičiausiai tai įvyko sistemos jaunystėje, kai aplink buvo daugiau kartu besiformuojančių žvaigždžių ir sąveikos tarp jų buvo dažnesnės, nei vėliau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tarpžvaigždinė kometa formavosi šaltai. Pernai aptikta kometa 2I/Borisov atskrido į Saulės sistemą iš už jos ribų, greičiausiai kadaise išmesta iš kitos žvaigždės apylinkių. Kometos gali duoti daug žinių apie planetinės sistemos formavimosi sąlygas, mat jos dažnai atskrenda iš Saulės sistemos pakraščių, kur skrajojo nepakitusios visą sistemos gyvavimo laiką. Priartėjusios prie Saulės, kometos ima garuoti, o išmetamos dujos leidžia įvertinti jų formavimosi sąlygas ir kitas savybes. Naujame tyrime pristatomi 2I/Borisov stebėjimų duomenys. Kometai priartėjus prie Saulės, iš jos ėmė veržtis vandenilio cianidas ir anglies monoksidas. Vandenilio cianido dujų kiekis buvo panašus į randamą Saulės sistemos kometose, o štai anglies monoksido – net 9-26 kartus didesnis. Tai reiškia, kad ši kometa formavosi aplinkoje, kurioje buvo daug anglies monoksido ledo. Anglies monoksidas garuoja esant -250 Celsijaus laipsnių temperatūrai, tad 2I/Borisov formavimosi aplinkoje ji buvo žemesnė. Kitaip tariant, kometa susiformavo pačiame savo planetinės sistemos pakraštyje ir vėliau nepriartėjo prie žvaigždės, o galiausiai buvo išmesta į tarpžvaigždinę erdvę. Šis scenarijus visiškai priešingas kito tarpžvaigždinio objekto, 1I/’Oumuamua, tikėtinai kilmei – pastarasis greičiausiai susidarė, kai pernelyg priartėjusį didesnį objektą suardė žvaigždės gravitacija. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Arrokoth formavimosi modelis. 2019 metų pradžioje zondas New Horizons praskrido pro Kuiperio žiedo objektą 2014 MU69, dabar oficialiai pavadintą Arrokoth. Jis pasirodė esąs labai įdomus: susideda iš dviejų dalių, kurias jungia siauras kaklas. Tokie objektai, vadinami kontaktinėmis dvinarėmis, gali susiformuoti, jei du kūnai suartėja ir susiglaudžia labai lėtai. Bet tokiu atveju kūnas turėtų labai greitai suktis aplink savo ašį, tuo tarpu vienas Arrokotho apsisukimas užtrunka beveik 16 valandų. Maža to, jo plokštuma, taigi ir pradinių objektų tarpusavio orbitos plokštuma, yra beveik statmena orbitos aplink Saulę plokštumai. Dabar pasiūlytas naujas modelis, paaiškinantis šias savybes. Jame įskaičiuotas nevienodas Saulės gravitacijos poveikis abiem pradiniams kūnams. Nors skirtumas labai mažas, per ilgą laiką jo poveikis tampa reikšmingas: pradinė apskritiminė orbita tampa labai ištęsta elipsinė, kol galiausiai objektai susiduria, bet pakankamai lėtai, kad sukibtų į vieną ir nesubyrėtų. Efektas vienodai gerai veikia nepriklausomai nuo pradinės orbitos konfigūracijos, taigi gali pagaminti ir šonu pasisukusį kūną. Tiesa, pradinis orbitos spindulys turi būti gana didelis – maždaug 10-40% maksimalaus nuotolio, kuriuo būdami kūnai dar suktųsi vienas aplink kitą ir neišsilakstytų į šalis (palyginimui Mėnulis nuo Žemės nutolęs per 20% tokio atstumo, tačiau šis atstumas Kuiperio žiede daug didesnis, nei taip arti Saulės). Skaitmeniniai modeliai parodė, kad apie 15% dvinarių sistemų, kurių pradinis nuotolis patenka į šį intervalą, gali susijungti į tokius dvigubus kūnus, kaip Arrokothas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzomėnulių poledinių vandenynų savybės. Įprastai kalbant apie galimai tinkamas gyventi vietas už Saulės sistemos ribų, koncentruojamasi į uolines planetas gyvybinėje zonoje – tinkamu atstumu nuo žvaigždės, kad jų paviršiuje galėtų egzistuoti skystas vanduo. Tačiau net ir Saulės sistemoje toks atskyrimas nėra labai teisingas: didžioji dalis skysto vandens yra ne Žemėje, o polediniuose Europos, Encelado ir kitų palydovų vandenynuose. Naujame tyrime nagrinėjama, kokioms sąlygoms esant egzomėnuliuose galėtų egzistuoti vandenynai. Įvertinę iš žvaigždės bei planetos gaunamą spinduliuotės srautą, mėnulį šildančius potvyninius efektus, šilumos laidumą ledo plutoje ir dar kelis efektus, tyrėjai išvedė formulę, nurodančią minimalų popaviršinio vandenyno storį priklausomai nuo mėnulio dydžio, orbitos aplink planetą bei planetos orbitos aplink žvaigždę. Pagal šį modelį apskaičiuotas vandenyno storis Encelade atitinka stebėjimų rezultatus. Taip pat apskaičiuota, kad vandenynai galėtų egzistuoti dviejuose didžiausiuose Urano palydovuose, o štai Saturno palydove Rėjoje – ne. Ateityje modelį bus galima pritaikyti įvertinant egzomėnulių tinkamumą skystam vandeniui egzistuoti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzoplanetų temperatūrų modeliavimas. Žinodami planetos atstumą nuo žvaigždės bei žvaigždės šviesį, galime apskaičiuoti vidutinę planetos paviršiaus temperatūrą. Padarę šiek tiek prielaidų apie planetos sukimąsi bei atmosferos tankį, galime gauti ir tikslesnį įvertinimą. Tačiau pastaruoju metu, pradėjus matuoti planetų atmosferų cheminę sudėtį, gauti rezultatai nustebino – beveik visada cheminė sudėtis rodė planetos temperatūrą esant žemesnę, nei apskaičiuota vidutinė. Kartais skirtumas siekdavo net tūkstantį laipsnių. Naujame tyrime aiškinama, jog taip yra dėl netinkamo cheminės sudėties modelių taikymo. Įprastai naudojami vienmačiai atmosferos modeliai – jie vertina tik atmosferos savybių skirtumus skirtingame aukštyje virš planetos paviršiaus (ar, atitinkamai, skirtingai giliai po atmosferos viršumi). Toks modelis gali būti adekvatus, jei visos planetos paviršiuje temperatūra yra gana panaši, pavyzdžiui kaip Žemėje. Tačiau dauguma atmosferų matavimų atlikti planetose labai arti žvaigždžių, o tokios planetos visada į žvaigždę atsukusios tik vieną pusę. Dieninės ir naktinės pusės atmosferos temperatūra ten labai skiriasi; maža to, labai skiriasi ir vakaro bei ryto zonų temperatūra, mat atmosfera, judanti iš dieninės pusės į naktinę, yra įkaitusi, o priešingoje planetos pusėje – atšalusi. Tokios planetos duomenims taikant vienmatį modelį, pasirodo, gaunami neteisingi rezultatai: sistematiškai žemesnė temperatūra bei netinkamos cheminių elementų ir junginių gausos vertės. Tyrėjai parodė, kad jų siūlomas paaiškinimas tikrai tinka kelioms konkrečioms planetoms: sukūrę jų atmosferos modelius su apskaičiuota vidutine temperatūra ir pritaikę vienmatį modelį sintetiniams stebėjimų duomenims, jie gavo tokias žemas temperatūras, kokios gaunamos nagrinėjant realius stebėjimų duomenis. Taigi akivaizdu, kad egzoplanetų atmosferų tyrimams reikia trimačių atmosferos modelių. Tai ypač svarbu dabar, nes artimiausiu metu darbą pradės kelios stebėjimų misijos, tarp kurių tikslų yra ir egzoplanetų atmosferų stebėjimai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Praeitą savaitę Hubble kosminis teleskopas minėjo trisdešimties metų jubiliejų. Ta proga, kaip ir kasmet, padaryta išskirtinė graži kosminė nuotrauka. Joje matome du ūkus, kuriuose formuojasi žvaigždės. Jie yra Didžiajame Magelano debesyje, palydovinėje Paukščių Tako galaktikoje. Daugiau kasmetinių gimtadienio nuotraukų pamatysite šiame proginiame Europos kosmoso agentūros vaizdo siužete:

***

Novos spinduliuotę sukuria smūgiai. Novos yra galingi žybsniai, kartais įvykstantys baltųjų nykštukių paviršiuje. Nykštukė – į Saulę panašios žvaigždės liekana, – būdama dvinarėje sistemoje, gali prisitraukti dalį kompanionės medžiagos. Susikaupęs vandenilio ir helio sluoksnis gali tapti toks tankus, kad jame prasideda termobranduolinės reakcijos ir nykštukė sušvinta tūkstančius kartų ryškiau. Taip pat žybsnio metu didelė dalis susikaupusio vandenilio ir helio numetama į šalis. Tokie įvykiai nėra labai reti – Paukščių Take kasmet užfiksuojama apie dešimt, – bet daugybė jų evoliucijos detalių vis dar neaiškios. Ilgą laiką buvo manoma, kad būtent termobranduolinių reakcijų išskiriama spinduliuotė yra pagrindinis šviesos šaltinis. Bet pastaraisiais metais aptikti iš kelių novų atlekiantys labai energingi gama spinduliai, o tokie formuojasi tik smūginėse bangose. Tokios bangos susidaro, kai novos išmesta medžiaga susiduria su tarpžvaigždinėmis dujomis. Dabar naujame tyrime pristatomi novos stebėjimai, kuriais nustatyta, jog būtent smūginės bangos sukuria bent pusę novos spinduliuotės. Novą gana netikėtai užfiksavo žvaigždžių evoliucijos tyrimams skirta mažų orbitinių teleskopų grupė BRITE; žybsnio metu teleskopai kaip tik stebėjo Laivo Kilio žvaigždyną, kuriame įvyko nova. Turėdami šiuos unikalius duomenis, mokslininkai pastebėjo, kad gama ir regimųjų spindulių srautas kinta labai panašiai. Gama spinduliai sklinda iš smūginių bangų, taigi logiška manyti, jog ten pat kuriama ir stipri regimoji spinduliuotė. Tyrėjai apskaičiavo, kad sustiprėjimų metu regimoji spinduliuotė išauga bent dvigubai. Užuominą, iš kur atsiranda regimieji spinduliai, suteikia rentgeno stebėjimai: šių spindulių irgi aptikta, bet labai mažai. Greičiausiai jie susidaro smuginėje bangoje, bet aplinkinės dujos juos sugeria, įkaista ir ima spinduliuoti regimuosius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Į halą išmetamos žvaigždės. Galaktikas supa halai, sudaryti daugiausiai iš tamsiosios materijos, bet taip pat turintys ir daugybę žvaigždžių. Nors halo žvaigždžių tankis yra daugybę kartų mažesnis, nei galaktikos disko ar centrinės dalies, ši komponentė taip pat gali duoti daug žinių apie galaktikos vystymosi istoriją. Įprastai teigiama, kad halo žvaigždės formuojasi iš dujų, krentančių į galaktiką, daugiausiai jos gyvavimo pradžioje; vėlesniais laikais halas pasipildo žvaigždėmis, įkrentančiomis kartu su palydovinėmis galaktikomis. Bet naujame tyrime parodyta, kad toks aiškinimas toli gražu nepilnas, o nemaža dalis halo žvaigždžių gali gimti išmetamuose dujų srautuose. Detaliais skaitmeniniais modeliais ištyrę galaktikų, panašių į Paukščių Taką, evoliuciją mokslininkai nustatė, kad iki 40% žvaigždžių, randamų hale, susiformavo iš galaktikos lekiančiose tėkmėse. Tėkmes šiuose modeliuose sukuria supernovų sprogimai žvaigždėdaros regionuose galaktikos diske; panašias tėkmes gali sukelti ir galaktikos branduolio aktyvumo epizodai. Šitaip susiformavusias žvaigždes galima būtų aptikti Paukščių Take – mūsų hale jos turėtų pasižymėti kitokia chemine sudėtimi ir galbūt orbitomis, nei žvaigždės, įkritusios iš kitų galaktikų ar susiformavusios iš įkrentančių dujų. Kitose galaktikose, kurios vyksta spartesnė žvaigždėdara, halo žvaigždžių formavimąsi būtų galima stebėti netgi tiesiogiai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dešimt kartų ryškesnė supernova. Supernovos yra žvaigždžių sprogimai, galintys sušvisti ryškiau, nei visos galaktikos žvaigždės kartu sudėjus. Egzistuoja keli jų tipai, bet kiekvieno tipo supernovos yra gana panašios viena į kitą. Tačiau kartais pasitaiko išimčių – 2016 metais užfiksuotas sprogimas buvo dešimt kartų ryškesnis, nei įprastos supernovos. Tai yra energingiausia kada nors aptikta supernova. Supernovos metu išskiriama energija pasiskirsto į tris pagrindinius tipus: neutrinų srautą, kinetinę dujų energiją ir fotonus. Neutrinai praktiškai nesąveikauja su medžiaga. Fotonai pasiekia mūsų teleskopus ir leidžia apskaičiuoti sprogusios žvaigždės savybes. Dujos gali būti įgreitintos iki dešimčių tūkstančių kilometrų per sekundę; pasiekusios aplink žvaigždę buvusią medžiagą, jos sukuria stiprias smūgines bangas, kuriose kyla papildoma spinduliuotė. Iki šiol ryškiausios aptiktos supernovos išspinduliuodavo apie dešimtadalį visos savo energijos, o ši, SN2016aps, atrodo, išspinduliavo kone pusę. Anksčiau buvo aptikta keletas panašiai šviesių žybsnių, bet nebuvo įmanoma nustatyti, ar tai supernovos, ar aktyvių galaktikų branduolių suaktyvėjimo epizodai. SN2016aps įvyko tikrai ne savo galaktikos centre, todėl astronomai gali būti tikri, kad tai yra supernova. Tyrėjai teigia, jog tai greičiausiai yra porinio nestabilumo supernova – tokie sprogimai ištinka pačias masyviausias žvaigždes, kurių centre temperatūra išauga tiek, jog iš fotonų ima gimti elektronų-pozitronų poros, taip sumažėja slėgis, žvaigždė ima trauktis dėl gravitacijos, o jos išoriniai sluoksniai išsilaksto į šalis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Potvyninį suardymą išgyvenusi žvaigždė. Kartais žvaigždės praskrenda labai arti supermasyvių juodųjų skylių ir yra sudraskomos į gabalus. Tai vadinama potvyniniu suardymu; suardytos žvaigždės liekanos krenta į juodąją skylę ir ima švytėti, o šviesis kinta labai aiškia priklausomybe nuo laiko. Suardymas priklauso nuo tankio: kuo tankesnė žvaigždė, tuo sunkiau ją suardyti. Žvaigždės toli gražu nėra homogeniški kūnai – jų tankis didėja, artėjant prie centro. Taigi galima situacija, kai priartėjusi prie juodosios skylės žvaigždė praranda išorinius sluoksnius, bet jos centrinė dalis išlieka nesuardyta. Gali būti, kad toks atvejis neseniai buvo aptiktas. Pernai galaktikos GSN 069 centre aptiktas gana reguliariai pasikartojantis rentgeno spindulių šaltinis, sutampantis su centrine supermasyvia juodąja skyle. Pastaroji yra palyginus nedidelė – 400 tūkstančių Saulės masių; įprastai centrinių juodųjų skylių masės matuojamos milijonais ar net milijardais Saulės masių. Rentgeno žybsniai vyksta maždaug kas devynias valandas ir trunka apie valandą, jų metu šviesis išauga apie šimtą kartų. Naujojo tyrimo autorius teigia, kad vienintelis žybsnius paaiškinantis mechanizmas yra žvaigždė, elipsiška orbita besisukanti aplink juodąją skylę ir sukelianti nestabilumus dujų diske aplink ją. Įvertinus įmanomą žvaigždės masę ir spindulį paaiškėja, kad žvaigždė turėtų būti labai mažos – penkis kartus mažesnės nei Saulės – masės baltoji nykštukė. Įprastai jos tokios mažos nebūna, tačiau ji galėjo atsirasti, jei didesnė žvaigždė, pavyzdžiui raudonoji milžinė, kurios branduolys jau buvo bevirstąs į nykštukę – pralėkė pro juodąją skylę ir neteko didelės dalies išorinio sluoksnio. Apie potvyninį suardymą byloja ir juodosios skylės masė – būtent prie tokios masės kūnų šie įvykiai yra dažniausi. Pasikartojantys žybsniai turėtų trukti neilgai, bent jau kosminiais mastais, – vos kelis tūkstančius metų, taigi faktas, kad pavyko aptikti nors vieną atvejį, reiškia, kad tokių turėtų būti gana daug. Per milijardus metų tokios dalinai suardytos žvaigždės gali reikšmingai išauginti mažų supermasyvių juodųjų skylių masę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nevienodų juodųjų skylių susijungimas. Praėjus vos ketveriems metams nuo pirmojo gravitacinių bangų signalo aptikimo, šie įvykiai jau tapo moksline kasdienybe. Pernai balandį pradėtas trečiasis LIGO stebėjimų etapas duoda vidutiniškai po vieną tikrą signalą per savaitę, taigi jau galima daryti įvairiapusę statistinę juodųjų skylių populiacijos analizę. Taip pat jau aptikti visi trys svarbiausi įvykių tipai – dviejų juodųjų skylių susijungimas, dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimas bei juodosios skylės ir neutroninės žvaigždės susijungimas. O dabar pranešta, kad prieš metus užfiksuotas įvykis GW190412 taip pat buvo neįprastas, ir labai svarbus: jo metu susijungė dvi labai skirtingos masės juodosios skylės. Apskaičiuoti poros parametrai tokie: masyvesnė juodoji skylė buvo 30 kartų masyvesnė už Saulę, mažesnioji – tik aštuonis kartus masyvesnė. Tokie įvykiai labai svarbūs, norint tiksliau patikrinti teorines gravitacinių bangų signalo prognozes. Kai jungiasi dvi panašios masės juodosios skylės, atsklindantis signalas yra paprastesnis – panašesnis į tvarkingą sinusoidę. Kuo masių santykis didesnis, tuo signalo forma sudėtingesnė – moksliškai sakoma, kad tampa svarbesnės aukštesnės eilės harmonikos, panašiai kaip overtonai muzikoje. GW190412 analizė parodė, kad signale tikrai yra reikšmingų overtonų, o jų amplitudė puikiai atitinka teorinę prognozę. Taigi juodosios skylės tikrai jungiasi taip, kaip numato bendroji reliatyvumo teorija. Taip pat įvertinta, kad tikimybė aptikti tokio didelio masių santykio besijungiančią porą nėra didelė, bet tikrai neišeina iš statistiškai tikėtinų galimybių intervalo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Gravitacinės bangos, atrastos vos prieš keletą metų, tampa rimtu įrankiu astronominiuose tyrimuose. Praėjusios savaitės naujienose net du pranešimai apie jų panaudojimą: vienas – supernovų sprogimams tyrinėti, kitas – žvaigždžių spiečiams. Kol kas tai tik teoriniai modeliai, bet laikui bėgant jie gali tapti praktika. Dar bangos, tik garso, figūruoja bandymuose atkurti galimą Marso branduolio struktūrą ir žvaigždžių pulsacijų tyrimuose. Kitose žiniose – lazeriu varomas mėnuleigis, Plutono atmosferos tyrimai, neutrinų kilmės paieškos ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Čia matote mūsų Mėnulį. Bet tokio jo gyvai nepamatysite. Net jei jūsų akys būtų daug jautresnės, vis tiek tokio Mėnulio pamatyti nepavyktų, nes ši nuotrauka iš tiesų yra montažas iš keturiolikos vaizdų, pagautų per dvi savaites. Iš kiekvienos nuotraukos astrofotografas Andrew McCarthy paėmė tik dalį, esančią šalia terminatoriaus – juostos, skiriančios dieninę ir naktinę palydovo puses. Saulės šviesos metami šešėliai ties terminatoriumi išryškina visus paviršiaus netolygumus. Mėnuliui sukantis aplink Žemę, terminatoriaus juosta slenkasi, tad kasdien išryškėja vis kita paviršiaus dalis. Surinkus visų nuotraukų gabaliukus į vieną ir tvarkingai sujungus, gauname tokį paryškintą mūsų palydovo vaizdą.

***

Lazerinis mėnuleigis. Netoli Mėnulio ašigalių esama kraterių, kurių dugno niekad neapšviečia Saulė. Orbitinių zondų stebėjimai sufleruoja, kad ten gali būti daug vandens ledo. Pastarasis ne tik įdomus moksliniu požiūriu, bet ir labai naudingas būsimiems Mėnulio kolonistams. Kraterių tyrinėjimo planai susiduria su didele problema – kaip suteikti energijos ten važiuojančiam mėnuleigiui? Saulės baterijos tamsiame krateryje nenaudingos, o radioizotopinis generatorius yra sunkus ir sudėtingas. Be to, gali netyčia ištirpdyti krateryje esantį ledą ir netgi paskandinti patį mėnuleigį. Europos kosmoso agentūra neseniai išbandė galimą sprendimą – energijos perdavimą lazerio spinduliu. Mėnuleigį energija aprūpinti galėtų stacionarus paviršinis zondas, kuris savo ruožtu gautų energiją iš Saulės. Mėnuleigis energiją priimtų naudodamas specialiai pritaikytą Saulės bateriją; planuojama, kad toks perdavimo būdas veiktų iki 15 kilometrų atstumu. Prie baterijos būtų pritaisytas ir valdomas reflektorius – atspindimas lazerio spindulys leistų mėnuleigiui komunikuoti su zondu. Kol kas sistema išbandyta Tenerifės saloje, kurios reljefas primena Mėnulio paviršių. Kada toks mėnuleigis galėtų išskristi į Mėnulį – nepranešama. Tiesa, jau suplanuota ir galima misijos vieta – de Gerlache ir Shackleton krateriai prie Pietų ašigalio.

***

Marso branduolio sandara. Marso branduolys greičiausiai susideda iš geležies ir sieros mišinio, bet įmanomos ir kitos priemaišos. Nustatyti sudėtį įmanoma nagrinėjant seisminius – planetos drebėjimų – duomenis, bet tam reikia žinoti, kaip garso bangos sklinda branduolio medžiagoje. Naujame tyrime pristatomi laboratoriniai tyrimai, kuriuose šis greitis išmatuotas. Tyrimams pasirinkti trys bandiniai – grynos geležies ir dviejų skirtingų koncentracijų geležies-sieros mišiniai. Mėginiai įkaitinti šiek tiek virš lydymosi temperatūros – 1500 laipsnių – ir suspausti iki 20 gigapaskalių. Panašus slėgis, tikėtina, egzistuoja Marso branduolio pakraštyje. Paleidus per bandinius vibracijas, išmatuotas jų judėjimo greitis – 4680 metrų per sekundę, daugiau nei 13 kartų greičiau už garso greitį ore. Įdomu tai, kad greitis pasirodė nepriklausomas nuo mėginio sandaros ir beveik nepriklausomas nuo slėgio. Tai reiškia, kad bet kokie nukrypimai nuo šios greičio vertės reikštų, jog Marso branduolyje yra kitokių priemaišų, ne tik sieros. Jei paaiškėtų, kad ten yra, pavyzdžiui, silicio ir deguonies, tai reikštų, kad jaunystėje Marsas patyrė stiprų smūgį, sujaukusį visą planetos sandarą, panašiai kaip Mėnulį suformavęs smūgis sujaukė Žemę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Europos geizeriai. Kartais net dviejų dešimtmečių senumo duomenys gali atskleisti naujų kosminių įdomybių. Būtent taip nutiko, kai NASA mokslininkai iš naujo pažvelgė į Galileo zondo darytas Europos nuotraukas. Galileo skraidė aplink Jupiterį ir jo palydovus 1995-2003 metais, o nagrinėjamos nuotraukos darytos 1998-aisiais. Tuo metu buvo padaryta keletas aukštos raiškos nuotraukų, bet jos buvo nespalvotos, tuo tarpu spalvotos nuotraukos yra tik žemos raiškos. Mokslininkai apjungė abu duomenų rinkinius, perkėlė spalvinę informaciją į aukštos raiškos nuotraukas ir taip išryškino Europos paviršiaus įvairovę. Nuotraukose atsiskleidžia daug kur Europoje matomas chaotiškas paviršius (angl. Chaos terrain) – lygumų, kalnagūbrių ir įtrūkimų mišinys. Manoma, kad tose vietose paviršius visaip judėjo prieš sustingdamas, todėl susiformavo tokia struktūrų maišalynė. Kol kas nežinia, kaip iš tiesų susiformuoja chaotiškas paviršius, ar už jį atsakingi asteroidų smūgiai, ar Jupiterio gravitacija. Pagerintos nuotraukos gali padėti atsakyti į šį klausimą.

Atidžiau analizuodami Galileo duomenis, mokslininkai taip pat aptiko netiesioginių įrodymų, kad zondas praskrido pro geizerį, besiveržiantį iš palydovo poledinio vandenyno. Apie geizerių egzistavimą žinome jau keletą metų – atradimas padarytas remiantis Hubble teleskopo nuotraukomis. Tuo tarpu Galileo, skrajodamas aplink Europą, neaptiko energingų protonų, nors jų buvo tikėtasi. Skaitmeniniu modeliu tyrėjai parodė, kad energingi protonai galėjo pranykti sąveikaudami su trumpalaike Europos atmosfera – išsiveržusio geizerio garais. Efektas turėtų būti lokalus ir trumpalaikis, taigi geizeris turėjo veržtis netoli nuo Galileo skrydžio vietos. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Plutono atmosferos tyrimai. 2015 metų liepą New Horizons zondas praskrido pro Plutoną ir padarė daugybę nykštukinės planetos nuotraukų. Kai kuriose iš jų matyti ir jos atmosfera – netikėtai sudėtinga ir sluoksniuota, nors ir gana reta. Apie atmosferos egzistavimą Plutone mokslininkai žinojo jau seniau, ji buvo tiriama ir iš Žemės. Tačiau pastarieji tyrimai buvo riboti, nes atmosfera stebėta tik okultacijų metu – kai Plutonas praskriedavo tarp mūsų ir tolimos žvaigždės, trumpam pastarąją pritemdydamas. Viena tokia okultacija įvyko ir 2015 birželį, vos dvi savaitės iki New Horizons vizito. Dabar paskelbta jos metu surinktų duomenų analizė. Okultacija buvo matoma virš Naujosios Zelandijos, taigi ten nugabentas teleskopas SOFIA, įrengtas modifikuotame Boeing lėktuve. Lėktuvas pakyla virš didžiosios dalies Žemės atmosferos, o tai leidžia vykdyti ne tik regimųjų, bet ir infraraudonųjų spindulių stebėjimus. Apjungus šiuos duomenis su New Horizons darytais radijo ir ultravioletiniais stebėjimais, pavyko sukalibruoti ankstesnius antžeminius stebėjimus. Taip pat paaiškėjo, kad Plutono atmosfera praktiškai nepakito per ketverius metus, lyginant stebėjimus 2011, 2013 ir 2015 metais. Tai reiškia, kad atmosfera yra ilgalaikė ir gana stabili. Taip pat patvirtinta, kad atmosferoje yra miglos – mažų nepermatomų dalelių, pakilusių nuo paviršiaus. Šis atradimas padės patobulinti Plutono atmosferos modelius, o tolesni panašūs stebėjimai – sekti jos pokyčius laikui bėgant. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

TRAPPIST-1 planetų orbitų kryptys. Planetos formuojasi kartu su savo žvaigždėmis iš protoplanetinio disko. Disko plokštuma turėtų būti statmena žvaigždės sukimosi ašiai, tad ir planetų orbitos turėtų sutapti su žvaigždės sukimusi. Saulės sistemoje taip ir yra – planetų orbitos į Saulės ašį pasvirusios ne daugiau nei 6 laipsniais. Tuo tarpu kai kurių kitų planetinių sistemų konfigūracija gerokai skiriasi, ir nežinia, ar tai atspindi kokius nors pokyčius formavimosi metu, ar vėlesnius sukrėtimus. Naujame tyrime išnagrinėta TRAPPIST-1 sistemos konfigūracija ir nustatyta, kad planetų orbitų ašys beveik sutampa su žvaigždės. TRAPPIST-1 sistema garsi tuo, kad joje žinomos net septynios uolinės planetos, iš kurių net trys skrieja žvaigždės gyvybinėje zonoje, kitaip tariant, jų paviršiuje galėtų būti skysto vandens. Stebėdami trijų planetų tranzitus, mokslininkai išmatavo, kiek pasikeičia žvaigždės spektras tranzito metu ir taip apskaičiavo, kokiu kampu planeta juda žvaigždės disku. Tranzito pradžioje planeta uždengia artėjančią mūsų link – mėlynesnę – žvaigždės dalį, todėl žvaigždės spektras truputį paraudonuoja; tranzito pabaigoje uždengiama tolstanti dalis, todėl spektras pamėlynuoja. Tikslus spektro kitimas tranzito metu leidžia nustatyti planetos judėjimo kryptį. Paaiškėjo, kad kampas tarp planetų orbitų ašių ir žvaigždės sukimosi ašies yra apie keliolika laipsnių, nors gali būti ir mažesnis, vos kelių laipsnių. Tad atrodo, kad TRAPPIST-1 sistema ir formavosi, ir evoliucionavo ramiai, be sukrėtimų, kurie galėtų išstumdyti planetų orbitas. Gaudami duomenų apie didesnio skaičiaus ir įvairesnių planetinių sistemų konfigūraciją, mokslininkai galės vis tiksliau įvertinti galimą jų evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Geležis egzoplanetos atmosferoje. Gerėjant prietaisams ir analizės algoritmams, vis daugiau išsiaiškiname apie egzoplanetų atmosferas. Praeitą savaitę paskelbta apie pirmą kartą atmosferoje aptiktą geležies spinduliuotę. Taip pat tai yra pirmas kartas, kai egzoplanetos atmosferoje aptikta pavienio atomo spinduliuotė – anksčiau būdavo aptinkamos arba molekulės, arba spinduliuotės sugertis, arba ir viena, ir kita. Planeta KELT-9b aplink savo žvaigždę apsisuka per 36 valandas ir yra visada atsukusi jai vieną pusę. Būtent karštojoje planetos pusėje ir aptikta spinduliuotė; tą padaryti padėjo labai tiksli planetos ir žvaigždės spektro analizė. Per aštuonias valandas trukusius stebėjimus surinkta pakankamai duomenų, kad pavyktų pamatyti tūkstančius planetos spektro linijų. Tarp jų ir aptikta geležis – šio elemento spektro linijos intensyvumas siekė apie 40% planetos kontinuumo spinduliuotės intensyvumo, arba kiek mažiau nei 0,01% bendro žvaigždės ir planetos šviesio. Apskritai aptikti geležį šioje planetoje nebuvo netikėta – prieš keletą metų elementas ten aptiktas planetos tranzito metu, išmatavus sugerties liniją. Naujieji stebėjimai leido įvertinti, kiek geležies yra planetoje: jos gausa apie tris kartus viršija gausą žvaigždėje. Taip pat panašu, kad geležies spinduliuotė sklinda iš viršutinių atmosferos sluoksnių, kur slėgis yra gana žemas. Šie sluoksniai yra šiltesni už žemesnius, greičiausiai dėl žvaigždės spinduliuotės poveikio; toks efektas vadinamas šilumine inversija. Ateityje panaši analizė padės geriau suprasti ir kitų egzoplanetų atmosferas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pulsuojančių žvaigždžių periodai. Visos žvaigždės virpa, vienos stipriau, kitos silpniau. Virpesių dažnis ir amplitudė priklauso nuo žvaigždės sandaros, todėl tyrinėdami pirmuosius, galime geriau suprasti ir pastaruosius. Šiandieniniai žvaigždžių struktūros modeliai gerai paaiškina stebimus virpesius į Saulę panašiose žvaigždėse, raudonosiose milžinėse, labai masyviose žvaigždėse ir baltosiose nykštukėse. Visgi kai kurių žvaigždžių vibracijos paaiškinimui nesiduoda; pavyzdžiui, jaunos žvaigždės, vadinamos Skydo deltos kintančiosiomis. Šių žvaigždžių masė siekia 1,5-2,5 Saulės masės; jų šviesis nuolatos kinta, bet iki šiol nepavyko rasti jokių kitimo dėsningumų. Egzoplanetų paieškos kosminio teleskopo TESS surinkti duomenys padėjo užpildyti šią spragą. TESS labai tiksliai fiksuoja žvaigždžių šviesio kitimus, nes to reikia, norint aptikti žvaigždžių tranzitus. Tuose pačiuose duomenyse matyti ir natūralūs žvaigždžių šviesio pokyčiai, taigi juos galima išnaudoti žvaigždžių vibracijoms tirti. Išanalizavę tūkstančių Skydo deltos tipo žvaigždžių, tyrėjai atrado 60, kuriose matyti periodiški vienodo tipo pulsavimai. Kiekvienas pulsavimo tipas – bangos, sklindančios žvaigždėje, pobūdis – sukuria tam tikrą vibracijų dažnių spektrą, o dažnius skiria charakteringas intervalas. Visoms 60 žvaigždžių šis intervalas yra apie 7,5 vibracijos per parą, o individualių žvaigždžių vibracijos siekia iki 70 vibracijų per parą. Visos reguliariai pulsuojančios žvaigždės yra gana jaunos, kai kurios vis dar skrieja vadinamosiose „judančiose grupėse“ – kartu susiformavusių žvaigždžių telkiniuose, kurie paprastai subyra per kelias dešimtis milijonų metų. Šis atradimas užpildo nemenką spragą žiniose apie žvaigždžių pulsacijas ir ateityje padės daug tiksliau identifikuoti žvaigždžių grupių amžių bei kitas savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Susiliejimai žvaigždžių spiečiuose. Gravitacinių bangų signalai aptinkami, kai susijungia du kompaktiški masyvūs kūnai, pavyzdžiui juodoji skylė ir neutroninė žvaigždė. Tokie susijungimai gali vykti mažo tankio aplinkoje – astrofizikoje tai vadinama „lauku“ – arba žvaigždžių spiečiuose. Naujame tyrime teigiama, kad susijungimai šiose aplinkose turėtų labai skirtis vieni nuo kitų. Remdamasis skaitmeniniais modeliais, mokslininkas įvertino, kaip greitai susijungų juodoji skylė ir neutroninė žvaigždė, jei jas veiktų aplink esančių žvaigždžių gravitacija. Lauke šis efektas nesvarbus ir susiliejimas įvyksta vien dėl gravitacinių bangų išspinduliavimo. Tuo tarpu spiečiuje aplinkos gravitacija pagreitina susiliejimą ir gali sudaryti sąlygas juodajai skylei praryti neutroninę žvaigždę, šios nesuardžius. Tokiu atveju susiliejimo metu neįvyktų elektromagnetinės spinduliuotės žybsnis. Būtent taip atrodė pernai aptiktas pirmasis juodosios skylės ir neutroninės žvaigždės susiliejimas, taigi gali būti, kad jis įvyko žvaigždžių spiečiuje. Taip pat skaitmeniniai modeliai parodė, kad spiečiuose juodosios skylės gali būti gerokai masyvesnės, nei lauke, nes per spiečiaus gyvenimą jos galėjo keletą kartų susijungti su kitomis. Tyrime įvertinta, kad Paukščių Tako spiečiuose tokie susiliejimai gali įvykti kartą per 3-100 milijardų metų, taigi sudėjus visus spiečius, galima tikėtis kelių susiliejimų per milijardą metų. Aplinkinių galaktikų centruose esančiuose žvaigždžių spiečiuose susiliejimai turėtų būti dažnesni – iki dešimties per milijardą metų kiekvienoje galaktikoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications Physics.

***

Supernovų modeliai. Supernovų sprogimai – masyvių žvaigždžių mirtys – gali būti gravitacinių bangų šaltiniai, nes sprogimai vyksta ne visai sferiškai simetriškai. Signalo savybės turėtų priklausyti nuo žvaigždės masės, sukimosi ir kitų savybių, taigi žinodami šias priklausomybes galėtume nustatyti ir atitinkamas savybes. Naujame tyrime sumodeliuoti trijų žvaigždžių sprogimai parodė, kad per artimiausią dešimtmetį pradėsiantys veikti detektoriai tokius įvykius galėtų užfiksuoti ir mūsų, ir gretimose galaktikose. Pasirinktos žvaigždės už Saulę masyvesnės 18, 20 ir 39 kartus, pastaroji žvaigždė sparčiai sukasi, pirmos dvi – ne. 18 Saulės masių žvaigždė yra raudonoji milžinė, o kitos dvi – truputį daugiau evoliucionavusios Wolf-Rayet žvaigždės. Modelio metu nagrinėjama tik maždaug sekundės trukmės žvaigždžių evoliucija tuo metu, kai jų branduolyje sustoja termobranduolinės reakcijos ir gali prasidėti supernovos sprogimas. Du masyvesni modeliai per tą sekundę ir susprogsta, o mažiausia nagrinėta žvaigždė – ne. Ji turbūt išlakstytų į šalis vėliau, bet tai būtų kiek ramesnis procesas. Išspinduliuojamos gravitacinės bangos, pasirodo, stipriai priklauso nuo žvaigždės sukimosi: masyviausios greitai besisukančios žvaigždės signalą galima aptikti net dviejų megaparsekų atstumu (vertinant planuojamų detektorių galimybes). Tokiu atstumu yra visa Vietinė galaktikų grupė, taigi daugiau nei šimtas galaktikų; jose galima tikėtis aptikti po vieną supernovos sprogimą kas keletą metų. Tiesa, mažesnių žvaigždžių sprogimai būtų aptinkami tik kelių šimtų kiloparsekų atstumu – maždaug Paukščių Take ir dalyje palydovinių galaktikų. Jose supernovų galima tikėtis kartą per 50-100 metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supermasyvių juodųjų skylių neutrinai. Neutrinai yra ypatingai mažos masės elementariosios dalelės. Jos beveik visiškai nesąveikauja su medžiaga: pavyzdžiui, per sekundę jūsų kūną kerta daugiau nei trilijonas neutrinų, bet jokio pastebimo poveikio jums, ar kitiems objektams, jie neturi. Neutrinų detektoriai dažniausiai yra didžiuliai labai jautrūs vandens ar ledo pripildyti rezervuarai – tik dideliame tūryje yra šansų reguliariai pagauti labai retas neutrinų ir kitų dalelių sąveikas. Jau daugiau nei pusšimtį metų žinoma, kad daug neutrinų atlekia iš Saulės. 1987 metais pirmą kartą aptikti neutrinai iš už Saulės sistemos ribų, atskridę iš supernovos sprogimo. Pastaruoju metu vis dažniau užfiksuojami neutrinų srautai iš tolimų energingų šaltinių. Dabar naujame tyrime nustatyta, kad vienas neutrinų šaltinis yra žybsniai aktyviuose galaktikų branduoliuose. Išnagrinėję tikėtinas kryptis, iš kurių atsklinda energingiausi Antarktidoje aptikti neutrinai, tyrėjai nustatė, kad tomis kryptimis egzistuoja ir aktyvūs branduoliai, skleidžiantys stiprią radijo spinduliuotę. Tikimybė, kad toks erdvinis sutapimas yra atsitiktinis, tėra 0,2%. Taip pat nustatyta, kad energingiausi neutrinai Žemę pasiekė maždaug tuo pat metu, kaip ir radijo bangų ruože matomi žybsniai tokiuose aktyviuose branduoliuose. Taigi greičiausiai neutrinų šaltiniai yra būtent šie objektai. Manoma, kad radijo žybsniai kyla labai greitos medžiagos čiurkšlėse, kurias išspjauna akrecinis diskas aplink supermasyvią juodąją skylę, bet tik tuo atveju, jei čiurkšlės nukreiptos tiesiai į mus. Į mus nukreiptos čiurkšlės taip pat turėtų skleisti daug gama spindulių; ir tikrai, iš šių aktyvių branduolių atsklinda ir gama spinduliuotė. Tačiau gama spindulių ir neutrinų srautai visiškai nekoreliuoja tarpusavyje, taigi panašu, kad neutrinus sukuria lokaliai kitokie procesai, nei gama spinduliuotę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Reliatyvumo teorija yra vienas iš šiandieninės fizikos pagrindų. Jai atsirasti prireikė nemažai laiko, o išsivystė ji iš bandymų paaiškinti šviesos judėjimą ir elektromagnetines bangas. Iš pradžių šviesos judėjimui aiškinti buvo pasitelkta eterio koncepcija, vėliau ji paneigta, bet ją verta prisiminti kaip žingsnį teisingesnio pasaulio vaizdo link. Plačiau apie tai pasakoja PBS Space Time:

***

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

Laiqualasse

Kosminiai kūnai gyvena nepalyginamai ilgiau, nei žmonės, bet ir jų gyvenimuose galima išskirti jaunystę, brandą ir senatvę. Praėjusios savaitės naujienose randame kelis pranešimus apie skirtumus tarp šių laikotarpių: jaunos žvaigždės žybsnių, planetų formavimosi bei atmosferų nupūtimo, protingų civilizacijų egzistavimo klausimus. Taip pat sužinome, kad Titane greičiausiai vyksta kriovulkanizmas, asteroidas Vesta bent dalį vandens gavo iš dulkių, senesnių už Saulės sistemą, ir susipažįstame su bandymais aptikti labai arti viena kitos skriejančias dvinares supermasyvias juodąsias skyles. Gero skaitymo!

***

Saulės poveikio jungtinė analizė. Šiuo metu Saulė yra minimalaus aktyvumo būsenoje – jos paviršiuje mažai dėmių, vėjas yra silpnas ir tolygus, praktiškai nevyksta žybsniai. Toks laikotarpis puikiai tinka tyrinėti Saulės įtaką visos sistemos mastu, nes bet kokius pasikeitimus galima sekti nuo Saulės paviršiaus iki planetų. Būtent tokia yra jungtinio įvairių observatorijų projekto Visos heliosferos ir planetų sąveikų (Whole Heliosphere and Planetary Interactions, WHPI), esmė. Projekte dalyvauja įvairios Saulę stebinčios observatorijos, Saulės aplinką tyrinėjantis Parker zondas, Žemės magnetosferą stebintys instrumentai ir netgi Marsą tyrinėjantis zondas MAVEN. Parker zondas šių metų pradžioje ketvirtą kartą praskrido arti Saulės; šįkart jo trajektorija praėjo tiksliai tarp Saulės ir Žemės, taigi buvo užfiksuotos Saulės vėjo struktūros, po kelių dienų pasiekusios Žemę. Saulę stebinčios observatorijos šias struktūras galėjo susieti su dariniai Saulės paviršiuje. Parker užfiksuotos struktūros yra smulkesnės ir sudėtingesnės, nei įmanoma įžvelgti Saulės paviršiuje ar užfiksuoti ties Žeme. Nors kol kas duomenų analizė nebaigta, tyrėjai tikisi, kad šie rezultatai padės susieti Saulės vėjo savybes, stebimas Žemės aplinkoje, su gerokai smulkesne jų struktūra arti žvaigždės.

Vienas iš svarbiausių Saulės poveikių Žemei – šiluma. Energija, gaunama iš žvaigždės, nulemia ir planetos klimatą, todėl Saulės šviesio svyravimai yra labai svarbi klimato kaitos tyrimų dalis. Detaliai šie svyravimai matuojami tik kelis dešimtmečius, nors apytikriai matavimai trunka ne vieną šimtą metų. Kaip patikslinti duomenis? Vienas būdas – tyrinėti į Saulę panašias žvaigždes. Naujame tyrime pristatoma 72 žvaigždžių šviesio kintamumo analizė ir pritaikoma Saulės poveikiui modeliuoti. Žvaigždės stebėtos 1993-2017 metų laikotarpiu, taigi surinktų duomenų yra labai daug – jie prilygsta Saulės stebėjimams kone du tūkstančius metų. Remiantis šiais duomenimis sukurtas tikėtinas Saulės kintamumo modelis parodė, kad nuo 1750 metų Saulės teikiama energija Žemei svyravo ±4,5 vatų į kvadratinį metrą ribose. Tai atrodo nedaug, bet šie svyravimai yra gerokai didesni, nei kitais metodais apskaičiuota standartinė vertė -0,1±0,2 vatų į kvadratinį metrą, ir netgi didesni nei žmonijos indėlis į globalinį atšilimą – 2,2±1,1 vatų į kvadratinį metrą. Taigi kol kas šitaip apskaičiuotas Saulės kintamumas nėra labai naudingas klimato modeliams, bet tolesni stebėjimai turėtų gerokai patikslinti rezultatus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žaliuojanti Marso atmosfera. Marsas nuo Žemės skiriasi labai daug kuo, bet turi ir panašumų. Tas pat galioja ir planetų atmosferoms: nors Marse ji daug retesnė ir sudaryta praktiškai vien iš anglies dvideginio, kai kurie reiškiniai ten vyksta labai panašūs į žemiškus. Vienas jų – atmosferos sąveika su Saulės spinduliuote. Žemėje ji pasireiškia šiaurės bei pietų pašvaistėmis ir oro švytėjimu – žalsva šviesa, kuri matoma viršutinėje atmosferos dalyje, žiūrint iš šalies, pavyzdžiui iš Tarptautinės kosminės stoties. Dabar pirmą kartą žalsvas atmosferos švytėjimas užfiksuotas Marse. Europos kosmoso agentūros zondas ExoMars švytėjimą aptiko praeitų metų antroje pusėje, žiūrėdamas tiesiai žemyn į planetos paviršių. Stipriausias švytėjimas užfiksuotas 80 kilometrų aukštyje, bet jo pavyko rasti visur nuo 20 iki 400 kilometrų aukščio. Įdomu, kad Žemėje spinduliuotė kyla dėl deguonies atomų ir azoto oksido molekulių, bet Marse jų praktiškai nėra. Taigi Marse šį švytėjimą greičiausiai sukelia anglies dvideginio skilimas į atomus ir išlaisvinto deguonies spinduliuotė. Švytėjimas aptiktas ir dieninėje, ir naktinėje Marso pusėje – dieną švyti ardomas dvideginis, naktį spinduliuotė kyla dėl anglies ir deguonies jungimosi atgal į dvideginio molekules. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

Kitame tyrime nagrinėjamas chloro turinčių junginių judėjimas Marse. Pasirodo, Raudonosios planetos dulkių audros labai efektyviai atskiria chlorą nuo kitų elementų. Labai sausoje aplinkoje dulkių audros sukuria statinį elektros krūvį, kurio išlydžiai suskaldo įvairius junginius. Tyrėjai šį procesą pademonstravo eksperimentiškai. Išsiskyrusios chloro dujos gali pakilti į atmosferą, vėliau nusėsti kitur paviršiuje ir vėl sureaguoti su aplinkos metalais bei formuoti naujus chloridus. Chloro apytaka – toli gražu ne vienintelis procesas, kurį palengvina dulkių audros; kitus išnagrinėti tyrėjai ketina ateityje. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Vestos vanduo iš dulkių. Į Žemę vandenį greičiausiai atnešė asteroidai ir kometos, bet tai – ne vienintelis galimas kilmės paaiškinimas. Naujame tyrime pateikiami įrodymai, kad į asteroidą Vestą vanduo pateko su tarpžvaigždinėmis dulkėmis. Gali būti, kad panašus procesas bent dalį vandens atnešė ir į mūsų planetą. Tyrimui pasirinktas vienas meteoritas, 1942 metais nukritęs Žemėje, Sudane; 2011 metais išsiaiškinta, kad jis kilo iš Vestos. Pro mikroskopą meteorite matyti keletas granulių, visiškai nepanašių į aplinkines, o spektrometrinė analizė atskleidė, kad jos beveik neabejotinai yra ypatingai senos, susiformavusios dar prieš Saulės sistemą. Didžioji dalis tuomet egzistavusios medžiagos išsilydė ir persiformavo, tačiau dalis dulkių išliko. Nagrinėdami šias granules, mokslininkai pastebėjo jose tuštumas, susiformuojančias išgaruojant vandeniui. Tad gana pagrįstai galima teigti, jog šios kosminės dulkės atnešė kažkiek vandens į Vestą. Į Žemę taip pat turėjo patekti šiek tiek šių dulkių; tiesa, neįmanoma pasakyti, kiek daug. Tyrimo rezultatai publikuojami Geochimica et Cosmochimica Acta.

***

Vulkaniniai krateriai Titane. Saturno palydovo Titano paviršius yra labai įdomi sistema – ten teka upės, lyja lietūs ir vyksta įvairūs erozijos procesai. Tiesa, skystis ten yra ne vanduo, o metano ir etano mišinys, tuo tarpu vanduo yra ledinės palydovo plutos dalis. Dabar, analizuodami Cassini zondo nuotraukas, tyrėjai identifikavo prie Titano ašigalių esant daug vulkaninės kilmės struktūrų. Tarp jų yra kraterių, koncentrinių žiedų, iškilimų ir panašių darinių, kurie matomi ir Žemėje bei Marse prie ugnikalnių. Kai kurios struktūros yra labai jaunos, jų nespėjo suardyti atmosferinė erozija, taigi vulkanizmas ten gali vykti net ir šiuo metu. Tiesa, tai nėra lavos išsiveržimai, o kriovulkanizmas – vandens ištirpimas ir išsiveržimas pro paviršinius ledynus. Gali būti, kad kriovulkanams susidaryti padeda metanas ar etanas – tai paaiškintų, kodėl daugelis kraterių randami šalia ežerų arba patys yra užpildyti šiais skysčiais. Dar viena priežastis, kodėl krateriai randami ties ašigaliais, yra plutos storis: tose vietose jis greičiausiai yra mažesnis, todėl ir skystam vandeniui išsiveržti lengviau. Vidinio šildymo procesų egzistavimas Titano paviršių padaro dar įdomesnį ir sudėtingesnį. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Kaip anksti formuojasi planetos? Žvaigždės susiformuoja apsuptos dujų ir dulkių diskų, vadinamų protoplanetiniais diskais. Iš šio disko, dulkėms jungiantis į vis didesnius darinius, formuojasi planetos. Bet pastaraisiais metais gautos detalios diskų nuotraukos iškėlė klausimą, ar juose pakanka medžiagos planetų formavimuisi. Aplink vos 1-3 milijonų metų amžiaus žvaigždes aptiktuose diskuose dulkių tėra tiek nedaug, kad jų neužtektų net vienam Jupiteriui suformuoti. Tuo tarpu realiose planetinėse sistemose dažnai būna ir masyvesnių už Jupiterį planetų, ir ne viena. Naujame tyrime pateiktas atsakymas į šį klausimą – pasirodo, planetos ima formuotis labai anksti ir anksčiau aptikti diskai yra jau gerokai nuskurdinti. Naujajame tyrime nagrinėjamos labai jaunos besiformuojančios žvaigždės Persėjo molekuliniame debesyje. Jų amžius siekia 100-500 tūkstančių metų. Prie šių žvaigždžių aptiktų diskų masė pasirodė esanti labai didelė, pakankama, kad ten galėtų susiformuoti daug planetų. Apskaičiuotas diskų mases tyrėjai palygino su daugiau nei 2000 žinomų brandžių planetinių sistemų masėmis ir nustatė, kad visos šios sistemos galėtų susiformuoti iš tokių diskų. Taigi atrodo, kad planetų formavimasis prasideda per mažiau nei milijoną metų po žvaigždės atsiradimo, o proceso pradžioje planetos auga sparčiausiai ir labai greitai suryja didelę dalį disko medžiagos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Jaunų planetų atmosferų garavimas. Jaunos žvaigždės dažnai yra aktyvesnės už senas – dažniau žybsi energinga spinduliuote ir apskritai skleidžia daugiau rentgeno spindulių. Jie išgarina aplink žvaigždę esantį protoplanetinį diską, taip pat gali paveikti ir besiformuojančias planetas. Naujame tyrime bandoma įvertinti, kiek įtakos jauna žvaigždė Tauro V1298 gali turėti keturioms savo planetoms. Dvi artimesnės planetos yra maždaug Neptūno dydžio, tolimesnės panašios į Saturną. 23 milijonų metų amžiaus žvaigždė šiuo metu skleidžia gana daug rentgeno spinduliuotės, tačiau mokslininkai įvertino, kaip ši spinduliuotė gali keistis žvaigždei senstant. Paaiškėjo, jog rentgeno spindulių srauto turėtų pakakti, kad dviejų vidinių planetų atmosfera būtų visiškai nupūsta ir iš jų liktų tik masyvūs uoliniai branduoliai. Tiesa, tik tuo atveju, jei planetos dar nebaigė formuotis ir yra gana mažo tankio. Laikui bėgant planetų tankis auga, nes dėl gravitacijos jos susispaudžia į vis kompaktiškesnę konfigūraciją. Jei laikytume, kad planetų tankis lygus brandžių planetų, tokių kaip Neptūno, tuomet žvaigždės spinduliuotė jų atmosferų nesunaikintų net per penkis milijardus metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kiek Galaktikoje protingų civilizacijų? Pora praėjusios savaitės naujienų susijusios su gyvybės paieškomis už Saulės sistemos ribų. Pirmoji – netiesiogiai: tyrėjai pateikė tiksliausią įvertinimą, kiek panašių į Žemę planetų gali būti Paukščių Take. Atsakymas – apie šešis milijardus. Skaičius didelis, bet reikia nepamiršti, kad mūsų Galaktikoje yra apie 400 milijardų žvaigždžių, taigi žemiškų planetų turi tik maždaug viena iš 60-ies. Analizei mokslininkai pasitelkė Keplerio teleskopo surinktus duomenis apie planetų tranzitus. Kepleris negali užfiksuoti visų planetų – kai kurios netranzituoja, kitų tranzitai pernelyg menki – taigi mokslininkai sumodeliavo daugybę galimų planetų pasiskirstymų ir įvertino, kaip tokiais atvejais atrodytų Keplerio surenkami duomenys. Atradę, kokie pasiskirstymai duoda į realius panašius duomenis, tyrėjai įvertino, jog vidutiniškai šimtui į Saulę panašių žvaigždžių tenka 18 uolinių planetų gyvybinėje zonoje, kitaip tariant, Žemės analogų. Padauginę šį skaičių iš tikėtino į Saulę panašių žvaigždžių skaičiaus galaktikoje, jie gavo ir galutinį rezultatą. Ankstesnį šio skaičiaus vertinimai davė gana skirtingus rezultatus – nuo mažiau nei milijardo iki daugiau nei 400 milijardų žemiškų planetų Galaktikoje. Naujasis įvertinimas yra tikslesnis ir detalesnis, tad juo pasitikėti galima labiau. Tyrimo rezultatai arXiv.

Kitame, daug žiniasklaidoje cituotame, tyrime bandoma atsakyti į klausimą, kiek Paukščių Take galėtų būti civilizacijų, šiuo metu skleidžiančių aptinkamus radijo signalus. Šį klausimą astronomai nagrinėja daugiau nei pusšimtį metų, daugmaž nuo Franko Drake`o ir jo vardo lygties laikų. Naujojo tyrimo autoriai panaudojo geriausias šiandienines žinias apie žvaigždžių formavimosi spartą, jų cheminę sudėtį, uolinių planetų dažnumą prie skirtingų žvaigždžių ir taip toliau. Taip pat jie pasirėmė keliomis prielaidomis apie tai, kiek laiko gali prireikti technologinei civilizacijai susiformuoti, ir kiek laiko ji gali skleisti aptinkamus signalus. Laikant, kad susiformavimas trunka 4,5-5,5 milijardo metų, o signalus civilizacija siunčia tik šimtą metų, Paukščių Take šiuo metu gali būti nuo kelių iki poros šimtų civilizacijų, tikėtiniausias skaičius – 36. Tikimybė nors vieną jų aptikti su šiandieninėmis technologijomis yra nykstamai maža, nes jos greičiausiai yra labai toli, bent už penkių kiloparsekų nuo mūsų. Iš kitos pusės, kaip ir visi analogiški skaičiavimai, taip ir šis remiasi keliomis esminėmis prielaidomis, kurių gerumo patikrinti negalime ir turbūt negalėsime, kol nerasime nežemiškos gyvybės ar netgi technologinės civilizacijos egzistavimo įrodymų. Tad jei jūsų kas nors paklaus, kiek protingų civilizacijų gali būti Paukščių Take, drąsiai sakykite – 42. Atsakymas tikrai ne klaidingesnis, nei bet koks kitas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nežemiškas civilizacijas galima aptikti pagal jų technopėdsakus – signalus, sklindančius iš jų sukurtų technologijų. Kai kurie signalai, tokie kaip radijo bangos, aptarinėjami ne vieną dešimtmetį. Bet kiti signalai gali būti pavojingi, netikėti, bauginantys ar tiesiog keisti. Apie juos pasakoja John Michael Godier:

***

Jaunos Saulės analogės žybsnis. Saulė ir į ją panašios žvaigždės kartkartėmis sužimba – per trumpą laiką išspinduliuoja daug ultravioletinių, rentgeno ar net gama spindulių. Dabar žybsnis užfiksuotas jaunesnėje nei bet kada anksčiau į Saulę panašioje prožvaigždėje. HOPS 383, nuo mūsų nutolusi per maždaug 400 parsekų, palyginus neseniai susitraukė į žvaigždinio dydžio kūną. Jos gelmėse jau žiebiasi termobranduolinės reakcijos, bet didžioji dalis spinduliuotės kyla iš dujų, krentančių į žvaigždę (toks yra prožvaigždės apibrėžimas). HOPS 383 gaubiantis apvalkalas kol kas yra masyvesnis už pačią prožvaigždę; pasibaigus formavimosi procesui, naujoji žvaigždė turėtų siekti maždaug pusę Saulės masės. 2017 metų gruodį Chandra kosminis rentgeno teleskopas užfiksavo žybsnį, sklindantį iš šios sistemos, trukusį daugiau nei tris valandas. Žybsnio metu prožvaigždės rentgeno spinduliuotė išaugo bent dešimt kartų; žybsnio šviesis daugiau nei 2000 kartų viršijo galingiausią žinomą Saulės žybsnį. Žybsnio profilis – staigus šviesio išaugimas ir lėtas sumažėjimas – labai panašus į labiau išsivysčiusių, bet vis dar labai jaunų žvaigždžių žybsnius. Žybsniai kyla dėl magnetinių procesų, taigi šis atradimas įrodo, kad net ir tokioje jaunoje žvaigždėje vyksta panašūs magnetiniai reiškiniai, kaip ir subrendusiose žvaigždėse. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Į Saulę panašios žvaigždės mirdamos nusimeta išorinius sluoksnius, kurie pasklinda kaip ūkas. Dėl istorinių priežasčių šie ūkai vadinami planetiniais – kadaise pro teleskopus jie atrodė panašūs į planetas, ypač Uraną ir Neptūną. Šiose naujose Hablo nuotraukose matome du jaunus, labai dulkėtus ir greitai besivystančius ūkus. Ūkų išvaizda keitėsi vos per porą dešimtmečių, taigi šiuos pokyčius galima sekti realiose nuotraukose, kuriose atsiskleidžia smūginės bangos ir kiti greitai judantys dariniai.

***

Laisvasis kritimas prie pulsarų. Ar gravitacija visus objektus veikia vienodai? Dar Galilėjas šią hipotezę tikrino mesdamas skirtingo svorio objektus nuo Pizos bokšto. Vėliau analogiškas teiginys tapo vienu pagrindinių Bendrosios reliatyvumo teorijos postulatų. Šis teiginys, vadinamas stipriuoju ekvivalentiškumo principu, teigia, jog kūnas, judantis gravitaciniame lauke, jaučiasi taip, lygtai laisvai kristų neveikiamas jokių jėgų. Naujame tyrime pristatomas tiksliausias postulato teisingumo patikrinimas, atliktas remiantis trinarės žvaigždės PSR J0337+1715 stebėjimais. Sistemą sudaro pulsaras – 366 kartus per sekundę aplink savo ašį apsisukanti neutroninė žvaigždė – ir dvi baltosios nykštukės. Visi trys objektai yra labai maži, tad jų gravitacinė trauka arti paviršiaus labai stipri, bet neutroninės žvaigždės – daug stipresnė, nei baltosios nykštukės. Šešerius metus sistema labai reguliariai stebėta radijo teleskopu, tai leido sukurti detaliausią jos judėjimo modelį. Išnagrinėjus visų trijų žvaigždžių judėjimą paaiškėjo, kad baltosios nykštukės ir neutroninės žvaigždės jaučiami gravitaciniai pagreičiai skiriasi ne daugiau nei viena milijonine dalimi. PSR J0337+1715 šiuo tikslu buvo tyrinėta ir anksčiau, bet ankstesnis rezultatas buvo gerokai mažiau patikimas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dvigubi aktyvūs galaktikų branduoliai. Kone kiekvienoje galaktikoje egzistuoja supermasyvi juodoji skylė. Kai dvi galaktikos susijungia, po kurio laiko turėtų susijungti ir jų juodosios skylės, bet skaitmeniniai modeliai rodo, kad tam gali prireikti kelių šimtų milijonų metų. Visą šį laiką galaktikoje turėtų egzistuoti du branduoliai, o atstumas tarp jų nuolat po truputį mažėti. Kol atstumas didelis, branduolius galima išskirti stebint galaktiką, bet juodosioms skylėms suartėjus, jų aplinkos vaizdai susilieja į vieną. Tada jas įmanoma išskirti kitais būdais – pavyzdžiui, ieškant periodinių spinduliuotės svyravimų. Mat jei dvi juodosios skylės sukasi viena aplink kitą, tai jos reguliariai artėja prie mūsų arba nuo mūsų tolsta. Artėjančios juodosios skylės aplinka švyti ryškiau ir mėlyniau, o tokį pokytį įmanoma išmatuoti. Ryškumo pokyčiai geriausiai matomi žvelgiant į didžiausios energijos spindulius – būtent tai padaryta naujame tyrime. Astronomai pasinaudojo devynerių metų gama spindulių stebėjimų duomenimis ir išnagrinėjo daugiau nei 2000 aktyvių galaktikų branduolių spinduliuotę, ieškodami periodinių signalų. Aktyvių branduolių spinduliuotė visą laiką kinta, tačiau neperiodiškai, tad periodinių svyravimų paiešką galima palyginti su praplaukusio laivo sukeltų bangų aptikimu audringoje jūroje. Visgi įveikę sunkumus tyrėjai identifikavo 11 galaktikų, pasižyminčių periodiškai kintančia gama spinduliuote. Vidutiniškai signalai kito dvejų metų periodu. Dabar tyrėjai ketina šias galaktikas tyrinėti detaliau, naudodami ne tik gama, bet ir ilgesnių bangų duomenis, ir taip tvirčiau nustatyti, ar ten egzistuoja dvinarės supermasyvios juodosios skylės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Lygiai prieš metus Nobelio fizikos premiją pasidalino kosmologas Jamesas Peeblesas bei du egzoplanetų medžiotojai Michelis Mayoras ir Didieras Quelozas. Pirmasis – už modernių teorinės kosmologijos pagrindų suformulavimą, kiti du – už pirmos egzoplanetos prie į Saulę panašios žvaigždės atradimą. Tada rašiau, kad astrofizika yra labai Nobeliais produktyvi fizikos šaka. Šiaip nekeista, nes kuo toliau, tuo pažinimo horizontai plečiasi į labai tolimus/didelius ir labai mažus, o astrofizika aprėpia tą pirmąją pusę.

Šiemet astrofizikos produktyvumas įrodytas dar kartą: Nobelio premiją pasidalino Rogeris Penrose`as, Reinhardas Genzelis ir Andrea Ghez. Pirmasis – už teorinį darbą, parodantį, kad juodosios skylės gali susiformuoti realių Visatoje vykstančių procesų metu iš realių astronominių objektų, o kiti du – už supermasyvios juodosios skylės egzistavimo Paukščių Tako centre įrodymą. Ką gi tai reiškia?

Apskritai kažkas panašaus į juodąsias skyles pirmą kartą paminėta XVIII a. pabaigoje, prancūzo Pierre`o Laplace`o ir anglo Johno Michello darbuose. Jie skaičiavo, koks turėtų būti kūnas, kad iš jo negalėtų pabėgti šviesa. Bet jie rėmėsi klasikine (Niutonine) gravitacijos teorija, o ir gautos masės – 100 milijonų Saulės masių – buvo daug didesnės, nei bet kokio tuo metu žinomo kosminio kūno, tad tie atradimai daug dėmesio nesulaukė. 1915 m. Albertas Einsteinas paskelbė bendrąją reliatyvumo teoriją, o jau po metų vokietis Karlas Schwarzschildas apskaičiavo pagrindinių lygčių sprendinį, rodantį, kad gali egzistuoti kūnai, iš kurių pabėgti neįmanoma. Tokio kūno dydis jo garbei vadinamas Schwarzschildo spinduliu. Visgi šis rezultatas atrodė tik matematinė įdomybė, neatitinkanti nieko realiai egzistuojančio Visatoje; juk Saulės masės kūno Schwarzschildo spindulys yra lygus vos trim kilometrams, o Žemės – trim centimetrams!

Visgi laikui bėgant astronomai ir fizikai-teoretikai pamažu priartėjo prie minties, kad juodosios skylės – kaip jos pavadintos septintajame dešimemtyje – galbūt egzistuoja iš tiesų. Prie paradigmos poslinkio prisidėjo atradimas, kad baltosios nykštukės – žvaigždžių liekanos – turi maksimalią masę, o ją viršijusios turi susitraukti į kompaktiškesnius objektus, neutronines žvaigždes, nedaug didesnes už savo Schwarzschildo spindulius. Vėliau, ketvirtojo dešimtmečio pabaigoje, apskaičiuota, kad ir neutroninėms žvaigždėms egzistuoja maksimali masės riba. Liko neaišku, ar jos gali kolapsuoti į kokį tankesnį kietą kūną, ar tik į juodąją skylę.

Taip pat buvo neaišku, ar juodoji skylė tikrai gali susiformuoti, traukiantis masyviam kūnui. Bet kokiai dalelei artėjant prie įvykių horizonto – ribos, iš kurios ištrūkti nebeįmanoma – tolimas stebėtojas matytų, kaip dalelės laikas teka vis lėčiau, kol ties horizontu apskritai sustoja. Tai lyg ir reiškia, kad negalime matyti, kaip dalelė kerta įvykių horizontą, tad kaip galėtume matyti visą žvaigždę, sukolapsuojančią į juodąją skylę? Dar 1939 metais Robertas Oppenheimeris ir Hartlandas Snyderis apskaičiavo, kad sferiškai simetriška žvaigždė visgi gali susitraukti į juodąją skylę, bet liko neaišku, ar taip gali nutikti ir nesferiškam kūnui. Čia prie problemos priėjo Rogeris Penrose`as ir ją išsprendė. Tiesa, tai nutiko tik 1965 metais. Penrose`as įrodė, kad egzistuoja „įkaltinti paviršiai“ – įvykių horizonto analogai, nepriklausomi nuo sistemos simetriškumo. Jei toks paviršius sistemoje – pavyzdžiui, žvaigždėje – atsiranda, žvaigždė pavirsta juodąja skyle. Šis darbas laikomas svarbiausiu proveržiu reliatyvumo teorijos vystyme nuo Einsteino mirties.

Penrose`o darbas tvirtai įtraukė juodąsias skyles į astrofizikinių tyrimų lauką. Netrukus buvo iškelta hipotezė, kad į labai didelės masės juodąsias skyles krentanti medžiaga gali išspinduliuoti ypatingai daug energijos ir paaiškinti kvazarų prigimtį. Kvazarai, atrasti 1963 m., yra galaktikų branduoliai, iš kurių sklindanti spinduliuotė šimtus kartų viršija visos galaktikos žvaigždžių spinduliuotės intensyvumą. Kitų galaktikų branduoliai irgi švyti, tik ne taip ryškiai – ten irgi yra juodosios skylės, į kurias krenta medžiaga, tik ne taip sparčiai, kaip į kvazarus. Septintojo dešimtmečio pabaigoje ir aštunto pradžioje padaryta daugybė teorinių proveržių, vienaip ar kitaip paremtų Penrose`o darbu.

Visgi švytintys, arba aktyvūs, branduoliai pasitaiko tik mažiau nei vienoje iš dešimties galaktikų. Mūsų Paukščių Takas tokio branduolio neturi. Ar tai reiškia, kad jo centre ir juodosios skylės nėra? Pasirodo, ne. Dar 1974 metais Bruce`as Balickas ir Robertas Brownas aptiko kompaktišką radijo spinduliuotės šaltinį Paukščių Tako centre. Jis netrukus pavadintas Šaulio A* – mat matomas Šaulio žvaigždyne, pirmajame toje dangaus dalyje aptiktame pasklidusios radijo spinduliuotės debesyje. Žvaigždutė, kaip byloja folkloras, reiškia, kad tai yra „įdomus“ šaltinis. Jo prigimtis buvo neaiški iki dešimtojo dešimtmečio vidurio.

Maždaug 1992 metais dvi tyrėjų grupės – Miunchene įsikūrusi europiečių grupė, vadovaujama Reinhardo Genzelio, ir Kalifornijoje amerikiečių, vadovaujama Andrea`os Ghez – pradėjo ilgalaikius Šaulio A* ir aplinkos stebėjimus. Naudodami geriausius tuometinius, ir laikui bėgant vis gerėjančius instrumentus, jie sekė daugybės žvaigždžių, besisukančių aplink Galaktikos centrą, judėjimą. Šios žvaigždės, bendrai vadinamos S spiečiumi, nuo centro nutolsta mažiau nei parseką, o jų orbitų periodai siekia nuo keliolikos iki šimtų metų. Taigi net ir keletą metų trukusių stebėjimų užteko, kad būtų apskaičiuotos pirmųjų žvaigždžių orbitų savybės ir nustatyta jas traukiančio kūno masė. Pirmi įvertinimai rodė, kad tai yra 2,6 milijonų Saulės masių kūnas, kurio spindulys neviršija 120 astronominių vienetų. Vėliau masė buvo patikslinta ir padidėjo – šiandieninė vertė yra apie 4,1-4,3 milijono Saulės masių, – o galimas spindulys – sumažėjo. Bet nuo pat 2002 metų, kai paskelbti pirmieji įvertinimai, liko mažai abejonių, kad mūsų Galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė.

Šaulio A* yra didžiausia juodoji skylė mūsų danguje – kitaip tariant, jos įvykių horizonto kampinis dydis dangaus skliaute yra didesnis, nei bet kurios kitos. Taigi ir tyrinėti ją galime detaliau, nei bet kurią kitą. Besitęsiantys Genzelio ir Ghez grupių tyrimai leido suprasti, kad S žvaigždės yra gana jaunos, greičiausiai susiformavusios ten pat, kur dabar ir yra; patikslinti juodosios skylės masę; patikrinti reliatyvumo teorijos prognozes apie žvaigždžių orbitų pokyčius; ir padaryti daugybę kitų atradimų. Gali būti, kad netrukus sulauksime ir tiesioginės Šaulio A* šešėlio nuotraukos; pernai padaryta M87 galaktikos centrinės juodosios skylės nuotrauka irgi patvirtino reliatyvumo teorijos prognozes.

Apskritai šie tyrimai, kaip ir kita astrofizika, tiesioginės praktinės naudos neduoda. Bet geresnis Visatos, ypač ekstremalių joje vykstančių procesų, pažinimas leidžia patobulinti ir teorijas bei technologijas, kurios prisideda ir prie kasdienio gyvenimo gerėjimo. Palydovinė navigacija neveiktų, neįvedus pataisų dėl skirtingos gravitacijos bei judėjimo greičio Žemės paviršiuje ir orbitoje – tai yra bendrosios reliatyvumo teorijos prognozė. Ekstremali aplinka prie juodųjų skylių leidžia tyrinėti ir teorijas, bandančias apjungti reliatyvumą su kvantine fizika – tą sėkmingai padarius atsivertų didžiuliai naujų atradimų klodai. Gravitacijos procesų tyrimai kada nors gali leisti sukurti fundamentaliai kitokius erdvėlaivių variklius ir atverti mūsų zondams, o gal net žmonėms, kosmoso platybes. Bet visa tai prasideda nuo apmąstymų apie kolapsuojančias žvaigždes ir detalių tolimų žvaigždžių stebėjimų.

Plačiau apie apdovanojimą galite perskaityti Švedijos Karališkosios mokslų akademijos pranešime spaudai bei moksliniame apdovanojimo pagrindime.

Laiqualasse

The post Nobelio premija – už tamsiausių Visatos paslapčių praskleidimą first appeared on Konstanta-42.

Gravitacija sutelkia žvaigždes ir planetas į apvalias formas ir prilaiko mus, kad nenukristume nuo Žemės paviršiaus. Bet gravitacija gali būti ir pražūtinga. Per arti juodosios skylės priartėjusi žvaigždė suardoma į gabaliukus; praeitą savaitę paskelbta apie detaliau nei bet kada iki šiol užfiksuotą tokį procesą. Judėdami Galaktikoje, byra žvaigždžių spiečiai, bet nuo jų atitrūkusios žvaigždės dar ilgą laiką skrieja šalimais – tokie vainikai aptikti tik dabar. Kitose naujienose – apšerkšniję Plutono kalnai, kvazarų čiurkšlių prigimties analizė, kosminių spindulių energijos matavimai ir ateivių paieškos iš Mėnulio perspektyvos. Gero skaitymo!

***

Kosminių spindulių energijos pasiskirstymas. Kosminiai spinduliai yra labai energingos dalelės, pasiekiančios Žemę iš įvairių pusių. Jos aptiktos prieš maždaug šimtą metų, bet jų prigimtis vis dar tiksliai neaiški. Manoma, kad jos daugiausiai atsklinda iš intensyviai žvaigždes formuojančių galaktikų arba aktyvių galaktikų branduolių. Įvairūs greitinimo modeliai prognozuoja skirtingas kosminių spindulių energijas ir dalelių mases. Nauji praeitą savaitę paskelbti stebėjimų duomenys padės šiuos modelius patikrinti ir dalį atmesti. Didžiausioje kosminių spindulių paieškai skirtoje observatorijoje surinkti duomenys – daugiau nei 200 tūkstančių įvykių – leido geriau nei bet kada anksčiau išmatuoti didžiausios energijos spindulių skirstinį. Pasirodė, kad jų intensyvumas, užuot tolygiai mažėjęs augant energijai, viename intervale išlieka beveik pastovus. Toks netikėtas spektro „sulinkimas“ įmanomas tik tada, jei energingiausi spinduliai susideda ne tik iš protonų su trupučiu helio branduolių, bet ir reikšmingo kiekio deguonies, silicio ir geležies branduolių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ateivių paieška iš Mėnulio. Po ketverių metų žmonės turėtų sugrįžti į Mėnulį. Ir ne tik sugrįžti, bet rengti nuolatines misijas, greičiausiai net ir įkurti nuolat gyvenamą tyrimų stotį. Tokie planai atveria naujas mokslinių tyrimų perspektyvas. Daug kalbama apie galimą proveržį radijo astronomijoje, įrengus radijo teleskopą orbitoje aplink Mėnulį arba tolimojoje Mėnulio pusėje. Apsaugotas nuo žmonių veiklos kuriamų radijo bangų, teleskopas padėtų susidaryti daug geresnį vaizdą apie kosminius radijo šaltinius. Dar didesnį proveržį tokie teleskopai galėtų suteikti nežemiškų protingų būtybių paieškoms. Tikėtina, kad panašaus į žmoniją išsivystymo lygio civilizacija turėtų naudotis radijo bangomis, kaip vienu iš pagrindinių komunikacijos būdų – būtent tokius signalus įprastai ir tikimasi aptikti. Tačiau žmonijos kuriami radijo signalai šioms pastangoms kenkia daug labiau, nei tiesiog radijo astronomijai, mat kompleksiškus signalus atskirti nuo žmogiškų daug sunkiau, nei natūralius. Radijo astronomijos Mėnulyje planai turėtų būti rengiami jau dabar, kad būtų galima pakankamai iš anksto įrengti „radijo-tylų“ rezervatą mūsų palydove, iki žmonijos veiklai išsiplečiant tenai. Viena geriausių vietų Mėnulio paviršiuje būtų nemažas krateris, kurio kraštai papildomai apsaugotų teleskopą nuo triukšmo. Palydovinis teleskopas, skriejantis orbitoje, būtų pigesnis ir techniškai lengviau įgyvendinamas, tačiau stebėjimus galėtų vykdyti tik kiek mažiau nei pusę orbitos periodo. Bet kuriuo atveju, tyrėjų teigimu tokius teleskopus pagaminti būtų įmanoma per ateinantį dešimtmetį – ir technologiškai, ir finansiškai. Detalesnį idėjos aprašymą rasite arXiv.

***

Ar gali nežemiškos civilizacijos zondai stebėti mus iš kur nors visai netoli – pavyzdžiui, greta Žemės skrajojančių asteroidų? Gali! Nors, žinoma, tikimybė menka, bet patikrinti vis atrandamus panašius objektus, kurių atstumas nuo Žemės ilgą laiką išlieka kone pastovus, būtų labai naudinga. Apie tai Event Horizon kanale pasakoja James Benford:

***

Glicinas Veneros atmosferoje. Vos prieš mėnesį sužinojome, kad Veneros atmosferoje yra fosfino dujų, kurios Žemėje atsiranda tik dėl gyvybinių procesų, o dabar paskelbta apie ten pat aptiktas glicino molekules. Glicinas yra paprasčiausia aminorūgštis, viena iš sudedamųjų gyvybės dalių. Nors pats glicinas šiandieniniams gyviems organizmams nėra būtinas, jis dažnai aptinkamas gyvūnų baltymuose. Glicinas nėra biopėdsakas – jo egzistavimas nerodo, kad toje aplinkoje yra gyvybės; iš tiesų šią molekulę suformuoti turėtų būti nelabai sudėtinga, nes jos randama net ir tarpžvaigždinėje erdvėje. Visgi glicino atradimas Veneroje papildo žinomų ten vykstančių cheminių reakcijų tinklą. Be to, glicinas aptiktas panašiame aukštyje, kaip ir fosfino dujos – kelios dešimtys kilometrų virš planetos paviršiaus, kur temperatūra ir slėgis primena Žemės paviršiaus sąlygas. Gali būti, kad tos sąlygos yra labai artimos pirmykštei Žemei, tad tyrinėdami Veneros atmosferą galime tikėtis geriau suprasti ir mūsų planetos praeities sąlygas, davusias pradžią gyvybei. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Apšerkšniję Plutono kalnai. Plutone, kaip ir Žemėje, yra kalnų apšerkšnijusiomis viršūnėmis. Tai yra Pigafetos ir Elkano kalnų grandinės Cthulhu tamsumoje (makuloje) netoli planetos pusiaujo. Šerkšnas ir ledas jų viršukalnėse yra ne sustingęs vanduo, kaip Žemėje, bet metanas. Šis atradimas labai netikėtas dėl dviejų priežasčių. Visų pirma, Plutono atmosfera labai reta, ir sudaryta daugiausiai iš azoto, o metano ten nedaug, tad iš kur jo ėmėsi tokiam ledui susiformuoti? Antra keistenybė – Plutono atmosfera, priešingai negu Žemės, šyla kylant nuo paviršiaus, dėl Saulės spindulių, taigi kalnų viršūnėse yra šilčiau, nei žemumose, tad metano sniego reikėtų tikėtis slėniuose. Naujame tyrime bandoma paaiškinti šerkšno egzistavimą. Skaitmeniškai sumodeliavę Plutono atmosferą, tyrėjai nustatė, kad metanas joje kaupiasi keleto kilometrų aukštyje – šios dujos lengviau sugeria Saulės spindulius ir kyla aukštyn, palikdamos žemutinę atmosferą. Laikui bėgant, ties kalnų viršūnėmis susikaupia tiek metano, kad jis ima kondensuotis ant paviršių. Prasidėjus kondensacijai, kalnų viršūnės pabąla, todėl atspindi daugiau Saulės šviesos ir atvėsta, taip skatindamos tolesnę metano kondensaciją. Taigi procesas save palaiko, kol didžioji dalis atmosferoje esančio metano susikondensuoja ant kalnų. Modeliai rodo, kad procesas turėtų būti sezoniškas, bet tą patikrinti bus labai sudėtinga: ne tik todėl, kad nusiųsti naują zondą į Plutoną užtruktų labai ilgai, bet ir todėl, kad metų laikai ten kinta maždaug kas 60 Žemės metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Tikėtinos planetinių sistemų konfigūracijos. Pastaruoju metu, atrandant vis daugiau egzoplanetų, pradėta ieškoti savybių, būdingų ištisoms jų sistemoms. Vienas neseniai aptiktas įdomus sąryšis – jei sistemoje aptinkama dujinė milžinė, skriejanti toli nuo žvaigždės, panašiai kaip Jupiteris Saulės sistemoje, tai toje sistemoje beveik neabejotinai bus ir superžemė arčiau žvaigždės. Kita vertus, maždaug trečdalis sistemų su superžemėmis turi ir tokias dujines milžines, vadinamas šaltaisiais jupiteriais. Grupė mokslininkų pabandė išsiaiškinti šių koreliacijų kilmę, naudodamiesi skaitmeniniais planetų formavimosi modeliais. Apskaičiavę tūkstančio sistemų evoliuciją, jie atrado, kad šaltieji jupiteriai ir superžemės tikrai dažniau aptinkami vieni kartu su kitais, tačiau koreliacija nėra tokia tvirta, kaip rodo stebėjimai. Tik maždaug trečdalis sumodeliuotų šaltųjų jupiterių turėjo kaimynę superžemę, o iš sumodeliuotų superžemių vos kas dešimta turi kaimyną šaltą jupiterį. Šie skaičiai nedaug didesni nei absoliučios superžemių ir šaltųjų jupiterių egzistavimo tikimybės, tad akivaizdu, kad modeliai šios koreliacijos atkurti negali. Neatitikimo negalima paaiškinti stebėjimų nepilnumu, nes tyrėjai atsižvelgė į tai, kad stebėjimais aptinkame greičiausiai ne visas konkrečios sistemos planetas. Iš kitos pusės, modeliai prognozuoja, kad jei sistemoje yra ir šaltas jupiteris, ir superžemė, tai superžemė visada turės labai mažai ledo. Jupiterio masės planeta neleidžia arti žvaigždės atmigruoti toli susiformavusioms mažesnėms planetoms, kuriose ledo yra daug. Šią prognozę bus galima patikrinti jau po keleto metų, kai naujos kartos teleskopai leis ištirti daugybės egzoplanetų sandarą. Geresni rezultatai taip pat padės nustatyti, kiek tikra yra dabar randama koreliacija tarp šaltų jupiterių ir superžemių ir galbūt pasufleruos, ko dar trūksta formavimosi modeliams, kad šią koreliaciją paaiškintų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Betelgeizė – mažesnė? Oriono žvaigždyne matoma Betelgeizė yra viena ryškiausių nakties dangaus žvaigždžių. Ji yra daug kartų masyvesnė už Saulę ir jau artėja prie gyvenimo pabaigos, o astronomiškai netolimoje ateityje sprogs supernova. Visgi kada tai nutiks, kol kas neaišku. O naujame tyrime teigiama, kad palaukti reikės dar bent 100 tūkstančių metų. Tyrėjai sumodeliavo žvaigždės šviesio pokyčius, stebėtus pernai ir šiemet. Vienas iš jų galimai kilo dėl žvaigždės pulsavimo – šie duomenys leido įvertinti žvaigždės spindulį bei struktūrą. Paaiškėjo, kad šiuo metu Betelgeizės branduolyje vyksta helio jungimosi termobranduolinės reakcijos, tad iki sprogimo jai dar gana toli – helis turi susijungti į anglį, vėliau turi formuotis deguonis, neonas ir taip toliau iki geležies. Apskaičiuotas Betelgeizės spindulys kone trečdaliu mažesnis, nei manyta iki šiol – apie 760 Saulės spindulių, arba trys su puse astronominio vieneto. Padėjus ją į Saulės sistemos centrą, žvaigždės kraštas būtų ties išorine Asteroidų žiedo riba. Žinodami spindulį, astronomai galėjo patikslinti ir atstumą iki žvaigždės – 168 parsekai, arba ketvirčiu mažiau, nei ankstesni įvertinimai. Šis rezultatas gerai atitinka seniau išmatuotą žvaigždės paralaksą (regimąjį padėties pokytį, Žemei judant aplink Saulę), bet prieštarauja naujesniems radijo bangų matavimams. Tad net ir tokia gerai tyrinėta žvaigždė dar turi paslapčių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių spiečių aplinka. Žvaigždės formuojasi įvairaus dydžio grupėmis ir spiečiais. Vieni spiečiai išgyvena milijardus metų, kiti laikui bėgant subyra ir paskleidžia žvaigždes po galaktinę aplinką. Naujame tyrime aptikta, kad žvaigždės, palikusios spiečių, dar ilgą laiką skrieja labai panašia orbita, sudarydamos vainiką aplink yrančią struktūrą. Tyrėjai išnagrinėjo dešimt palyginus artimų spiečių, nuo mūsų nutolusių 500 parsekų ir mažiau. Visi spiečiai yra gana jauni, iki 300 milijonų metų amžiaus; jų žvaigždes stebėjo GAIA teleskopas, fiksuojantis daugybės objektų padėtis ir judėjimo greičius. Pasitelkę naujovišką analizės metodą astronomai daug geriau nei ankstesniuose darbuose atskyrė žvaigždes, judančias kartu su spiečiumi, nuo aplinkinių („fono“) žvaigždžių ir pamatė didžiulius vainikus aplink kiekvieną spiečių. Vainikų dydžiai siekia daugiau nei šimtą parsekų, tuo tarpu anksčiau žinomi spiečių dydžiai matuojami vos keletu parsekų. Vainikai nebėra gravitaciškai surišti su spiečiumi, tačiau jų žvaigždžių masė gerokai viršija surišto spiečiaus masę. Taip pat vainikai nėra sferiškai simetriški – akivaizdu, kad žvaigždės nuskuba arba atsilieka nuo surišto spiečiaus pagal tai, kaip jas veikia viso Paukščių Tako gravitacija. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip susiformavo visa Paukščių Tako žvaigždžių populiacija. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šaulio A* sukimasis. Paukščių Tako centre, kaip ir kitose galaktikose, yra supermasyvi juodoji skylė; mūsiškė vadinama Šaulio A*. Ją tyrinėjantys astronomai aptiko daugybę įdomių reiškinių objekto aplinkoje, kurie padeda patikrinti įvairias reliatyvumo teorijos prognozes. Viena iš šių prognozių teigia, kad besisukanti juodoji skylė kartu su savimi tempia aplinkinį erdvėlaikį, tad bet koks kūnas, skriejantis orbita, nesutampančia su sukimosi plokštuma, ima precesuoti – jo orbita pradeda keistis. Aplink Šaulio A* žinoma ne viena dešimtis žvaigždžių; apie 40 jų yra gana jaunos, kelių milijonų metų amžiaus. Jų išsidėstymas – ne atsitiktinis: dauguma šių „S-žvaigždžių“ skrieja dviem diskais. Naujame tyrime apskaičiuota, kad tokia konfigūracija įmanoma tik tada, jei Šaulio A* aplink savo ašį sukasi gana lėtai. Juodosios skylės sukimosi sparta paprastai įvardijama skaičiumi nuo nulio iki vieneto; nulis žymi nesisukantį objektą, vienetas – besisukantį taip sparčiai, kad įvykių horizontas ties pusiauju juda šviesos greičiu. Kuo greičiau juodoji skylė sukasi, tuo stipriau precesuoja aplinkinės orbitos. Tai, kad per kelis milijonus metų S-žvaigždžių orbitos išlaikė diskinę konfigūracija reiškia, kad Šaulio A* sukimosi sparta negali viršyti 0,1. Apskritai išmatuoti juodosios skylės sukimosi spartą sudėtinga, nes precesijai pastebėti reikia ilgų ir detalių stebėjimų. Kelios dešimtys turimų matavimų rodo, kad dauguma supermasyvių juodųjų skylių greičiausiai sukasi gana sparčiai – 0,5 ir daugiau. Tad arba Šaulio A* yra tikrai išskirtinė, arba tiesiog kol kas išmatuotos tik greičiausiai besisukančios juodosios skylės, nes tą padaryti daug lengviau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės ištempta žvaigždė. Supermasyvios juodosios skylės gali suardyti per arti priskridusias žvaigždes. Skirtingai tempiami priešingi žvaigždės kraštai tampa nebesurišti ir nulekia savomis orbitomis; apie pusę žvaigždės masės suformuoja diską aplink juodąją skylę, o kita pusė pabėga tolyn. Dar prieš suardymą žvaigždė turėtų išsitempti į pailgą formą – tai vadinama spagetifikacija. Nors suardymo sukeliami žybsniai galaktikų centruose fiksuojami jau seniai, dabar pirmą kartą aptiktas spagetifikacijos signalas. Jis buvo dalis žvaigždės suardymo žybsnio, aptikto pernai gruodį. Žybsnis nutiko už 66 megaparsekų esančioje galaktikoje – nors tai ne visiškai kosminės apylinkės, bet suardymo įvykių arčiau mūsų kol kas nesame užfiksavę. Maždaug šešis mėnesius trukę stebėjimai atskleidė nuolat besikeičiantį vaizdą: iš pradžių žybsnis vis ryškėjo, kol galiausiai pasiekė maksimumą ir ėmė blėsti. Antroji dalis – blėsimas – gerai suprantama ir matyta daug kartų, bet šviesio didėjimą pagauti pavyksta retai. Išmatuotas žybsnio spektras leido suprasti, kad regimųjų spindulių šviesio augimą lemia plintantis žvaigždės išorinis sluoksnis – fotosfera. Po maždaug mėnesio fotosfera tapo permatoma, šviesis ėmė blėsti, bet išryškėjo ultravioletinių ir rentgeno fotonų srautas, sklindantis iš jau suardytos žvaigždės. Iš skirtingų ruožų spinduliuotės intensyvumo pokyčių tyrėjai padarė išvadą, kad pagrindinė žybsnio energija išskiriama medžiagai krentant į juodąją skylę, o ne suardytos žvaigždės srautų susidūrimo metu, kaip teigia kai kurie modeliai. Šie duomenys padės tokius modelius patobulinti ir geriau suprasti šiuos ekstremalius reiškinius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Iš pirmo žvilgsnio ši galaktika gali pasirodyti įprasta spiralė, kokių danguje net ir pro nedidelį teleskopą galima pamatyti ne vieną. Bet ji turi daugybę neįprastų savybių: keistai nesimetriškas vijas bei dulkių juostas, labai mėlyną išorinį žiedą. Tai – sąveikos su gretima, šioje nuotraukoje nepavaizduota, galaktika požymiai. Gravitacinė perturbacija sujaukė dujas ir sukėlė žvaigždėdaros žybsnį išorinėje UGC 1810 dalyje. Jaunos žvaigždės švyti ryškiai ir mėlynai.

***

Kvazarų čiurkšlių kilmės priežastys. Kai kurie kvazarai – labai ryškūs aktyvūs galaktikų branduoliai – turi čiurkšles, o kiti neturi. Jau seniai žinoma, kad čiurkšlei susidaryti reikia, kad branduolio centre esanti supermasyvi juodoji skylė greitai suktųsi aplink savo ašį, mat čiurkšlės energija kyla būtent iš sukimosi energijos. Tačiau yra ir daugiau ingredientų, reikalingų čiurkšlei susiformuoti. Vienas iš jų, pasirodo, yra ryškus vainikas aplink juodąją skylę supantį akrecinį diską. Čiurkšlių neturinčių kvazarų ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės intensyvumas glaudžiai susijęs. Įprastai ryšys interpretuojamas kaip vainiko poveikis: karštos retos dujos sugeria dalį ultravioletinių fotonų, sklindančių iš disko, ir išspinduliuoja rentgeno fotonus. Naujajame tyrime, išnagrinėję daugiau nei 700 čiurkšles turinčių kvazarų spinduliuotę įvairiuose spektro ruožuose, tyrėjai nustatė egzistuojant panašų ryšį. Taigi vainikas egzistuoja ir šiuose kvazaruose, tik daug stipresnis, nei čiurkšlių neturinčiuose. Šis atradimas prieštarauja įprastiniam aiškinimui, kad čiurkšles turinčiuose kvazaruose didelė dalis rentgeno spinduliuotės kyla iš pačios čiurkšlės. Turint omeny, kad ir vainiką, ir čiurkšlę kerta stiprus magnetinis laukas, greičiausiai abu reiškinius kuria magnetiniai procesai. Vainikas susidaro anksčiau, o čiurkšlė – tik magnetiniam laukui pasiekus pakankamą stiprumą. Panašūs ryšiai seniau aptikti žvaigždinės masės juodosioms skylėms, kurių masės neviršija maždaug šimto Saulės masių. Taigi šis atradimas dar labiau sustiprina teiginius, kad labai skirtingos masės juodųjų skylių aplinkoje vyksta labai panašūs procesai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

The post Kąsnelis Visatos CDLV: Išardymai first appeared on Konstanta-42.

Dujos kosmose yra visur, o jų savybės leidžia tyrinėti visokiausius procesus, nuo labai trumpų ir greitai kintančių iki ilgaamžių. Štai Jupiterio palydovas Ijo turi retą nuolat kintančią atmosferą, kylančią iš ugnikalnių. O Paukščių Tako diską gaubia atmosfera, kylanti iš žvaigždėdaros regionų. Dujų srautai prie neutroninės žvaigždės padeda patikrinti reliatyvumo teorijos prognozes, o karštos Neptūno dydžio planetos atmosfera – planetų evoliucijos modelius. Kitose naujienose – tarpplanetinių komunikacijų metodai, asteroido Bennu mėginio paėmimas, Paukščių Tako prarytos nykštukinės galaktikos liekana ir pirmųjų žvaigždžių sprogimų modeliai. Gero skaitymo!

***

Nauja tarpplanetinių komunikacijų įranga. Šiuo metu NASA ir kitos kosmoso agentūros su kosminėmis misijomis bendrauja radijo bangomis. Šiandieniniai komunikacijų protokolai sukurti maždaug Apollo misijų metu; jie buvo užtektini keliems žmonių skrydžiams į Mėnulį, dabartinėms robotinėms misijoms bei komunikacijai su astronautais Tarptautinėje kosminėje stotyje. Net ir dabar ryšio pajėgumai išnaudojami praktiškai iki ribų, vis ieškoma būdų, kaip sumažinti gaunamos informacijos kiekį, neprarandant naudingų duomenų. Kai žmonės pradės daugiau skraidyti į kosmosą – grįš į Mėnulį, nuskris į Marsą, gal ims kasinėti asteroidus, plėsis artimojo kosmoso apgyvendinimas – reikės gerinti ir komunikacijų infrastruktūrą. Neseniai grupė mokslininkų pasiūlė ir laboratoriškai išbandė sistemą, paremtą ne radijo, o šviesos spinduliais. Naudoti regimuosius spindulius yra daug efektyviau, nei radijo, nes mažesnis bangos ilgis leidžia duomenis perduoti greičiau; iš kitos pusės, regimuosius spindulius labiau veikia sklaida ir kitokie trikdžiai, todėl sunku išlaikyti signalą nepakitusį. Tyrėjai išbandė tokią metodiką: kartu su duomenis koduojančiu signalu siunčiamas dar vienas, žinomos formos signalas, ir jie dar sujungiami į vieną bendrą, patikrinimo signalą. Gauti duomenys išpakuojami žinant referencinį ir apjungtą signalus, taip eliminuojant daugumą klaidų. Signalas išlaikomas taip kokybiškai, kad praktiškai vienas fotonas gali koduoti vieną bitą naudingos informacijos. Eksperimentiškai pasiektas 10 gigabitų per sekundę pralaidumas dešimt kartų viršija geriausias šiandienos kosmines technologijas. Žinoma, iki pritaikymo praktikoje dar toli, bet tai – jau inžinerijos, o ne fundamentalių mokslinių sprendimų klausimas. Tyrimo rezultatai publikuojami Light: Science & Applications.

***

Artemis misijos progresas. Artemis misija – žmonių grįžimas į Mėnulį 2024-aisiais – susideda iš daugybės detalių. Reikia paruošti raketą, skrydžio kapsulę, nusileidimo modulį ir taip toliau. Pastarąją dalį NASA patikės komerciniam rangovui, o praeitą savaitę paskelbta, kad trys galimi partneriai kol kas planus vysto be kliūčių ir vėlavimų. Projektų pasiūlymai buvo vertinami šių metų pradžioje, balandį sudarytos pirminės sutartys su trimis kompanijomis – Blue Origin, Dynetics ir SpaceX. Visos jos turi iki ateinančių metų vasario paruošti detalius misijos konceptus. Tokia praktika šiek tiek skiriasi nuo įprastinės NASA veiklos, kai išoriniams rangovams pateikiamos labai tikslios specifikacijos; čia į planavimo procesą įsitraukia ir kompanijos. Būtent todėl planų rengimo laikotarpio viduryje atlikta inspekcija, kurią visos kompanijos praėjo labai sėkmingai. Tad bent jau ši Artemis dalis juda pagal planą.

Dar viena, bendresnio pobūdžio, komponentė yra Artemis Sutarimas – tarptautinis dokumentas, kuriuo JAV kviečia kitas valstybes įsipareigoti Mėnulį tyrinėti saugiai ir tvariai. Sutarimo pagrindą sudaro dešimt pagrindinių principų, nuo bendradarbiavimo iki istorinio palikimo saugojimo, nuo orbitinių šiukšlių valdymo iki dalinimosi surenkamais duomenimis. Dokumento idėja kilo dar pernai gegužę, o praeitą savaitę jį pasirašė pirmosios septynios valstybės. Tai – JAV, Australija, Kanada, Italija, Japonija, Liuksemburgas, Jungtiniai Arabų Emyratai ir Jungtinė Karalystė. Visos šalys prisideda ar planuoja prisidėti prie Artemis misijų, taigi jų prisijungimas prie Sutarimo – labai svarbus. Neabejotinai pasirašančiųjų bus ir daugiau. Tiesa, Rusija pasirašyti dokumentą atsisako, motyvuodama tuo, kad visai Artemis misijai per daug vadovauja JAV ir NASA, tad nebelieka lygiaverčio tarptautinio bendradarbiavimo, koks pasiektas Tarptautinėje kosminėje stotyje. Taip pat Sutarimo nepasirašė ir Kinija, bet taip yra dėl JAV politikos – dar nuo 2011 metų JAV institucijoms ir bendrovėms draudžiama bendradarbiauti su Kinija įvairiais klausimais, tarp jų ir kosmoso tyrimų srityje. Turint omeny, kad Kinija taip pat planuoja žmonių skrydžius į Mėnulį, lieka neaišku, kiek realios naudos duos Artemis Sutarimas.

***

Bennu mėginių paėmimas. Antradienį NASA zondas OSIRIS-REx sėkmingai priartėjo prie asteroido Bennu, bakstelėjo į jį, paėmė paviršiaus mėginių ir atsitraukė. Visiškai autonomiškai atliktas manevras buvo vienas iš pagrindinių visos misijos tikslų, kuriam ruoštasi dvejus metus. Būtent 2018-ųjų pabaigoje OSIRIS-REx atskrido į Bennu apylinkes ir visą tą laiką tyrinėjo asteroidą, padėdamas suprasti jo savybes ir išrinkti mėginių paėmimo vietą. Antradienio manevras truko keturias su puse valandos, tačiau prie asteroido paviršiaus zondas lietėsi vos 10 sekundžių. Per tą laiką iš specialios tūtos paleistas azoto dujų srautas pakėlė dulkių ir grumstų nuo paviršiaus, o dalis jų pateko į mėginių surinkimo dėžutę. Dėžutėje turėtų tilpti iki dviejų kilogramų medžiagos, tačiau misijos tikslas – paimti bent 60 gramų. Atrodo, kad šis tikslas pasiektas su kaupu – penktadienį pranešta, kad dėžutės nepavyksta uždaryti, nes ji tokia pilna medžiagos. Manoma, kad taip nutiko todėl, kad mėginių paėmimo dėžutė įsiskverbė per giliai į asteroidą – kone pusmetrį po paviršiniu dulkių sluoksniu. Taigi į ją pateko ne tik dulkės ir mažytės granulės, bet ir keli stambesni akmenukai, kurie ir trukdo jai užsidaryti. Deja, pataisyti dangčio galimybių nėra, tad misijos kuratoriams belieka skubinti darbų eigą ir perkelti mėginį į sandarią kapsulę, kol per daug jo neišsilakstė. Tą numatoma padaryti antradienį, ne lapkričio pradžioje, kaip buvo planuota originaliai. Taip pat nuspręsta nebandyti tiksliai išmatuoti, kiek medžiagos pavyko surinkti, tačiau vertinama, kad dėžutėje turėtų būti bent keli šimtai gramų.

***

Vulkaninė Ijo atmosfera. Jupiterio palydovas Ijo yra vienintelis kūnas Saulės sistemoje, neskaitant Žemės (ir galbūt Veneros), turintis aktyvių ugnikalnių. Palydove jų skaičiuojama daugiau nei keturi šimtai – Jupiterio gravitacija taip tampo ir gniuždo palydovą, kad jo gelmės niekada neatšalo ir vis veržiasi į paviršių. Išsiveržusi medžiaga ne visa nusėda atgal ant paviršiaus; dalis išlekia į kosmosą ir suformuoja labai retą nepastovią atmosferą. Nors Ijo atmosfera milijardą kartų retesnė, nei Žemės, ją tyrinėdami galime daug geriau suprasti palydovo sandarą. Naujame tyrime pristatomi detalūs Ijo atmosferos stebėjimai, atlikti submilimetrinių bangų teleskopu ALMA. Tyrėjus labiausiai domino sieros dioksido bei monoksido judėjimas atmosferoje. Šių dujų egzistavimas žinomas jau seniai, bet buvo neaišku, ar jos išsiveržia tiesiai iš ugnikalnių, ar ima garuoti nuo paviršiaus, pakaitinus Saulei. Šįkart Ijo stebėtas skrydžio pro Jupiterio šešėlį metu, kai jo neveikia tiesioginiai Saulės spinduliai. Tada palydovo paviršiuje esantys sieros junginiai tikrai negali garuoti, todėl visa matoma atmosfera atsiranda tik iš ugnikalnių išsiveržimų. Gauti duomenys leido apskaičiuoti, kad iš ugnikalnių išsiveržiantys junginiai sudaro 30-50% visos Ijo atmosferos. Be to, pavyko erdviškai išskirti, kad dujos tikrai veržiasi iš ugnikalnių, nes yra matomos daugiausiai jų aplinkoje, o ne pasklidusios per visą Ijo diską. Taip pat aptiktos kalio chlorido dujos. Įdomu, kad šios dujos veržėsi iš kitų ugnikalnių, nei sieros junginiai, taigi galima daryti išvadą, kad po Ijo paviršiumi yra skirtingos cheminės sudėties magmos rezervuarų, o ne vientisas magmos okeanas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Karšto neptūno atmosfera. Daugybė egzoplanetų skrieja labai arti savo žvaigždžių, todėl jų temperatūra siekia tūkstančius laipsnių. Didžiausios iš jų vadinamos karštaisiais jupiteriais, uolinės – karštomis žemėmis. Į tarpą tarp šių ekstremumų egzistuoja Neptūno dydžio ir masės planetos, bet ilgą laiką buvo manoma, kad karštieji neptūnai neturėtų egzistuoti. Jų nebuvo aptinkama, o priežastis atrodė gana aiški: taip arti žvaigždės esančios Neptūno dydžio planetos atmosfera turėtų tiesiog išgaruoti, tad iš planetos liktų tik už Žemę masyvesnis uolinis branduolys. Visgi Visata nelinkusi elgtis pagal mūsų modelius ir vis pateikia staigmenų. Viena tokia yra planeta LTT 9779b, aptikta TESS kosminiu teleskopu. Apie jos atradimą paskelbta prieš mėnesį, o dabar sulaukėme ir spektrinių tyrimų, atskleidžiančių atmosferos sudėtį. Tai pirma atmosferos analizė TESS aptiktai planetai. Stebėdami infraraudonųjų spindulių šviesio kitimą planetai sukantis aplink žvaigždę, tyrėjai nustatė jos temperatūrą ir atmosferos kuriamo šiltnamio efekto stiprumą. Žemėje karščiausia būna ne vidurdienį, kai Saulė aukščiausiai virš horizonto, o keliomis valandomis vėliau, nes atmosfera išlaiko šilumą. LTT 9779b karščiausia beveik tiksliai vidurdienį, taigi atmosfera nesukuria didelio šiltnamio efekto. Šiltnamio efekto silpnumą patvirtina ir tai, kad naktinę planetos pusę pasiekia nedaug žvaigždės šilumos – sugerta spinduliuotė greičiau pabėga į kosmosą, nei apsuka planetą. Bet dieninėje pusėje temperatūra tikrai aukšta – viršija 1650 Celsijaus laipsnių. Šie atradimai padės ne tik geriau suprasti ekstremalių planetų evoliuciją; jie taip pat naudingi išbandyti technologijas ir analizės įrankius, kuriuos ateityje bus galima naudoti panašesnių į Žemę planetų atmosferoms tyrinėti. Planetos atradimą aprašantį straipsnį rasite arXiv, o naująją atmosferos analizę – Astrophysical Journal Letters.

***

Mįslinga neutroninė žvaigždė. Po daugybę metų trukusių paieškų identifikuotas neįprastas gama spindulių šaltinis – keista neutroninė žvaigždė su labai mažos masės kompanione. Gama spindulių šaltinis aptiktas dar 1999 metais, o nuo 2009 metų įtariama, kad spindulius skleidžia neutroninė žvaigždė. Tačiau nebuvo aptikta pulsuojančios radijo spinduliuotės, kurią įprastai skleidžia šie objektai. 2014 metais nustatyta, kad šaltinis yra dvinarė sistema su labai trumpa, vos 79 minučių trukmės, orbita. Dabar sistemos savybės nustatytos dar geriau, pasinaudojus daugybės savanorių dedikuotais kompiuterių grafinių plokščių resursais Einstein@Home projekte. Labai detaliai nagrinėjant gama ir radijo spinduliuotės stebėjimų duomenis, paaiškėjo, kad neutroninė žvaigždė per sekundę aplink savo ašį apsisuka 30 tūkstančių kartų. Tai daro ją vienu greičiausiai besisukančių pulsarų. Jos magnetinio lauko stipris siekia 40 milijonų gausų – daugybę kartų daugiau, nei Žemės (~0,5 gauso), bet kartu mažesnis, nei bet kurios kitos žinomos neutroninės žvaigždės. Tai gali būti viena iš priežasčių, kodėl neaptikta radijo spinduliuotės. Kompanionės masė yra mažytė, vos vienas procentas Saulės masės arba dešimt Jupiterio masių. Tai greičiausiai nėra planeta, o kadaise buvusi žvaigždė, kurią neutroninės kompanionės spinduliuotė tiesiog išgarino. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Reliatyvumas patikrintas dvinarėje žvaigždėje. Reliatyvumo teorija prognozuoja įvairius pokyčius, nutinkančius stipriame gravitaciniame lauke. Vienas jų – gravitacinis raudonasis poslinkis: šviesa, sklindanti iš masyvaus kūno prieigų, paraudonuoja. Efektas išmatuotas Saulės sistemoje, tačiau čia jis labai menkas. Keletą kartų jis išmatuotas aktyviuose galaktikų branduoliuose, tyrinėjant spinduliuotę, atsklindančią beveik nuo juodosios skylės įvykių horizonto. Dabar pirmą kartą gravitacinis raudonasis poslinkis užfiksuotas prie neutroninės žvaigždės. Dvinarę sistemą 4U 1916−053 sudaro neutroninė žvaigždė ir gerokai mažesnė kompanionė, apsukanti orbitą vos per 50 minučių. Kompanionės medžiaga nuolat teka neutroninės žvaigždės link ir sudaro aplink ją akrecinį diską. Kartais disko kraštas pridengia neutroninę žvaigždę ir visa sistema pritemsta; stebėjimai pritemimo metu ir tarp jų leidžia tyrinėti skirtingas akrecinio disko dalis. Nustatyta, kad tarp pritemimų matomos geležies bei silicio dujų absorbcijos linijos yra paraudusios – nežymiai, bet išmatuojamai. Jų bangos ilgis į raudonąją pusę pasislinkęs maždaug viena tūkstantąja dalimi. Tai reiškia, kad sugerties linijos atsiranda poros tūkstančių kilometrų atstumu nuo neutroninės žvaigždės. Pritemimo metu efekto nebelieka – disko pakraštyje reliatyvistiniai efektai pernelyg silpni, kad galėtume juos išmatuoti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos halas – netolygus. Kiekviena galaktika turi halą, susidedantį iš tamsiosios materijos, dujų bei žvaigždžių. Tamsiosios materijos hale sutelkta didžioji dalis galaktikos masės, o štai žvaigždžių ir dujų ten palyginus labai nedaug. Iš kitos pusės, tos dujos gali būti labai svarbios: krisdamos į galaktiką, jos leidžia formuotis naujoms žvaigždėms. Be to, nors dujų tankis labai mažas, halo tūris yra labai didelis, tad dujų masė gali sudaryti reikšmingą visos įprastos materijos masės dalį aplinkinėje Visatoje. Visgi nėra labai aišku, kaip haluose dujos pasiskirsčiusios; naujame tyrime bandoma į šį klausimą atsakyti. Tyrėjai pasinaudojo labai detaliais Paukščių Tako pakraščių rentgeno spinduliuotės stebėjimais: didžioji dalis halo dujų turėtų būti maždaug dviejų milijonų laipsnių karščio, o tokios dujos daugiausiai spinduliuoja būtent rentgeno ruože. Duomenys gerai atitinka modelį, pagal kurį halo dujos pagrinde telkiasi aplink Galaktikos diską, o daugiausia jų ties tomis disko vietomis, kuriose yra daugiausiai molekulinių dujų ir formuojasi daugiausiai žvaigždžių. Toks rezultatas leidžia daryti išvadą, kad pagrindinę karštų halo dujų dalį sudaro žvaigždžių spinduliuotės, vėjų bei sprogimų įkaitintos dujos, išsiveržusios iš disko. Gali būti, kad egzistuoja ir reikšminga plačiau pasklidusių dujų komponentė, bet tokios aptikti nepavyko. Tai reiškia, kad arba jos tankis labai mažas, arba tos dujos yra gerokai šaltesnės, arba diskinė komponentė užstoja jų spinduliuotę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Suvalgytos nykštukinės galaktikos liekana. Galaktikų susiliejimai – įprastas reiškinys Visatoje, kiekviena didelė galaktika per gyvenimą jų patiria dešimtis, jei ne šimtus. Dauguma susiliejimų yra maži, kai praryjama gerokai mažesnė galaktika. Paukščių Takas tokių irgi yra patyręs ne vieną, o naujame tyrime pristatoma detali analizė, rodanti, kad vienas toks susidūrimas greičiausiai įvyko prieš 2,7 milijardo metų. Pagrindinis jo įrodymas – vadinamasis Mergelės sutankėjimas, žvaigždžių grupė, aptikta 2005 metais. Kurį laiką buvo manoma, kad tai yra spiečius, bet vėliau paaiškėjo, kad ši grupė pailga, tik pasisukusi galu į mus, todėl matome ją kompaktišką. Nauja analizė padėjo dar patikslinti struktūros formą ir jos judėjimo istoriją. Tai beveik neabejotinai yra plintanti nykštukinės galaktikos liekana – kevalas. Panašios struktūros dažnai randamos kitose galaktikose po susiliejimų, kurių metu mažesnė galaktika pataiko beveik tiksliai į didesniosios centrą, bet Paukščių Take tokio radinio anksčiau nebuvo užfiksuota. Žvaigždžių judėjimo greitis ir kryptis rodo, kad prieš 2,7 milijardo metų jos buvo ties Galaktikos centru – kitaip tariant, įvyko galaktikų susiliejimas. Panašiu metu centrinėje Paukščių Tako disko dalyje įvyko žvaigždėdaros žybsnis – gali būti, kad jį sukėlė būtent šis susiliejimas. Iš kitos pusės, kiti darbai rodo, kad šis žvaigždžių sutankėjimas Mergelės žvaigždyne greičiausiai susijęs su Gajos-Encelado galaktika, kurią Paukščių Takas suvalgė, manoma, prieš 11 milijardų metų. Kaip suderinti tokius skirtingus laiko įvertinimus, kol kas nežinia. Gali būti, kad Gajos-Encelado susiliejimas įvyko ne taip seniai, arba gal šios laiko vertės žymi skirtingas susiliejimo dalis – pirmąjį palydovinės galaktikos priartėjimą prie Paukščių Tako ir galutinį suardymą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supernovos yra puikus būdas matuoti atstumus iki galaktikų. Ypač tokios, kurių metu sprogsta per daug medžiagos prisirijusi baltoji nykštukė. Vienas toks sprogimas 2018 metų vasarį užfiksuotas galaktikoje NGC 2525 – čia jis matomas kaip ryški mėlyna žvaigždė kairėje galaktikos pusėje. Pati galaktika matoma pietų pusrutulyje, Laivagalio žvaižgdyne. Metus vykdyti stebėjimai leido beprecedentiškai gerai sekti supernovos šviesio mažėjimą ir pagerinti šių įvykių modelius.

***

Pirmųjų žvaigždžių sprogimai. Pirmosios Visatos žvaigždės, atsiradusios praėjus kiek daugiau nei 100 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, greičiausiai buvo gana masyvios ir ilgai negyveno. Jų sprogimai praturtino aplinką pirmaisiais už litį sunkesniais cheminiais elementais, daugiausiai – anglimi. Kiek vėliau besiformuojančių žvaigždžių sudėtyje jau buvo išmatuojami anglies kiekiai, tačiau bendras jų metalingumas – už helį sunkesnių elementų dalis – vis dar išliko labai žemas. Tokių „anglimi praturtintų nemetalingų žvaigždžių“ (angl. Carbon-Enriched Metal-Poor stars, CEMP) randama ir Paukščių Take, taigi bent dalis jų tikrai ilgaamžės. Naujame tyrime, pasitelkiant skaitmeninius modelius, nagrinėjama, kaip CEMP formavosi ir kokios tikėtinos jų savybės. Nustatyta, kad dalis medžiagos, išlėkusios iš pirmųjų supernovų, pasilieka tame pačiame tamsiosios materijos hale, kuriame susiformavo ir pirmoji žvaigždė. Anglies susikaupia užtektinai, kad imtų formuotis dulkės, kurios labai paspartina dujų vėsimą ir leidžia joms fragmentuoti į gerokai mažesnius gumulus, nei pirmykštės dujos, tad ir žvaigždės formuojasi mažesnės masės. Šiose CEMP žvaigždėse anglies turėtų būti 3000-50000 kartų mažiau, nei Saulėje, tuo tarpu geležies – net milijardą kartų mažiau. Kol kas tokių žvaigždžių nėra aptikta, visos žinomos CEMP turi bent 1/300 tiek anglies, kiek Saulė. Visgi tikėtina, kad ir tokios ekstremalios žvaigždės egzistuoja ir kad jas pavyks aptikti ateityje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Jei Visata plečiasi, tai kur jos centras? Tokio klausimo sulaukia dauguma astronomijos populiarintojų, o atsakymas – „centro nėra“ – tikrai nėra labai aiškus. Apie tai pasakoja Dr. Becky:

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

The post Kąsnelis Visatos CDLVI: Dujų srautai first appeared on Konstanta-42.

Mes gyvename kosminės žmonių ekspansijos pradžioje. Per pastarąjį dešimtmetį pasiekti ne tik didžiuliai technologiniai proveržiai, bet ir apskritai iš esmės pasikeitė visuomenės požiūris į kosmoso tyrimus ir kosminius skrydžius. Žinoma, kelias iki tikros daugiaplanetinės civilizacijos dar labai tolimas, bet kol kas judame teisinga kryptimi. Štai praeitą savaitę SpaceX beveik sėkmingai išbandė naujausią Starship prototipą, o į Tarptautinę kosminę stotį iškeliavo asteroidų kasybos eksperimentas, naudosiantis bakterijas ir grybus. Vieni tyrėjai planuoja naujovišką navigacijos sistemą autonominiams zondams Mėnulyje, kiti svarsto apie tai, kad Mėnulyje gali greitai imti trūkti vietos visiems norintiems. Kitose naujienose – Saulės vainiko kaitinimas, keistų baltųjų nykštukių paieška ir besisukančių juodųjų skylių galimas neatitikimas bendrosios reliatyvumo teorijos prognozėms. Gero skaitymo!

***

(Ne)sėkmingas Starship bandomasis skrydis. Praeitą savaitę SpaceX išbandė naujausią erdvėlaivio Starship prototipą. Iš pradžių antradieniui numatytas skrydis atšauktas likus vos 1,3 sekundės iki pakilimo, dėl trukdžių viename iš variklių. Galiausiai bandymas įvyko trečiadienį. Jau aštuntas Starship prototipas iš bandymų kosmodromo Teksase pakilo į 12,5 kilometro aukštį, pasikreipė horizontaliai, tada vėl atsistojo vertikaliai ir nusileido. Deja, leidžiantis nesuveikė vienas iš variklių, todėl erdvėlaivis žemę palietė per dideliu greičiu ir subyrėjo. Visgi pagrindiniai bandymo tikslai – pakilimas ir krypties kontrolė – įgyvendinti. Tai buvo šeštasis bandomasis Starship skrydis ir gerokai aukštesnis už ankstesnius; anksčiau prototipai nepakildavo daugiau nei 150 metrų. Nors šis skrydis ir nebuvo visiškai sėkmingas, kompanijos atstovai vis dar tikisi jau kitąmet paleisti Starship į pirmąjį orbitinį skrydį. Ateityje Starship turėtų pasiūlyti ir daug galingesnius, ir žymiai pigesnius skrydžius į kosmosą, nei šiandieninės alternatyvos, nes visos Starship dalys – ir pirmoji, ir antroji raketos pakopa – būtų daugkartinio naudojimo.

***

Naujoviška Mėnulio navigacijos sistema. Nusileisti kitame dangaus kūne – ar tai būtų Mėnulis, ar Marsas – yra labai sudėtinga. Robotiniai aparatai tą turi daryti autonomiškai, bet idealiai tiksliai nurodyti nusileidimo vietos iš anksto neįmanoma. Tai apriboja galimas nusileidimų vietas – reikia ieškoti plačios lygumos su kuo mažiau riedulių bei tvirtu pagrindu, kad net ir kilometrų nukrypimas nuo taikinio nepražudytų visos misijos. Analogiška problema kiltų, jei autonominis zondas bandytų skraidyti virš dangaus kūno paviršiaus ir norėtų nutūpti keliose vietose. Naujame tyrime pristatoma metodika, kaip šiuos iššūkius įveikti, pasitelkus vaizdų apdorojimo sistemas. Konceptualiai metodika yra labai paprasta: iš judančio aparato padarius keletą paviršiaus nuotraukų truputį skirtingu metu, galima nustatyti judėjimo kryptį. Žinoma, praktikoje atsiranda kliūčių: automatiškai sulyginti nuotraukas trukdo kintantys šešėliai bei perspektyvos efektai. Visgi šiandieninė programinė įranga tą gali išspręsti, tad aparatas galėtų autonomiškai sekti savo judėjimo kryptį vietinės aplinkos atžvilgiu. Būtent to ir reikia norint tiksliai pasiekti numatytą nusileidimo vietą. Tyrėjai patikrino, kad metodika puikiai veikia su Apollo misijų metu darytomis nuotraukomis bei su dirbtiniais Mėnulio paviršiaus atvaizdais. Artimiausiais metais ją bus galima patikrinti planuojamų robotinių misijų metu, o po kelių metų galbūt ir pritaikyti praktikoje. Sistema pasitarnautų ir žmonių pilotuojamoms Artemis misijoms – ir kaip pagalba pilotams, ir suteikdama galimybę iš tyrimų bazės paleisti autonominių zondų. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Spacecraft and Rockets.

***

Galimi Mėnulio tyrimų pavojai. Mėnulis gali atrodyti labai didelis, tačiau per artimiausią dešimtmetį planuojamos tyrimų misijos gali imti trukdyti viena kitai. Šiuo metu rimtų planų detaliau tyrinėti Mėnulį turi JAV ir Kinija, planus vysto ir Indija, Japonija, Europa, Rusija bei įvairios privačios kompanijos. Įdomiausios vietos šiems tyrimams apima tik nedidelę dalį Mėnulio paviršiaus, taigi intensyvėjant misijoms, neišvengiamai artėja momentas, kai skirtingų institucijų tyrimų plotai persidengs. Apie tai rašoma naujame darbe, kurio autoriai ieško būdų, kaip išvengti galimų konfliktų. Įdomiausios ir svarbiausios vietos Mėnulyje yra „amžinos šviesos aukštumos“ – regionai arti ašigalių, kuriuos beveik visą laiką apšviečia Saulė, taigi ten įrengtos Saulės baterijos būtų labai efektyvios; „šalčio spąstai“ – taip pat prie ašigalių esančių kraterių dugno regionai, kurių Saulė neapšviečia niekada, todėl ten galima rasti vandens ledo; bei lygaus dugno krateriai tolimojoje Mėnulio pusėje, kur galima būtų įrengti galingus radijo teleskopus. Šiuose regionuose galėtų įsikurti pirmosios nuolat gyvenamos bazės, prasidėti Mėnulio ekonomikos vystymasis. Bet tokių regionų nėra daug – po dešimt ar mažiau kiekvieno tipo. Panašiai nedaug yra ir strateginių išteklių – helio-3, geležies, urano, torio – radimviečių. Toks resursų stygius gali atvesti prie labai pesimistinio scenarijaus: kelių šalių irba kompanijų vykdomos misijos susiduria tame pačiame regione, nepasidalina resursais – metalais, Saulės šviesa, vandeniu ar kuo kitu – prasideda ginčai ir Žemėje, kurie gali peraugti į rimtesnius konfliktus, nuo ekonominių sankcijų iki karo. Kaip šito išvengti? Svarbiausia – neatidėlioti sprendimų iki tol, kol jų reikės. Tyrėjai ragina visas suinteresuotas šalis ieškoti visiems priimtinų sprendimų jau dabar ir užsiimti bendru misijų planavimu. Iš dalies tą daro NASA su Artemis sutarimu, bet jis neapims visų galimų situacijų ir, greičiausiai, jame nedalyvaus visos suinteresuotos šalys. Vienas konkretus galimo bendradarbiavimo pavyzdys – bendra infrastruktūra, pavyzdžiui kosmodromai ar orbitinės stotys. Jų statytojai galėtų sutarti dėl bendradarbiavimo, o sutarimų pažeidėjams būtų atimama galimybė šia infrastruktūra naudotis. Tada laikytis susitarimo taptų naudinga, nes bendrai statoma infrastruktūra kiekvienai šaliai kainuotų daug mažiau, nei atskiri projektai. Tyrimo rezultatai publikuojami Philosophical Transactions of the Royal Society A.

***

Biokasybų bandymai kosmose. Žemėje įvairiose kalnakasybos operacijose dažnai naudojami mikrobai. Tinkamai parinktos bakterijos suvirškina uolienas, o tarp jų esančios metalų rūdos lieka lengvai prieinamos kasėjams. Ar būtų įmanoma šį metodą pritaikyti kosmose, kasant naudingus išteklius Mėnulyje, Marse ar asteroiduose? Neseniai į Tarptautinę kosminę stotį (TKS) iškeliavo eksperimentas, skirtas patikrinti šiai idėjai. BioAsteroid projekto tikslas yra išvystyti vadinamąją „biokasybų“ technologiją kosminiams taikymams. Gruodžio 6 dieną į TKS išvyko antrasis eksperimentinis paketas: 12 maždaug degtukų dėžutės dydžio konteinerių su asteroidų uolienų mėginiais bei bakterijų ir grybų sporomis. Stotyje bus tikrinama, kaip organizmai auga mikrogravitacijos sąlygomis bei kaip sąveikauja su asteroidų uolienomis. Pernai vykdytas panašus eksperimentas BioRock parodė, kad bakterijos ir grybai apskritai gali augti mikrogravitacijoje ir ant žemiškų bazaltinių uolienų bei kad biokasybų sparta nenukenčia, sumažėjus gravitacijai. Dabar bus ištirta, kiek skiriasi mikroorganizmų sąveika su neįprastomis uolienomis, bei kaip bakterijos ir grybai veikia kartu. Jei paaiškės, kad mikroorganizmai sėkmingai virškina ir asteroidų uolienas, tai atvers naujų perspektyvų, kaip galima išgauti naudingas iškasenas kosmose. Rezultatų tikimasi sulaukti per keletą mėnesių. Ankstesnio, BioRock, eksperimento rezultatai publikuoti Nature Communications.

***

Saulės vainiko kaitinimas. Saulės vainikas yra labai retos, bet ypatingai karštos plazmos zona, gaubianti žvaigždę. Vainiko temperatūra siekia apie milijoną laipsnių, gerokai daugiau, nei Saulės paviršiuje. Kaip palaikoma vainiko temperatūra, kol kas nežinome, tačiau pastaraisiais metais vis gerėjantys stebėjimai po truputį padeda paaiškinti, kas gi ten vyksta. Dabar nauji detalūs stebėjimai patvirtino, kad vainiką kaitina magnetiniai procesai, vykstantys labai arti Saulės paviršiaus. Jau seniau buvo manoma, kad vainiko kaitinimui labai svarbios magnetinės kilpos, matomos kaip ultravioletinių spindulių šaltiniai arti Saulės paviršiaus. Visgi nebuvo aišku, kokie procesai sukelia kartkartėmis nutinkančius jų pašviesėjimus. Naujieji stebėjimai, atlikti IRIS ir SDO kosminiais teleskopais, leido geriau nei bet kada iki šiol pažvelgti į magnetinių kilpų savybių kitimą ir atskleidė, kad jos sužimba, kai praranda energiją magnetinio persijungimo metu. Magnetinis persijungimas yra išsikreipusių magnetinio lauko linijų konfigūracijos pokytis, kurio metu linijos išsitiesina ir išskiriama daug energijos. Taip pat nustatyta, kad energiją lengviau sugeria masyvūs jonai, pavyzdžiui silicio branduoliai, o ne vandenilis. Toks netolygumas seniau aptiktas Saulės vėjyje. Šis atradimas yra svarbus žingsnis suprantant Saulės vainiko veikimą, bet dar toli gražu neatsako į visus klausimus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Marso vandens šildymas. Prieš keturis milijardus metų Marse buvo daug skysto vandens – upių, ežerų, jūrų. Bet tuo metu Saulė švietė apie 30% silpniau, nei dabar. Dauguma Marso klimato modelių, net įtraukdami labai daug anglies dvideginio planetos atmosferoje, nesugeba atkurti tinkamos paviršiaus temperatūros, kad skystas vanduo ten galėtų egzistuoti. Naujame tyrime nagrinėjama, kiek balansą pakeistų geoterminis (areoterminis?) šildymas. Tyrėjai nagrinėja dvi alternatyvas: Marsą, padengtą ledynais (vadinamas „sausas ir šaltas“ modelis) ir Marsą, pilną paviršinio vandens („šlapias ir šiltas“ modelis). Pirmuoju atveju geoterminė šiluma galėtų efektyviai tirpdyti ledynų apačią ir taip sukurti poledines upes. Antruoju atveju geoterminė šiluma padėtų išlaikyti paviršiaus sąlygas stabilias ilgą laiką ir gal net palaikytų hidrotermines versmes vandenynų dugne. Abiem atvejais reikšminga šiluma, sklindanti iš jaunos planetos gelmių, padaro popaviršinį sluoksnį tinkamiausia vieta ieškoti Marso gyvybės pėdsakų. Tai reiškia, kad pėdsakų paieškoms gali tekti į Marsą nugabenti galingų grąžtų ar kitokių kasimo prietaisų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Keista egzoplanetos orbita. Dauguma žinomų egzoplanetų yra arti savo žvaigždžių – tai nestebina, nes ten jas daug lengviau aptikti. Visgi kartais pavyksta užfiksuoti ir labai nutolusias planetas, o dabar paskelbti net 14 metų trukusių Hubble stebėjimų rezultatai leido apskaičiuoti tolimiausios egzoplanetos orbitą. Pati egzoplaneta – 11 kartų už Jupiterį masyvesnis kūnas – kaip tokia identifikuota tik 2013 metais, bet jos žvaigždę Hubble teleskopas stebėjo ir anksčiau, mat ji yra dvinarė, taigi įdomi pati iš savęs. Surinkę daugybę archyvinių ir naujų stebėjimų, mokslininkai labai tiksliai identifikavo žvaigždės ir planetos padėtis bei jų kitimą laikui bėgant, remdamiesi aplinkinių žvaigždžių padėtimis, žinomimis dėl Gaia teleskopu atliktų stebėjimų. Būtent šio teleskopo indėlis leido dvinarės žvaigždės HD 106906 padėtį identifikuoti gerokai tiksliau, nei vieno pikselio tikslumu. Taip sukalibravus nuotraukas, atsiskleidė ir planetos padėties pokyčiai, kurie leido apskaičiuoti jos orbitą. Orbitos periodas siekia net 15 tūkstančių Žemės metų. Planeta nepriartėja arčiau prie žvaigždės, nei 500 astronominių vienetų nuotoliu; vienas astronominis vienetas yra vidutinis atstumas tarp Saulės ir Žemės, arba 150 milijonų kilometrų. Taip pat orbita yra gerokai elipsiška – orbitos didysis pusašis siekia apie 850 astronominių vienetų, taigi didžiausias nuotolis nuo žvaigždės – apie 1200 astronominių vienetų. Visi šie apskaičiuoti dydžiai turi didžiules paklaidas, bet kokybinės orbitos savybės gana aiškios. Įdomu, kad jos panašios į tikėtinas hipotetinės Devintosios planetos Saulės sistemoje savybes. Pastaroji irgi turėtų judėti labai ištempta ir ypatingai tolima orbita. Be to, ir Devintoji planeta, ir HD 106906b yra stipriai pasvirusios lyginant su smulkių objektų disku sistemos pakraštyje. Saulės sistemoje tai yra Kuiperio žiedas, o HD 106906 juosia nuolaužų žiedas, likęs po sistemos formavimosi. HD 106906 tėra vos 15 milijonų metų amžiaus, taigi tokiai konfigūracijai susiformuoti daug laiko neprireikė. Jei Saulės sistemos pakraščiuose tikrai egzistuoja Devintoji planeta, šis atradimas parodo, kad ji galėjo susiformuoti panašiu metu kaip ir žvaigždė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Rajos ūkas, matomas pietiniame Aukuro žvaigždyne, yra jaunausias žinomas planetinis ūkas – tokie susiformuoja aplink į Saulę panašias žvaigždes, šioms baigiant savo gyvenimus. Per 20 metų nuo 1996-ųjų jis labai išblėso; kai kuriuose ruožuose spinduliuotė sumažėjo net tūkstantį kartų. Kodėl? Greičiausiai dėl tos pačios priežasties, dėl kurios nuo 1971-ųjų jis beveik tris dešimtmečius ryškėjo: centre esanti žvaigždė-milžinė sužibo ryškiau dėl termobranduolinių reakcijų, kurių metu helis jungėsi į anglį. Tokios reakcijos žvaigždėse, kurių masė siekia nuo 0,8 iki 2 Saulės masių, vyksta labai trumpai ir yra vadinamos helio žybsniu.

***

Rentgeno burbulai Galaktikos hale. Prieš vienuolika metų, nagrinėjant tuo metu dar gana naujus Fermi kosminio teleskopo duomenis, aptikti du didžiuliai gama spinduliuotės burbulai, kylantys nuo Paukščių Tako centro statmenai Galaktikos diskui. Jų aukštis – 10 kiloparsekų – didesnis, nei atstumas tarp Saulės ir Galaktikos centro. Per dešimtmetį nuo šio atradimo išsiaiškinta, kad burbulų kraštai plečiasi kelių šimtų kilometrų per sekundę greičiu, o visa struktūra greičiausiai yra tik kelių milijonų metų amžiaus – labai jauna, palyginus su dešimt milijardų metų viršijančiu Paukščių Tako amžiumi. Jau tada buvo pastebėta, kad arti Galaktikos centro burbulų kraštai neblogai sutampa su X formos rentgeno spinduliuotės struktūra, žinoma dar nuo 2000 metų. Dabar nauji stebėjimai parodė, kad rentgeno struktūra tęsiasi aukštyn ir sudaro du dar didesnius burbulus. Stebėjimai atlikti naudojant naują kosminį teleskopą eROSITA, duomenys surinkti per pusmetį iki šių metų birželio. Atrastieji burbulai yra maždaug dvigubai platesni ir pusantro karto aukštesni, nei Fermi burbulai; juose sukaupta energija irgi didesnė, maždaug 10-100 kartų. Ir vienų, ir kitų burbulų kilmė beveik neabejotinai yra tas pats įvykis – aktyvumo epizodas Paukščių Tako centre. Jo metu išpūsti burbulai išstūmė aplinkines dujas. Matomi rentgeno burbulai yra įkaitintos stumiamos halo dujos, o ištuštintą erdvę užpildo energingesnės dalelės, atsklidusios iš Galaktikos centro bei skleidžiančios gama spinduliuotę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Keistų nykštukių paieškos. Pagrindiniai įprastos materijos komponentai, pagal masę, yra protonai ir neutronai. Jie sudaryti iš dviejų tipų elementariųjų dalelių – kvarkų: protonas iš dviejų kylančiųjų ir vieno krintančiojo, neutronas – atvirkščiai. Bet egzistuoja šeši kvarkai: be dviejų minėtų, dar yra žavingasis, keistasis, viršūninis ir gelminis (pavadinimus sugalvojau ne aš, nemuškit). Tam tikrais atvejais susidūrę energingi kylantysis ir krintantysis kvarkas gali suformuoti keistąjį. Jis yra daug masyvesnis už kitus du, tad galėtų suformuoti daug stabilesnį į neutroną panašų „keistoną“. Keistonai, susidūrę su aplinkiniais neutronais ir protonais, juos suardytų, o tai sudarytų sąlygas formuotis naujiems keistiesiems kvarkams. Tai, kad toks virsmas Visatoje neįvyko, rodo, kad sąlygos, reikalingos keistiesiems kvarkams susiformuoti, pasitaiko gana retai. Viena iš vietų, kur jų pasitaiko, yra neutroninės žvaigždės ir galbūt baltųjų nykštukių centrai. Atskirti neutroninę žvaigždę, turinčią keistonų, nuo neturinčios būtų labai sudėtinga, nes jų dydis beveik nesiskiria. Tuo tarpu keistonų pilna baltoji nykštukė turėtų būti pastebimai mažesnė, nei jų neturinti. Dabar pirmą kartą pabandyta surasti tokių per mažų baltųjų nykštukių. Pasinaudoję didžiausia, daugiau nei 50 tūkstančių įrašų turinčia, baltųjų nykštukių duomenų baze, tyrėjai apskaičiavo jų spindulius. Tą buvo galima padaryti maždaug 40000 nykštukių, kurių žinoma ir masė (apskaičiuojama sekant žvaigždės judėjimą orbitoje su kompanione), ir laisvojo kritimo pagreitis paviršiuje (apskaičiuojamas pagal skleidžiamos šviesos gravitacinį raudonąjį poslinkį). Beveik visų žvaigždžių spinduliai seka gerai žinomą sąryšį – mažiausios masės baltosios nykštukės yra apie penkis kartus didesnės už Žemę, o masyviausios – maždaug ketvirčio Žemės spindulio. Tačiau atrasti aštuoni objektai, kurių masė siekia 0,02-0,12 Saulės masės, o spinduliai neviršija pustrečio Žemės spindulio. Kol kas negalima tvirtai teigti, kad jų centruose tikrai yra daug keistųjų kvarkų, bet tokia hipotezė atrodo verta tolesnio nagrinėjimo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kai kurios žvaigždės skrieja už galaktikų ribų. Ar gali jos turėti planetų? Turbūt kad taip. Apie šias galimybes pasakoja John Michael Godier:

***

Besisukančios juodosios skylės – plaukuotos. Bendroji reliatyvumo teorija prognozuoja, kad juodosios skylės turėtų būti išskirtinai paprasti objektai. Joms aprašyti visiškai užtenka vos trijų parametrų: masės, sukimosi spartos ir elektros krūvio. Krūvis realioms juodosioms skylėms turėtų būti nereikšmingas, tad lieka apskritai tik du parametrai. Ši juodųjų skylių savybė vadinama „neplaukuotumo teorema“, mat juodosios skylės, aprašomos vien šiais trim (ar dviem) dydžiais, įvykių horizontas yra visiškai lygus elipsoidas. Visgi reliatyvumo teorija nėra galutinis ir pilnas realybės paaiškinimas: kai kurios jos prognozės nesutampa su kvantinės fizikos rezultatais. Egzistuoja ne vienas teorinis reliatyvumo teorijos praplėtimas, siekiantis šiuos skirtumus pašalinti. Deja, juos patikrinti atrodo neįmanoma, nes skirtumai nuo įprastos reliatyvumo teorijos prognozių pasireiškia tik ekstremaliomis sąlygomis, kurių nei sukurti laboratorijoje, nei stebėti Visatoje neturime galimybės. Visgi naujame darbe nurodyta, kad daugelis šių praplėtimų duoda prognozę, kurią patikrinti leis artimiausių metų stebėjimai. Prognozė susijusi su papildomu skaliarinu lauku, įtraukiamu daugelyje reliatyvumo teorijos papildymų. Skaliarinis laukas – tai tam tikras dydis, turintis skaitinę vertę visuose erdvės taškuose (pavyzdžiui, oro temperatūra yra skaliarinis laukas, kol erdvė apsiriboja regionu, kuriame yra oro). Pasirodo, jei toks skaliarinis laukas egzistuoja, greitai besisukančių juodųjų skylių įvykių horizontas turėtų išsikreipti ir nebelikti tvarkingu elipsoidu. Išsikreipimo detalės priklauso nuo pasirinkto lauko savybių, tačiau koks nors išsikreipimas egzistuoja visada, kai tik juodoji skylė sukasi greičiau nei pusė maksimalios vertės. Šiuo metu sukimosi greitis išmatuotas kelioms dešimtims supermasyvių ir kelioms dešimtims žvaigždinių juodųjų skylių; dauguma atvejų jis yra pakankamai didelis. Netvarkingo įvykių horizonto poveikį aplinkinei medžiagai bei spinduliuotei galima bus įvertinti gaunant vis geresnes juodųjų skylių nuotraukas, panašias į M87 galaktikos centrinės juodosios skylės nuotrauką, paskelbtą pernai pavasarį. Tai būtų pirmoji galimybė rimtai patikrinti bendrosios reliatyvumo teorijos praplėtimo modelių prognozes ir dalį jų atmesti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

The post Kąsnelis Visatos CDLXIII: Kosminė ekspansija first appeared on Konstanta-42.

Marsas – vienintelė Saulės sistemos planeta, apgyvendinta vien robotų. Ir jų vis daugėja. Praeitą savaitę į orbitą atskrido Kinijos ir JAE zondai, šią savaitę nusileisti turėtų NASA marsaeigis Perseverance. Jau veikiantys – kai kurie beveik du dešimtmečius – Marso tyrimų zondai padeda atskleisti planetos paviršiaus struktūrų amžių bei lengviausiai pasiekiamus vandens ledo rezervuarus. Kitose naujienose – superžemių gelmių laboratoriniai tyrimai, galima planeta prie Kentauro Alfos, keisti galaktikų mirgesiai ir daug juodųjų skylių sename žvaigždžių spiečiuje. Gero skaitymo!

***

Nauji svečiai Marse. Praėjusią savaitę robotų populiacija Marso orbitoje pagausėjo dviem naujausiais nariais – Kinijos bei Jungtinių Arabų Emyratų tyrimų palydovais. Šie zondai, kaip ir NASA Perseverance marsaeigis, išskrido pernai vasarą ir daugiau nei pusmetį keliavo Raudonosios planetos link. Pirmasis tikslą pasiekė Al Amal, arba Viltis – JAE zondas, pirmasis tarpplanetinis zondas iš arabų šalies. Jis į orbitą įėjo vasario 9 dieną, antradienį. Vos po dienos jo pėdomis pasekė Tianwen-1, Kinijos zondas – taip pat pirmoji šios šalies Marso misija. Po kelių mėnesių palydovas nusiųs zondą į planetos paviršių; jei šis misijos etapas bus sėkminga, Kinija taps vos antrąja šalimi po JAV, kuriai pavyko sėkmingai nutūpdyti zondą Marse. Apskritai Tianwen-1 daugiausiai tyrinės Marso jonosferą bei atmosferos pabėgimą į kosmosą, taip pat sudarys naujus planetos marsalapius, nustatys skirtingų paviršiaus vietų geologiją. Al Amal irgi skirtas atmosferos tyrimams, ypač orų pokyčiams kintant metų laikams, vandenilio ir deguonies kiekio atmosferoje kitimą, dulkių poveikį oro masėms.

Šią savaitę laukia dar vienas ypatingas įvykis – NASA marsaeigio Perseverance nusileidimas Jezero krateryje. Vasario 18-ąją, ketvirtadienį, marsaeigis leisis naudodamas naujovišką padėties fiksavimo sistemą – kameras, kurios realiu laiku fiksuos po zondu esantį paviršių ir tikrins jo darinius su turimu marsalapiu. Beveik kitoje Marso pusėje, už pusketvirto tūkstančio kilometrų, stovintis zondas InSight turėtų klausytis šio nusileidimo. InSight detektoriai skirti seisminių virpesių paieškoms, bet jie turėtų užfiksuoti ir Perseverance nusileidimo sukeltą drebulį. Toks signalas padėtų dar geriau suprasti Marso plutos savybes, nes, priešingai nei natūralių drebėjimų atveju, bus žinoma ne tik užfiksavimo, tačiau ir virpesių šaltinio vieta.

***

Marso struktūrų amžius. Marso paviršiaus struktūros – krateriai, dykumos, uolienos ir ledynai – yra nevienodo amžiaus. Pagal kraterių skaičių galima įvertinti, kurie paviršiai jaunesni, o kurie – senesni. Tačiau nustatyti tikslų jų amžių yra daug sunkesnė užduotis. Du nauji tyrimai padeda patikslinti šiuos skaičius.

Pirmajame darbe nagrinėjamas viso Marso paviršių amžius, remiantis kraterių tankumu. Tokie tyrimai daryti jau seniau, tačiau jie rėmėsi metodo kalibravimu, kuris pats buvo paremtas Apollo astronautų pargabentų Mėnulio mėginių analize. Pastaraisiais metais išsiaiškinta, kad ši analizė nebuvo visai tiksli, o ja nustatyti Mėnulio uolienų amžiai – per maži. Taigi ir asteroidų smūgių į Saulės sistemos kūnus dažnis praeityje kito ne taip, kaip manyta anksčiau. Atsižvelgus į naująją kalibraciją, paaiškėjo, kad dauguma Marso paviršių greičiausiai yra gerokai senesni. Pavyzdžiui, Jezero kraterio, kuriame leisis Perseverance, dugno amžius greičiausiai viršija tris milijardus metų – 500 milijonų metų daugiau, nei ankstesni vertinimai. Krateris yra didesniame Izidės baseine, kuris, pagal naująjį tyrimą, yra 4-4,2 milijardo metų amžiaus – tai yra ir maksimalus galimas Jezero kraterio amžius. Tyrimo rezultatai arXiv.

Kitame darbe nagrinėjamas Marso šiaurinės poliarinės kepurės amžius. Kepurę sudaro daug vandens ir anglies dvideginio ledo sluoksnių. Jos paviršiuje matomi įvairūs raibuliai, susidarantys dėl Saulės spinduliuotės ir sąveikos su atmosfera. Apjungę stebėjimų duomenis su evoliuciniu skaitmeniniu modeliu, tyrėjai nustatė, kad kepurė – ar bent jau paviršinis jos sluoksnis – yra jauna, vos 1-10 tūkstančių metų amžiaus. Per ilgesnį laiką raibuliai ledo paviršiuje būtų išaugę daug gilesni, nei yra dabar. Toks laikotarpis yra daug trumpesnis, nei reikia reikšmingam Marso sukimosi ašies posvyrio pakitimui – tai nutinka per šimtus tūkstančių ar net milijonus metų. Vadinasi, ledo kepurę augina ir naikina ir kiti procesai. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Marso vanduo. Kur geriausia įkurti pirmąsias ilgalaikes tyrimų stotis Marse? Vienas pagrindinių kriterijų yra vandens – tiksliau, vandens ledo – prieinamumas. Laimei, jo Marse yra daug, tik daugiausiai ne paviršiuje, o šiek tiek po juo. Naujame tyrime išnagrinėti įvairūs ledo egzistavimo požymiai ir nustatytos tikėtiniausios reikšmingų popaviršinių sankaupų vietos. Tyrimui pasitelkti duomenys iš trijų orbitinių zondų: Mars Odyssey, Mars Reconnaisance Orbiter ir jau nebeveikiančio Mars Global Surveyor. Pagrindinis tikslas buvo nustatyti, kaip toli link pusiaujo driekiasi popaviršinio ledo klodai, mat arčiau pusiaujo aukštesnė temperatūra ir daugiau Saulės šviesos, tad tyrimų stotis norėtųsi statyti būtent ten. Nei vienas zondas nepritaikytas tiesioginėms vandens ledo paieškoms, tačiau jie rinko duomenis apie vandenilio koncentraciją arti paviršiaus, radijo bangų sklidimo greitį bei paviršiaus temperatūros pokyčius. Visi šie reiškiniai priklauso nuo vandens ledo kiekio. Tyrėjai pasitelkė naujus duomenų analizės algoritmus ir įvertino, kuriose vietose šie netiesioginiai įrodymai duoda tvirčiausią užuominą apie vandens egzistavimą. Daugiausiai patogiai pasiekiamo ledo, panašu, esama Arkadijos lygumoje ir Deuteronilo plynaukštėje – dviejuose maždaug tūkstančio kilometrų skersmens regionuose pusiaukelėje tarp pusiaujo ir šiaurės ašigalio. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

Vandens taip pat yra ir Marso atmosferoje. Kildami nuo paviršiaus, garai suskyla į vandenilį bei deguonį, o vandenilis pabėga į kosmosą – taip Marsas netenka vandens likučių. Sunkesnis vandenilio izotopas, deuteris, pabėga ne taip lengvai, todėl deuterio ir vandenilio santykis laikui bėgant auga. Žinodami, koks jis yra dabar, galime daug geriau suprasti, kaip vanduo pabėginėjo iš Marso per milijardus metų. ExoMars orbitinio zondo surinkti duomenys atskleidė, kad deuterio ir vandenilio santykis stipriai svyruoja skirtingu metų laiku bei skirtingame aukštyje virš planetos paviršiaus. Ten, kur vandens molekulės suyra, deuterio/vandenilio santykis žemiškąjį viršija šešis kartus. Pirmykščio Marso ledas greičiausiai turėjo panašų santykį, kaip ir Žemės vanduo, taigi nauji duomenys patvirtina, jog iš Marso išgaravo tikrai didelė vandens dalis. ExoMars duomenys yra pirmasis trimatis žvilgsnis į vandenį Marso atmosferoje; tolesnė jų analizė padės suprasti, kaip vanduo pernešamas aukštyn. Taip pat ExoMars atmosferoje aptiko vandenilio chlorido – tai pirmas kartas, kai šis junginys aptiktas Marse. Šis junginys susidaro, kai chloridų druskos pakyla į atmosferą su dulkėmis ir sąveikauja su vandens garais. Taigi atradimas yra dar vienas įrodymas, kad vandens garai kyla Marso atmosferoje. Ateityje detalesnė vandenilio chlorido analizė turėtų padėti geriau suprasti druskų pasiskirstymą Marso paviršiuje. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances: vandens garai ir vandenilio chloridas.

***

Jupiterio trojėnų paslaptys. Jupiterio orbitoje, nutolę 60 laipsnių nuo planetos į abi puses, aplink Saulę skrieja tūkstančiai asteroidų. Lekiantys prieš Jupiterį vadinami graikais, už jo – trojėnais – ir vadinami Iliados veikėjų vardais. Graikų populiacija yra kiek didesnė, nei trojėnų. Šių metų pabaigoje NASA planuoja Jupiterio link išsiųsti misiją Lucy, kurios tikslas yra ištirti net aštuonis asteroidus – vieną Asteroidų žiede, penkis Jupiterio graikus ir du trojėnus. Bet ir stebėdami iš Žemės galime rasti įvairių įdomių šių asteroidų savybių. Naujame tyrime nustatyta, kad graikai yra daug pailgesni už trojėnus. Išvada padaryta atlikus daugiau nei 800 graikų ir beveik 400 trojėnų fotometrinius stebėjimus, naudojant asteroidų stebėjimui skirtą teleskopą ATLAS. Pavienių asteroidų formos stebėjimai išskirti neleidžia, bet jų šviesis nuolat kinta dėl sukimosi aplink savo ašį. Įvertinę pokyčių amplitudes, tyrėjai apskaičiavo, kokios formos elipsės geriausiai apibūdina tipinį kiekvienos populiacijos asteroidą. Paaiškėjo, kad „graikų“ elipsoidų trumpoji ašis yra maždaug 77% ilgosios, o „trojėnų“ – 86%. Skirtumas neatrodo labai didelis, bet jis yra statistiškai reikšmingas. Kodėl populiacijų forma skiriasi? Tai gali būti susidūrimo dažnio pasekmė. Kuo dažniau asteroidai susiduria tarpusavyje, tuo pailgesnės tampa jų formos. Detalesni asteroidų populiacijų modeliai padės išsiaiškinti, kiek laiko vidutiniškai trojėnai ir graikai praleidžia Jupiterio orbitoje prieš subyrėdami ar išlėkdami kitur. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gyvybei tinkama superžemė kaimynystėje? Artimiausia Saulei žvaigždė, Kentauro Alfa, galimai turi superžemės dydžio planetą gyvybinėje zonoje. Tai yra pirmas kartas, kai tiesiogiai užfiksuotas uolinės planetos signalas, tinkamai eliminavus žvaigždės spinduliuotę. Įprastai planetos prie kitų žvaigždžių aptinkamos netiesioginiais metodais – išmatavus planetų poveikį savo žvaigždžių judėjimui ar spinduliuotei. Tiesioginiam aptikimui reikia labai gerai užblokuoti žvaigždės šviesą, kuri daugybę kartų nustelbia net ir didžiausių planetų spinduliuotę. Iki šiol tai buvo padaryta tik toli nuo žvaigždės skriejančioms dujinėms milžinėms. Naujajame tyrime sėkmingai eliminuota infraraudonoji Kentauro Alfos spinduliuotė ir atlikti sistemos stebėjimai, iš viso apėmę net 100 valandų laikotarpį. Atmetus apie penktadalį prastos kokybės nuotraukų, parodyta, kad ryškesniosios sistemos narės – Kentauro Alfos A – gyvybinėje zonoje pasiektas kontrastas, leidžiantis aptikti už Neptūną mažesnes planetas. Tai yra bent dešimt kartų geresnis rezultatas, nei būtų įmanomas naudojant ankstesnius žvaigždės šviesos filtravimo metodus. Gautuose duomenyse pastebėtas ryškesnės infraraudonosios šviesos šaltinis žvaigždės gyvybinėje zonoje, kurio intensyvumas atitinka tikėtiną maždaug Neptūno masės planetos spinduliuotę. Visgi tai taip pat gali būti tarpplanetinių dulkių atspindys arba netgi instrumentinis ar duomenų analizės įvestas artefaktas. Kaip bebūtų, naujasis metodas turėtų labai pagerinti planetų paieškas prie artimiausių žvaigždžių. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Superžemių ir subneptūnų skirtumai. Egzoplanetų randama labai įvairių, tačiau statistiškai jas galima sugrupuoti į uolines ir dujines. Uolinių planetų spinduliai neviršija maždaug 1,7 Žemės spindulio, o dujinių prasideda nuo maždaug 2 Žemės spindulių. Tarp šių verčių egzistuoja tarpas, kurio prigimtis nėra iki galo aiški. Reikšmingą vaidmenį čia neabejotinai atlieka žvaigždės spinduliuotė, garinanti planetos atmosferą, tačiau galbūt yra ir prigimtinis skirtumas tarp didesniųjų ir mažesniųjų planetų? Kai kurie modeliai bando įtraukti skirtingą planetų kilmę – pasak jų, didesniosios planetos susiformuoja su reikšmingai didesniais branduoliais, todėl gali išlaikyti masyvias atmosferas. Bet pagal šiuos modelius turėtų egzistuoti tarpas ir planetų masių pasiskirstyme, atitinkantis tarpą spindulių pasiskirstyme, o stebėjimai rodo priešingai. Naujame tyrime pateiktas kitoks galimas paaiškinimas – planetų dydžiai skiriasi, nes jos auga skirtingu greičiu. Didesnių planetų branduoliai užauga truputį anksčiau, todėl gali prisitraukti daug dujų iš protoplanetinio disko. Mažesnės planetos auga lėčiau, o protoplanetinis diskas nyksta, todėl ir dujų prisitraukimui lieka mažiau. Be to, mažėjant disko tankiui, kyla jo dujų temperatūra, o tai irgi trukdo planetoms, ypač 1-2 Žemės masių, prisitraukti reikšmingą kiekį atmosferos. Šis modelis paaiškina spindulių tarpo egzistavimą, net jei planetų branduolių masių pasiskirstymas yra tolygus. Be to, jis paaiškina, kodėl toliau nuo žvaigždės esančių planetų spindulio tarpas randamas ties šiek tiek mažesniais spinduliais, nei artimesnių: arčiau žvaigždės diskas nyksta sparčiau ir yra karštesnis, todėl atmosferą prisitraukti ir išlaikyti gali tik masyvesnės planetos. Prie šio proceso prisideda ir vėlesnis atmosferų garavimas, bet jis nėra dominuojantis reiškinys. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Superžemių gyvybingumas. Superžemės – 1,5-2 kartus už Žemę didesnio spindulio planetos – yra bene gausiausia planetų grupė Galaktikoje. Nors jų atrasta jau daug, vis dar neaišku, kiek jos skiriasi nuo Žemės, o tai neleidžia atsakyti ir į klausimą apie jų tinkamumą gyvybei. Paprastai, kalbant apie gyvybės pėdsakų paieškas, turima omeny planetos atmosferos analizė – ji gali parodyti, ar planetoje jau yra gyvų organizmų, kurie į atmosferą išskiria metabolinius produktus. Bet sąlygos gyvybės atsiradimui labai priklauso ir nuo procesų, vykstančių planetos gelmėse – tektoninių plokščių judėjimo, magnetosferos formavimosi ir t.t. Naujame tyrime, pasitelkus laboratorinius eksperimentus, bandoma bent iš dalies atsakyti į klausimus apie tokių reiškinių eigą masyvesnėse planetose. Jau ne vieną dešimtmetį laboratorijose atliekami eksperimentai, kuriais nustatomos mineralų savybės Žemės gelmėse. Superžemių gelmėse slėgiai yra aukštesni, gali net 14 milijonų kartų viršyti atmosferos slėgį, ir juos sukurti kol kas nebuvo įmanoma. Bet naudodami naują prietaisą tyrėjai pagaliau galėjo išnagrinėti, kaip kinta bridžmanito – magnio silikato – savybės, jį slegiant milžinišku slėgiu ir kaitinant iki labai aukštų temperatūrų. Paaiškėjo, kad suslėgtas iki milijonų atmosferų, bridžmanitas lydosi labai sunkiai, maksimali lydymosi temperatūra viršija 9400 kelvinų, t. y. yra gerokai aukštesnė, nei Saulės paviršiuje. Jei superžemių viduje nepasiekiama tokia aukšta temperatūra, silikatinės uolienos ten gali likti kietos; tokiu atveju būtų sunku judėti tektoninėms plokštėms, cirkuliuoti magmai mantijoje, gali neužgimti ir magnetosfera, atsirandanti dėl skysto branduolio judėjimo. Tolesni tyrimai ir detalesni planetų formavimosi modeliai padės geriau įvertinti jų vidaus savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Juodųjų skylių spiečius spiečiuje. Žvaigždžių spiečiai sutelkia tūkstančius ir daugiau žvaigždžių. Kai kurios iš jų gyvenimo pabaigoje sprogsta supernovomis, o po sprogimo lieka juodosios skylės. Dalis juodųjų skylių pabėga iš spiečiaus, bet kitos lieka skrajoti jame. Gali būti, kad jos po truputį susijungia į vieną tarpinės masės juodąją skylę – šimtų ar tūkstančių Saulės masių tamsų darinį. Bet nebūtinai: štai naujame tyrime, ieškodami tokios juodosios skylės, mokslininkai aptiko įrodymų, kad spiečiaus NGC 6397 centre skrajoja dešimtys žvaigždinių juodųjų skylių. NGC 6397 yra kamuolinis spiečius, kurio masė siekia apie 100 tūkstančių Saulės masių. Senesnių stebėjimų duomenys rodė, kad jo centre lyg ir egzistuoja tamsus objektas, kelis šimtus kartų masyvesnis už mūsų žvaigždę, bet įrodymai nebuvo tvirti. Naujajame darbe tyrėjai pasitelkė Gaia ir Hubble teleskopų duomenis ir sudarė tiksliausią spiečiaus struktūros modelį. Ištyrę įvairias galimas struktūras, jie nustatė, kad žvaigždžių judėjimo ir koncentracijos duomenis daug geriau paaiškina modelis su centre esančiu žvaigždinių juodųjų skylių telkiniu, o ne tarpinės masės juodąja skyle. Telkinio masė siekia apie 2000 Saulės masių. Tiesa, jis gali būti sudarytas ne vien iš juodųjų skylių, bet ir iš neutroninių žvaigždžių ar baltųjų nykštukių – objektų, kurie šviečia gerokai silpniau, nei įprastos žvaigždės. Tokio telkinio egzistavimas taip pat rodo, kad juodųjų skylių susijungimai spiečiuose greičiausiai yra daug retesni, nei manyta iki šiol. NGC 6397 amžius vertinamas daugiau nei 13 milijardų metų, juodosios skylės jame skrajoja panašiai ilgai. Jei per tiek laiko jos nesusijungė į vieną, tai greičiausiai tokie susijungimai apskritai beveik nevyksta. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

1054 metais Žemės dangų nušvietė supernova Tauro žvaigždyne. Jos vietoje dabar matoma liekana – Krabo ūkas. Čia matote ne ūko nuotrauką, bet trimatį jo modelį, sukurtą remiantis detaliausiais spektroskopiniais stebėjimais. Daugiau nei 300 tūkstančių taškų spektrinė informacija leido gana patikimai įvertinti, kokiu atstumu yra skirtingos ūko dalys ir suformuoti modelį. Rezultatai parodė, kad medžiaga ūke išsidėsčiusi įvairiais žiedais, kurių savybės padės išsiaiškinti medžiagos maišymosi eigą supernovos sprogimo metu.

***

Šaltų dujų srautų paieška. Aplinkinėje Visatoje trūksta medžiagos. Šitai žinome jau kelis dešimtmečius – stebėjimai, kuriais įvertintas dujų bei žvaigždžių kiekis tolimoje Visatoje rodo, kad ten šios, įprastos, materijos yra maždaug dvigubai daugiau, nei randame aplinkinėse galaktikose ir tarpgalaktinėje erdvėje. Pastaraisiais metais rastas vienas galimas paaiškinimas: daug dujų sudaro šiltą-karštą tarpgalaktinę terpę. Tokias, daugiau nei milijono laipsnių karščio retas dujas, aptikti labai sudėtinga; tik naujausi teleskopai ir dideli apžvalginiai stebėjimai leido įžiūrėti gijas, jungiančias daugelį galaktikų porų. Bet tai – ne visa galima nematoma medžiaga. Jos gali būti ir galaktikų viduje. Tai galėtų būti šalti debesys, nepakankamai tankūs, kad formuotų žvaigždes ir matytųsi stebint tiesiogiai, bet pakankamai reikšmingi, kad paveiktų pro juos sklindančią tolimų objektų spinduliuotę. Dabar pristatyta duomenų analizė, pirmą kartą atskleidžianti tokios struktūros egzistavimą. Naudodami radijo bangų teleskopą ASKAP tyrėjai stebėjo 30 kvadratinių laipsnių dangaus regioną – 150 kartų didesnį plotą, nei Mėnulio pilnatis. Stebėjimai atlikti keletą kartų, kiekvieną sykį po 10 valandų, su dienų-mėnesių trukmės tarpais. Duomenyse aptiktos šešios aktyvios galaktikos, kurių spinduliuotė sparčiai keitėsi: kartais net dešimčių minučių laikotarpiu padidėdavo ar sumažėdavo iki 40%. Vidiniai procesai galaktikose tokių pokyčių sukelti negali, taigi mirgėjimas yra tarp šaltinių bei mūsų judančios tarpžvaigždinės medžiagos pokyčių pasekmė. Tą patvirtina ir faktas, kad penkios iš šešių galaktikų susitelkusios vienoje juostoje, kurios plotis neviršija vienos kampinės minutės, o ilgis siekia apie du laipsnius. Sumodeliavę tikėtiną medžiagos judėjimą, kuris galėtų paaiškinti mirgėjimo kitimą per metus, tyrėjai nustatė, kad objektas greičiausiai yra vos keturių parsekų atstumu nuo mūsų esanti dujų juosta, kurios ilgis siekia apie dešimtadalį parseko. Tai gali būti molekulinio debesies dalis, atplėšta gravitacinės sąveikos su kitu debesiu ar žvaigždžių spiečiumi. Kol kas nežinia, kiek tokių srautų galėtų būti mūsų Galaktikoje ir kokia jų bendra masė, bet jie gali sudaryti reikšmingą tarpžvaigždinės terpės masės dalį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Keistai mirgančios galaktikos. Stipri radijo spinduliuotė, sklindanti iš galaktikos, dažniausiai yra aktyvaus branduolio kuriamų čiurkšlių požymis. Kai kurios čiurkšlės driekiasi tūkstančius parsekų nuo centro, o jų kuriami radijo kevalai dydžiu lenkia visą galaktiką. Kitos, priešingai, yra mažytės, užsibaigiančios keleto parsekų atstumu nuo centro. Tokį skirtumą paaiškinti galima dviem būdais: arba mažosioms čiurkšlėms išplisti neleidžia tanki tarpžvaigždinė medžiaga, arba jos tiesiog yra labai jaunos. Yra žinoma, kad jaunos čiurkšlės turėtų skleisti daugiau aukšto dažnio radijo bangų, nei žemo, o senos – atvirkščiai; kitaip tariant, jaunos čiurkšlės yra „radijo-mėlynos“, o senos – „radijo-raudonos“. Naujame tyrime bandoma išsiaiškinti, kaip keičiasi čiurkšlių radijo spalva ir nuo ko šie pokyčiai priklauso. Tyrimui pasirinktos daugiau nei 21 tūkstantis galaktikų, patekusių į apžvalginio radijo stebėjimų projekto GLEAM matymo lauką. Jos buvo stebėtos ilgiau nei metus 20-yje skirtingų radijo dažnių. Tarp jų aptiktos 323 galaktikos, kurių spinduliuotė per metus reikšmingai pasikeitė. Iš jų 51 šaltinis pasižymėjo radijo spalvos pokyčiais, likusių keitėsi tik spinduliuotės intensyvumas. Kintamumu – ir intensyvumo, ir spalvos – dažniau pasižymi kompaktiški radijo šaltiniai; tai yra logiška, nes mažesniame šaltinyje greičiau gali pasireikšti savybių pokyčiai. Tyrėjai pateikė tris galimas interpretacijas, kas sukelia kintamumą. Arba galaktikų branduolių spinduliuotę užstoja tarpžvaigždinės dujos ir šis užstojimas kinta laikui bėgant; arba kintančius šaltinius stebime išilgai čiurkšlės plitimo linijos, todėl bet kokie pokyčiai pasireiškia labai greitai; arba čiurkšlės plinta netolygiai ir jomis kartais sklinda medžiagos sutankėjimai, pasireiškiantys kaip intensyvesnė spinduliuotė iš pradžių mėlynoje, o vėliau raudonoje spektro dalyje. Bet kuriuo atveju, tai yra pirmasis įrodymas, jog radijo spindulių ruože nakties dangus reikšmingai keičiasi žmogiškomis laiko skalėmis. Tolesni stebėjimai, tikėkimės, padės suprasti, kas iš tiesų lemia radijo spinduliuotės pokyčius ir taip padės geriau suvokti ekstremalius procesus, vykstančius juodųjų skylių prieigose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Reliatyvumo teorija mums sako, kad gravitacija iškreipia ne tik erdvę, bet ir laiką. Kodėl? Apie tai pasakoja PBS Space Time:

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų bei komentarų.

Laiqualasse

The post Kąsnelis Visatos CDLXXII: Marsas! first appeared on Konstanta-42.

Kad kometos ir asteroidai atnešė į Žemę vandenį, seniai ne paslaptis. Bet pasirodo, kad greičiausiai jų smūgiai čia atgabeno ir didelę dalį anglies, būtinos visai gyvybei. Marso palydovai Fobas ir Deimas praeityje galimai buvo vienas kūnas, subyrėjęs dėl kokio nors susidūrimo. Juodųjų skylių susijungimai sukelia gravitacinių bangų signalus, bet šie gali būti ir egzotiškų žvaigždžių susidūrimo padariniai. Dar praėjusios savaitės naujienose – galaktikų susiliejimai, žvaigždžių išsiveržimai, Mėnulio kolonizavimo technologijos ir kosminiai uraganai virš Žemės ašigalių. Gero skaitymo!

***

Magnetosfera kuria kosminius urganaus. Žemės magnetosfera nustumia Saulės vėją, o dalis jo dalelių pasiekia planetą ties magnetiniais ašigaliais. Kartais tie dalelių srautai gali susisukti į spiralinius sūkurius, tarsi kosminiai uraganai. Dabar pirmą kartą toks kosminis uraganas aptiktas stebėjimų duomenyse. Tyrėjai jį aptiko analizuodami dar 2014 metais surinktą informaciją apie magnetinį lauką ir dalelių srautus Žemės aplinkoje. Viesulas susiformavo maždaug 100 kilometrų aukštyje virš planetos paviršiaus, jo skersmuo siekė tūkstantį kilometrų. Daugeliu savybių jis priminė įprastesnius, arti paviršiaus vykstančius, uraganus: turėjo spiralines vijas, o jo centre medžiaga beveik visiškai nejudėjo. Sūkurys išsisklaidė per aštuonias valandas. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad uraganą sukėlė magnetinio lauko linijų persijungimas arti ašigalių – šio reiškinio metu išlaisvinama daug energijos, kuri galėjo įsukti krentančias elektringas daleles. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Mėnulio regolito panaudojimas. Kai žmonės sugrįš į Mėnulį, jie ten turėtų pasilikti ilgam; NASA planuose figūruoja tyrimų stotys, kuriose nuolat gyvens ir dirbs po keletą astronautų, panašiai kaip šiandien Tarptautinėje kosminėje stotyje. Tam reikės įvairių pastatų bei įrangos. NASA tikisi kuo didesnę dalį reikalingos infrastruktūros pagaminti naudojant vietines medžiagas, taip taupant skrydžių kaštus. Viena galima naudinga medžiaga yra Mėnulio paviršinės dulkės, vadinamos regolitu. Praeitą savaitę NASA skyrė finansavimą dviem projektams, susijusiems su Mėnulio resursų išnaudojimu (angl. In-situ resource utilization, ISRU).

Pirmasis projektas susijęs su vandens bei metalų išgavimu iš regolito. Dulkėse yra ir vieno, ir kito, tačiau kol kas vystant ISRU technologijas paprastai būdavo kalbama apie vandens išgavimą. Panaudotas nusausintas regolitas tada būtų išmetamas. Tačiau naujame projekte kalbama apie įvairių naudingų medžiagų išgavimą bei atskyrimą vienu metu. Tam būtų naudojamas vadinamas abliuojančio lanko kasimo metodas. Abliuojantis lankas – tai elektros iškrova, susidaranti tarp dviejų elektrodų, kuri jonizuoja į ją pakliūvančias daleles. Įdėjus elektrodus į regolitą, būtų jonizuojamos dulkės ir jose esančios naudingos medžiagos; tada elektrinio ir magnetinio laukų pagalba jonizuotos dalelės būtų nuvedamos į surinkimo rezervuarus. Skirtinga kiekvieno jono masė lemia, kad skirtingos medžiagos atsidurtų skirtinguose rezervuaruose. Abliavimas elektros lauku, o ne šilumine energija, kol kas nėra plačiai taikoma technologija, tad projekto tikslas – ją išvystyti ir išsiaiškinti, kokio dydžio įrangos reikėtų, norint per metus Mėnulyje išgauti 10 tonų vandens, bet kokie būtų energijos poreikiai.

Kitas projektas susijęs su regolito sutvirtinimu, kad esamas Mėnulio lygumas būtų galima paversti raketų nusileidimo aikštelėmis. Daugumai regolito panaudojimo projektų reikia nemenkų resursų, tad jie bus praktiškai įgyvendinami tik tada, kai Mėnulyje jau turėsite šiek tiek infrastruktūros – pavyzdžiui, Saulės elementų ar kitokių jėgainių. Šis projektas, priešingai, būtų skirtas pirmiesiems kolonijos statybos žingsniams. Jo tikslas – kuo mažesnėmis (ir energijos, ir masės prasme) sąnaudomis sukurti nusileidimo aikštelę lygiame Mėnulio paviršiaus lopinėlyje. Technologija susidėtų iš dviejų esminių komponentų: lengvo nusileidimo aikštelės paviršinio sluoksnio, kuris būtų atgabenamas iš Žemės, ir mikrokapsulių su medžiagomis, kurios sąveikautų su regolitu ir pagamintų „inkarus“, pritvirtinančius viršutinį sluoksnį prie esamų uolienų. Medžiagos mikrokapsulėse turėtų būti kokie nors nano-termitai – labai reaktyvūs nanodalelių mišiniai, aktyvuojami nuo sukrėtimo – bei organosilikonai, panašūs į hermetinius mišinius, naudojamus namų apdailoje. Projekto tikslas – ištirti, kokie mišiniai būtų geriausi regolito sutvirtinimui, bei kaip išnaudoti pačiame regolite esančių cheminių jungčių energiją šiam procesui paspartinti.

***

Marso palydovų kilmė. Abu Marso palydovai, Fobas ir Deimas, yra mažyčiai netvarkingos formos akmenukai. Kurį laiką buvo manoma, kad kadaise jie buvo asteroidai, kuriuos Marsas pagavo ir išlaikė savo orbitoje, bet pastaruoju metu ši hipotezė turi nedaug palaikymo. Alternatyvi idėja – kad palydovai susiformavo kartu su Marsu, panašiai kaip Mėnulis susiformavo iš Žemės. Siekdami priartėti prie atsakymo į palydovų kilmės klausimą, grupė mokslininkų apskaičiavo, kaip keitėsi jų orbitos per pastaruosius milijardus metų. Palydovų orbitos kinta dėl gravitacinės sąveikos su Marsu. Deimas, esantis toliau nuo planetos, panašiai kaip mūsų Mėnulis, po truputį tolsta nuo jos, tuo tarpu Fobas – artėja. Vadinasi, praeityje jie buvo arčiau vienas kito, o skaitmeninis modelis parodė, kad prieš 1-2,7 milijardo metų jų orbitos kirtosi viena su kita. Toks didelis neapibrėžtumas kyla iš to, kad tiksliai nežinome, kiek „minkštos“ palydovų uolienos. Šis rezultatas leidžia daryti dvi išvadas. Pirmoji – labai tikėtina, kad Fobas ir Deimas kadaise buvo vienas objektas, suskilęs į du maždaug ties areosinchronine orbita (maždaug 17 tūkstančių kilometrų virš Marso paviršiaus; tokiame aukštyje skriejantis kūnas vieną ratą aplink planetą apsuka per tiek pat laiko, kiek planetai trunka apsisukti apie savo ašį). Antroji – palydovai, bent jau tokie, kokie yra dabar, niekaip negalėjo susiformuoti kartu su Marsu. Taigi atrodo, kad antroji palydovų formavimosi hipotezė taip pat nėra labai gera. Skaičiavimai taip pat patvirtina ankstesnį atradimą, kad Fobas per mažiau nei 40 milijonų metų priartės taip arti planetos, kad subyrės į šipulius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Planetų anglis – iš kometų? Žemėje ir kitose uolinėse planetose yra gana daug anglies. Nors šis elementas sudaro mažiau nei dešimtadalį procento kiekvienos planetos plutos masės, planetų formavimosi modeliai rodo, kad jo turėtų būti dar mažiau. Besiformuojančios planetos buvo tokios karštos, kad anglis iš jų turėjo tiesiog išgaruoti. Taigi gali būti, kad už anglį, kaip ir už didžiąją dalį vandens, turėtume būti dėkingi kometoms. Naujo tyrimo rezultatai prisideda prie šios hipotezės. Tyrėjai išnagrinėjo kometos Catalina stebėjimus, atliktus jai priartėjus prie Saulės 2016-ųjų pradžioje. Kometai tai beveik neabejotinai buvo pirmasis praskridimas pro Saulę, iki tol ji milijardus metų tūnojo Oorto debesyje Saulės sistemos pakraštyje. Infraraudonųjų spindulių teleskopu atlikti kometos uodegos stebėjimai atskleidė ten esant dulkių, kuriose sumišęs anglis ir silicis, tačiau anglies pastebimai daugiau. Keliose kitose kometose – pavyzdžiui, 67P/Čuriumov-Gerasimenko – taip pat rasta daug anglies turinčių dulkių. Tai įrodo, kad kometose esama nemažai anglies, bei kad pirmykštėje Saulės sistemoje greičiausiai egzistavo silicio/anglies santykio gradientas: arčiau Saulės esančiose uolienose dominavo silicis, tolimesnėse – anglis. Vadinasi, kometų smūgiai galėjo praturtinti Žemės paviršių anglimi, kuri vėliau tapo visos gyvybės pagrindu. Tyrimo rezultatai publikuojami The Planetary Science Journal.

***

Lietaus įvairovė kitose planetose. Lietus – vandens garų kondensacija atmosferoje ir kritimas žemyn – puikiai pažįstamas kiekvienam, tačiau kaip jis atrodytų kitose planetose? Naujame tyrime išnagrinėta lietaus lašelių fizika ir jų savybių priklausomybė nuo planetos savybių. Pasirodo, lašelių dydis yra pagrindinis aspektas, lemiantis jų formą, judėjimo greitį ir garavimo spartą, nepriklausomai nuo atmosferos sąlygų ir netgi cheminės sudėties. Be to, didžiausi įmanomi lašelių dydžiai, atrodo, irgi nepriklauso nuo aplinkos sąlygų ir yra tokie, kaip ir Žemėje – kelių milimetrų skersmens. Taip pat išvestas bedimensinis dydis, nurodantis, kaip sparčiai lašeliai gali pernešti šiluminę energiją ir masę iš debesų žemyn. Tas dydis nurodo, kaip greitai išgaruoja konkretaus dydžio lašeliai, krisdami atmosferoje žemyn, ir priklauso nuo atmosferos slėgio, temperatūros, gravitacijos ir lašelius sudarančios medžiagos dalelių masės. Žinodami šiuos dydžius, mokslininkai galės geriau suprasti, pavyzdžiui, praeities Marso klimatą ir lietaus poveikį jo uolienoms, arba, priešingai, iš matomų lietaus sukeltų uolienų pokyčių atkurti praeitis klimato savybes. Žinios taip pat labai padės nagrinėjant egzoplanetų atmosferas ir galimą skysčių apytakos ciklą jose. Dabartiniai klimato modeliai negali vienu metu atkurti ir visos planetos masto reiškinių, ir pavienių lietaus lašelių mikrofizikos, taigi žinios apie bendruosius lašelius valdančius dėsnius yra labai naudingos tobulinant tokius modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kūrinijos stulpai – viena geriausiai žinomų kosminių nuotraukų, dar 1995 metais padaryta Hablo teleskopu. Tankios dujos dengia besiformuojančias žvaigždes, nors šalia esančios jau įsižiebusios žvaigždės dujas pučia tolyn ir formuoja pailgus „pirštus“ arba stulpus. Šioje nuotraukoje stulpai yra blausūs ir permatomi, nes tai – infraraudonųjų spindulių ruože daryta nuotrauka. Ji atlikta taip pat Hablo teleskopu. Infraraudonoji žvaigždžių spinduliuotė lengviau prasiskverbia pro dulkes, nei regimoji ar ultravioletinė, todėl matome daug margesnį vaizdą.

***

Gyvenimą baigiančių žvaigždžių pritemimai. 2019 metų pabaigoje Betelgeizė keistai pritemo, sukeldama spekuliacijų apie galimai tuoj įvyksiantį supernovos sprogimą. Visgi pritemimas baigėsi, o sprogimo nebuvo. Paaiškėjo, kad tai greičiausiai buvo tiesiog stipresnio žvaigždės vėjo gūsis, nukreiptas mūsų link ir užstojęs dalį žvaigždės šviesos. Dabar nauja panašios žvaigždės Didžiojo šuns VY analizė parodė, kad tokie reiškiniai masyviose gyvenimą baigiančiose žvaigždėse nutinka ne taip jau retai. Jau seniai žinomi žvaigždės aplinkoje egzistuojantys medžiagos sutankėjimai, lankai ir panašūs dariniai, greičiausiai sukurti pačios žvaigždės vėjo. Nauji Hablo teleskopu atlikti stebėjimai leido išmatuoti šių darinių judėjimo greitį ir apskaičiuoti, kada jie paleisti iš žvaigždės. Pasirodė, kad dauguma darinių priklauso keturiems medžiagos išmetimo etapams, nutikusiems prieš 70, 120, 200 ir 250 metų. Gali būti, kad dar vienas išsiveržimas įvyko vos prieš 25-35 metus. Palyginus šiuos duomenis su istoriniais žvaigždės šviesio stebėjimais paaiškėjo, kad daugelis išsiveržimų sutapo su užfiksuotu dideliu žvaigždės šviesio kintamumu bei pritemimu. Taigi Didžiojo šuns VY per pastaruosius tris šimtmečius patyrė bent keturis panašius išsiveržimus, kaip Betelgeizė prieš pusantrų metų. Šis atradimas ne tik paaiškina, kad Betelgeizės pritemimas nėra išskirtinis įvykis, bet taip pat padės geriau suprasti raudonųjų milžinių – gyvenimą baigiančių žvaigždžių – evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Milžiniška dujų struktūra – lokali. Jei galėtume į nakties dangų pažvelgti radijo bangas ar rentgeno spindulius matančiomis akimis, išvystume gerokai kitokį vaizdą. Dangų nuklotų įvairiausi debesys, juostos ir kilpos. Bene didžiausia jų vadinama Šiaurine ašigaline atšaka (North Polar Spur, NPS), kuri tarsi nebaigtas lankas juosia Galaktikos centrą iš šiaurinės pusės ir iškyla daugiau nei 55 laipsnius virš Galaktikos plokštumos. Ilgą laiką buvo neaišku, ar tai lokalus, kelių šimtų parsekų atstumu nuo mūsų esantis, darinys, ar Galaktikos dydžio struktūra maždaug ties jos šiauriniu ašigaliu. Naujame tyrime teigiama, kad NPS beveik neabejotinai yra arti mūsų. Tyrimui mokslininkai pasinaudojo Gaia teleskopo duomenimis, kurie leido nustatyti tikslų atstumą iki daugybės molekulinių dujų debesų. Kai kurie debesys matomi ta pačia kryptimi, kaip ir NPS dalys, taigi išmatavus, kiek jų spinduliuotė sugeriama, buvo galima nustatyti, kurie debesys yra arčiau mūsų, nei atšaka, o kurie – toliau. Pasirodė, kad atšakos dalis, esanti daugiau nei 26 laipsnių aukštyje virš Galaktikos disko, greičiausiai yra 140 parsekų atstumu nuo mūsų arba arčiau, o dalis, esanti 11 laipsnių aukštyje ir žemiau – ne didesniu, nei 700 parsekų atstumu. Abu skaičiai gerokai mažesni, nei 8000 parsekų, skiriančių mus nuo Galaktikos centro. Taigi NPS greičiausiai yra didelė supernovos liekana, išsiplėtusi iki šimto parsekų mastelio per šimtus tūkstančių metų po sprogimo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos susiliejimų istorijos tikslinimas. Kone kiekviena galaktika per savo gyvenimą ne vieną kartą susiliejo su kita. Paukščių Takas taip pat prarijo ne vieną palydovę, kurių pėdsakus dabar matome kaip įvairius žvaigždžių srautus Galaktikos pakraščiuose. Naujame tyrime skaitmeniniais modeliais nagrinėjama vieno tokio žvaigždžių telkinio, Banginio srauto, evoliucija. Naujausių apžvalginių stebėjimų duomenys todo, kad Banginio srautas nuo Saulės nutolęs 20-50 kiloparsekų ir driekiasi daugiau nei 100 laipsnių lanku dangaus skliaute. Geriausiai srauto savybes atkuriantys modeliai rodo, kad jį paliko maždaug dviejų milijardų Saulės masių galaktika, praryta prieš penkis milijardus metų. Palyginimui, šiandieninė Paukščių Tako palydovė Mažasis Magelano debesis yra apie tris kartus masyvesnė. Penki milijardai metų – pakankamai nesenas susiliejimas; dauguma numanomų mūsų Galaktikos susiliejimų su kitomis vyko prieš maždaug 10 milijardų metų ir daugiau. Suvalgyta galaktika greičiausiai buvo diskinė ir nekompaktiška, o jos liekanos dabar skrieja aplink Galaktiką kiek ilgesne nei pusės milijardo metų orbita. Modeliai taip pat rodo, kad nykštukinė galaktika paliko ir daugiau pėdsakų – neseniai aptiktas Palca srautas ir pietiniame danguje matomas Eridano-Fenikso sutankėjimas yra labai tikėtinos buvusios palydovės liekanos. Tokie atradimai padeda vis geriau suprasti, kaip mūsų Galaktika formavosi ir keitėsi per milijardus metų. Taip pat šias žinias ateityje bus galima pritaikyti ir kitoms galaktikoms, siekiant suprasti jų istorijas. Galiausiai, vis gausėjančios žinios apie realių susiliejimų padarinius leidžia patikrinti ir patikslinti teorinius susiliejimų modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzotiškas gravitacinių bangų šaltinis? Prieš beveik dvejus metus, 2019-ųjų gegužės 21 dieną, LIGO ir Virgo detektoriai užfiksavo gravitacinių bangų signalą (GW190521). Jis – tik vienas iš jau daugelio, tačiau neįprastas tuo, kad jo forma ir intensyvumas rodė, kad signalą sukėlė besijungiančios juodosios skylės, iš kurių didesnioji buvo 85 kartus masyvesnė už Saulę. Žvaigždžių evoliucijos modeliai teigia, kad tokios masyvios juodosios skylės negali atsirasti po supernovų sprogimų – žvaigždės, kurios galėtų palikti tokias masyvias juodąsias skyles, sprogsta porinio nestabilumo supernovomis, po kurių nelieka jokios liekanos. Naujame tyrime siūlomas galimas paaiškinimas – galbūt signalą paskleidė ne juodosios skylės, o egzotiški objektai, vadinami Proca žvaigždėmis. Proca žvaigždė yra hipotetinis objektas, sudarytas iš bozonų – elementariųjų dalelių, kurios standartiniame dalelių fizikos modelyje atsakingos už sąveikų pernašą. Pavyzdžiui, bemasiai fotonai yra bozonai; taip pat egzistuoja ir masyvūs bozonai, atsakingi už branduolines sąveikas, ir Higso bozonas, suteikiantis kitoms dalelėms masę. Teoriškai gali būti ir kitokių bozonų; kai kurie iš jų galėtų judėti gana laisvai ir susitelkti į objektus, panašius į baltąsias nykštukes ar neutronines žvaigždes. Tyrimo autorių teigimu, jei du tokie kompaktiški bozonų telkiniai – Proca žvaigždės – susidurtų kaktomuša, jie galėtų suformuoti juodąją skylę ir paskleisti signalą, kuris atitinka GW190521. Tiesa, šio sprendinio detalės skiriasi nuo standartinio – susiliejimas turėtų įvykti kone dešimt kartų arčiau mūsų, o jo metu susiformuojanti juodoji skylė būtų apie pusantro karto masyvesnė. Nors šis rezultatas tikrai negarantuoja, kad GW190521 yra tokių egzotiškų žvaigždžių susidūrimo padarinys, jis parodo, kad interpretuoti gravitacinių bangų signalus galima įvairiai. Ateityje, gerėjant informacijai apie kiekvieną signalą, jie galbūt padės atskirti vienus modelius nuo kitų ir aptikti įvairių egzotiškų objektų mūsų Visatoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsiosios energijos savybės. Du būdai išmatuoti Visatos plėtimosi spartą duoda labai skirtingus rezultatus ir kelia vis daugiau klausimų apie kosmologinio modelio teisingumą. Netrūksta įvairių modelių, bandančių praplėsti ar pakeisti standartinį ir paaiškinti šią problemą. Štai vienas neseniai pasiūlytas modelis remiasi idėja, kad pačioje Visatos pradžioje tamsioji energija buvo kitokia, nei dabar, o vėliau patyrė fazinį virsmą, kuris paspartino Visatos plėtimąsi. Fazinis virsmas – tai medžiagos savybių pokytis, pavyzdžiui vandens virtimas ledu. Keičiantis molekulių jungtims, išskiriama daug energijos, kuri gali paveikti aplinką. Panašiai ir šiame modelyje – tamsiosios energijos savybės kažkada iki rekombinacijos, t. y. per pirmuosius 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, pasikeitė. Pasikeitimai susiformavo kaip burbulai, kurie plėtėsi ir jungėsi, išskirdami labai daug energijos, kuri trumpam paspartino Visatos plėtimąsi. Modelio prognozuojami kosminės foninės spinduliuotės netolygumai bei galaktikų pasiskirstymas Visatoje daug geriau atitinka realius duomenis, nei standartinio kosmologinio modelio prognozės. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

Bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad gravitaciniame lauke laikas eina lėčiau. Tą patvirtina ir eksperimentai. Ar tai reiškia, kad gravitacija pakeičia laiko tėkmę? Galbūt teisingiau sakyti būtų priešingai: laiko tėkmės pokyčiai sukelia gravitaciją. Apie tai pasakoja PBS Space Time:

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

The post Kąsnelis Visatos CDLXXV: Susidūrimai first appeared on Konstanta-42.