Kąsnelis Visatos V: visko po truputį

Ir dar vienas sekmadienis, ir vėl pradžiuginsiu (arba pagąsdinsiu) jus naujienomis iš kosmoso platybių. Kaip visada, rinkinys gana eklektiškas, bet gal pasirodys įdomus :) Šįkart trumpokas, nes, deja, labai neturiu laiko gilintis plačiau.

***

Kas yra Tarptautinė kosminė stotis (TKS)? Kur ji skraido? Kaip ir kada galima ją pamatyti danguje? Į visus šiuos ir kai kuriuos kitus klausimus jums atsakys TKS gidas pradedantiesiems. O pamatyti stotį galima net plika akimi, tereikia žinoti, kuria kryptimi ir kada žiūrėti.

***

Netoli Žemės skraido tūkstančiai asteroidų. Karts nuo karto koks nors susiduria ir su Žeme – tiksliai nežinome, kaip dažnai (ir tai priklauso nuo asteroido dydžio), bet gali būti, kad net sykį į porą šimtmečių. Natūralu, kad yra mokslininkų (ir inžinierių, politikų ir t.t.), kuriančių planus, kaip nuo tokių katastrofų apsiginti. Svarstomi trys būdai. Pirmasis – trinktelėti asteroidui kosminiu laivu, kad tas pasisuktų; tai turbūt realiausias variantas. Antrasis – patraukti asteroidą, šalia praskriejant labai masyviu kosminiu laivu ir taip truputį pakeičiant gravitacinį lauką; variantas iš principo įmanomas, tačiau jam yra daug praktinių kliūčių. Trečiasis – sprogdinti asteroidą; toks variantas turbūt paprasčiausias praktiškai, bet jo pasėkmės gali būti tiek pat katastrofiškos, kaip ir nedarant nieko, nes asteroido liekanos gali pasipilti ant Žemės akmenų lietumi.

***

Pasibaigus „Šatlų“ misijoms, daug kam gali atrodyti, kad NASA kosminių tyrimų programos susitrauks, ypač tos, kuriose dalyvauja astronautai. Tačiau iš tiesų situacija visai ne tokia – NASA vis smarkiau bendradarbiauja su privačiomis firmomis, taip pat kuria ateities strategiją, į kurią įeina žmonių kelionės į TKS, Mėnulį, Marsą, Žemei artimus asteroidus ir netgi kosmines stotis Lagranžo taškuose. Visa tai paaiškina interaktyvi prezentacija.

***

Nedažnai atsitinka taip, kad astronominiai modeliai galėtų būti tiesiogiai patikrinti laboratorijose. Tačiau dabar keletas mokslininkų tą padarė, nagrinėdami hipotezes apie egzoplanetų vidaus sandarą. Didelių uolingų planetų („Superžemių“) branduoliuose turėtų vykti procesai, panašūs į grafito virtimą deimantu. Tokie fazės pokyčiai, nekintant medžiagos agregatinei būsenai, gali paveikti skystą magnio silikatą – vieną iš junginių, kuris gali sudaryti uolienas. Skirtingų būsenų, ištirtų laboratorijos sąlygomis, fizikinės savybės taip pat yra skirtingos, nors jų sudėtis ir vienoda. Į tokius skirtumus anksčiau nebuvo atsižvelgta modeliuojant planetų formavimąsi ir evoliuciją, bet dabar jie galbūt padės atsakyti į kai kuriuos ramybės nedavusius klausimus.

***

Astronomijoje neretai būna vienkartinių įvykių. Pavyzdžiui supernovos sprogimas: įvyko, baigėsi, ir nebepasikartos. Taip, bus kitų žvaigždžių ir kitų sprogimų, bet to paties nepakartosi dar sykį. O kartais ir kitų tokių pačių žvaigždžių nėra. Laivo kilio žvaigždyno eta – viena tokia žvaigždė. Unikali milžinė, labai arti savo gyvenimo pabaigos, pakankamai arti mūsų, kad galėtume visaip stėbėti. Prieš pusantro šimto metų ji net du dešimtmečius švytėjo gerokai ryškiau, nei įprastai, buvo antra ryškiausia žvaigždė nakties danguje… bet niekas negalėjo to užfiksuoti, nes dar nebuvo fotoaparatų. Atrodė, kad galimybė gauti detalesnės informacijos apie tą reiškinį yra prarasta negrįžtamai, bet 2010-ųjų metų pabaigoje paaiškėjo, jog yra ne taip. Aplink žvaigždę esančiame ūke atsirado šviesos aidas! Žybsnio metu išspinduliuota šviesa, atsispindėjusi nuo tankių dujų telkinių kitose ūko dalyse, dabar pasiekė Žemę. Aidas prabėgo per keletą metų, greičiau, nei pats originalus žybsnis, tačiau iš jo gauta informacija padėjo (ir dar padės) labai daug išsiaiškinti apie Laivo kilio etą ir bendrai apie žvaigždžių gyvenimo pabaigas.

***

Laivo kilio etos ūkas (Eta Carinae nebula) ir kiti pietų pusrutulio dangaus grožiai

Tęsiant kalbą apie Laivo kilio etą – štai taip atrodo visas ūkas. APOD puslapyje galite pamatyti ir įvairių objektų pavadinimus. Beje, nuotrauka nėra montažas! Ji tiesiog padaryta specialiu labai jautriu detektoriumi, kuris per ~20 sekundžių surinko pakankamai šviesos, kad matytųsi ir kelias, ir pietinis dangus netoli Europos pietinio teleskopo Čilėje.

***

Juodosios skylės, kurias žinome, būna dviejų rūšių – žvaigždinės masės (3-30 Saulės masių) ir supermasyvios (daugiau nei 100 tūkstančių Saulės masių). Tarpinės masės juodųjų skylių ieškoma jau keletą dešimtmečių, bet kol kas aptikti nepavyko. Būta ne vieno ir ne dviejų pranešimų, jog galbūt atrasta, bet vis paaiškėdavo, kad stebėjimus galima paaiškinti be tokių objektų egzistavimo. Dabar vėl sulaukėme tokio pranešimo. Teigiama, jog galaktikoje ESO 243-49 esančiame žvaigždžių spiečiuje švytintis hiperryškus rentgeno spindulių šaltinis (Hyperluminous X-ray source) yra 20 tūkstančių Saulės masių juodoji skylė. Daug kitų ryškių rentgeno spindulių šaltinių buvo paaiškinti kaip žvaigždinės masės juodosios skylės, bet atrodo, kad šito taip lengvai nepaaiškinsi. Ar tai tikrai vidutinės masės juodoji skylė? Kol kas atsakymo nėra, nors UniverseToday atrodo tuo įsitikinę. Ateitis parodys, kaip čia yra iš tiesų.

***

Kamuoliniai spiečiai – didžiausi žvaigždžių telkiniai, kurie dar nėra galaktikos, – visi yra panašaus dydžio, nuo šimto tūkstančių iki kelių milijonų Saulės masių. Kyla klausimas – kodėl? Kompiuterinės simuliacijos lyg ir atsako: todėl, kad mažesni neišgyveno formavimosi proceso. Dauguma kamuolinių spiečių susiformavo labai seniai, kai galaktikos aktyviai evoliucionavo, jose kūrėsi daug žvaigždžių, taip pat vyko dažni susiliejimai. Tokioje aplinkoje sparčiai (astronominiais mastais, ta prasme per milijonus metų, o ne milijardus) kisdavo gravitacinis laukas, kuris suardydavo mažesnius spiečius ir išsklaidydavo jų žvaigždes po galaktikas. Didieji spiečiai išliko ir yra matomi dar dabar.

***

Kai susilieja dvi nevienodo dydžio galaktikos, kartais būna sunku pamatyti mažesniąją. Ir dėl to, kad ji yra smarkiai sudarkoma bei ištempiama į potvynines uodegas, ir dėl to, kad būdama mažiau ryški nublanksta prieš didžiosios spindesį. Bet labai gerais teleskopais, ilgai stebint dangų, galima pamatyti ir šias blyškenas. Taip buvo padaryta dviejų nykštukinių galaktikų susiliejimo vietoje. Anksčiau buvo matoma tik ryškesnioji galaktika ir šiokios tokios mažesniosios liekanos ryškiosios galaktikos pakraščiuose. Bet dabar aptikta ir blyškesnė galaktika, nors iš jos jau likę visai nedaug – tik žvaigždžių juosta, kuri turbūt išnyks kitą kartą praskriedama pro didesniąją kompanjonę.

***

Štai ir viskas šiam kartui. Kaip visada – komentarai labai laukiami :)

Laiqualasse

16 komentarų

  1. O labai įdomu.

    Dar turiu klausymų :)
    1. Žiūrėjau laidą, kurioje buvo teigiama, kad šviesa iš žvaigždės gelmių į paviršių išsiveržia per 10 – 100 milijonų metų. Dabar skaičiuojant raudonąjį polinkį gauname reikšmę.
    Kaip atsižvelgiama į tokį šviesos sklidimą?

    2. Šviesa gali pasprukti nuo juodosios skylės gravitacijos. Tarkime, kad mes turime šviesos spindulį, kuris „atsiplėšinėja“ nuo juodosios skyles, kuri jo nenori paleisti po ilgos(nežinau kiek ji trunka tarkim 10 mln. metų) kovos ji palieką juodąją skylę ir atskrenda iki mūsų.
    a) Kokio senumo mums atrodys ta šviesa?
    b) Kaip gali atrodyti raudonasis poslinkis?
    c) Ar pasikeis jos spektras?
    d) Kokiu greičiu į mus skris šviesa?

    Šviesos sąvoka naudoju apibrėžti elektromagnetines bangas (fotonai).

    Ačiū už atsakymus.

    1. 1. Šviesa, judėdama nuo žvaigždės branduolio iki paviršiaus, nėra vienas fotonas. Ji vis sugeriama ir išspinduliuojama iš naujo, taip pat smarkiai sklaidoma ir t.t. Taigi žvaigždės spektras, kurį matome, sukuriamas yra maždaug jos paviršiuje; informacija iš giliau mūsų šviesos bangomis nepasiekia. Todėl ir gravitacinio ar kitokio raudonojo poslinkio įvertinti šviesos judėjimui nuo žvaigždės centro iki paviršiaus nereikia.

      2. Situacija, kad šviesos spindulys ilgai užsiliktų sukdamasis aplink juodąją skylę, sunkiai pasiekiama, tačiau nėra neįmanoma. Tiesiog reikia labai stabilių sąlygų. Bet tarkime, kad taip įvyko. Tačiau šviesa „nesensta“, taigi nėra skirtumo, ar ji sukiojosi penkias sekundes, ar milijonus metų, fotono energija lieka tokia pati. Taigi atsakymai į keturis klausimus būtų tokie:
      a) šviesos amžiaus įvertinti neįmanoma, įmanoma tik, išmatavus spektrą, nustatyti, kaip toli buvo išspinduliavęs objektas, padarant prielaidą, kad šviesa sklido visą laiką daugmaž tiesiai;
      b) raudonasis poslinkis susidės iš gravitacinio (dėl pabėgimo iš juodosios skylės gravitacinio lauko; bet taip susidaręs poslinkis nepriklauso nuo pabėgimo kelio, tik nuo pradinio ir galinio taškų) ir kosmologinio, jei juodoji skylė yra kitoje galaktikoje ir fotonas, lėkdamas nuo jos iki mūsų, išsitemps dėl Visatos plėtimosi;
      c) pavienis fotonas spektro neturi; daugelio fotonų spektras pasikeis dėl tų dviejų poslinkių; dėl gravitacinio – paraudonuos, bet nesimetriškai (t.y. spektrinės linijos pasidarys nebe simetriškos), o dėl kosmologinio – tik paraudonuos;
      d) šviesos greitis lokaliai visada išliks toks pat (kol kalbame apie vakuumą); aišku, jei fotonai sukasi aplink juodąją skylę, labai lėtai nuo jos toldami, tai vidutinis spindulinis greitis tokiu atveju bus gerokai mažesnis už šviesos greitį; bet tai nebus fotonų (ar šviesos bangų) greitis.

    1. Ne dėl juodųjų skylių, o dėl vidutinės masės juodųjų skylių (intermediate mass black holes). Skirtingi dalykai.

  2. Ačiū už atsakymus.
    Dar tokiu keletas klausimėlių.

    1. Darome prielaida, kad šviesa skrenda nuo galaktikos(didelio masyvaus objekto) ir galaktikos gravitacija(erdvėlaikio iškraipymas) veikia bangą ilgą laiką ir mes matome, jog banga yra spaudžiama. Ar taip galėtu būti?

    2. Kai šviesa artėja link mūsų galaktikos tą šviesą galaktika pradeda traukti ir po truputį per 100 tūkstančių metų paraudonina. Ar taip gali nutikti? Ar apie tai kas nors svarstė?

    1. Prašau :)

      Bendras atsakymas į abu klausimus: šviesa, sklindanti iš gravitacinio potencialo gelmės, paraudonuoja (praranda energiją), o į tokią gelmę krisdama – pamėlynuoja. Šis efektas yra gana silpnas (pabėgimui iš galaktikos reikia ~500 km/s greičio, iš galaktikų spiečiaus – ~1000 km/s, o šviesos greitis šiuos du viršija šimtus kartų), taigi išmatuoti jį sudėtinga. Bet įmanoma – ne per seniausiai skaičiau straipsnį (http://uk.arxiv.org/abs/1109.6571), kuriame būtent tai ir nagrinėjama, ir gaunami rezultatai, atitinkantys BRT.

      Ir dar – poveikis šviesos bangai nepriklauso nuo to, kiek laiko ji yra veikiama, o tik nuo to, kiek smarkiai pakinta gravitacinis potencialas aplink ją. Taigi skrisdama šalia juodosios skylės šviesa bus paveikiama stipriau, nei šalia galaktikos, nors pirmuoju atveju poveikis truks labai trumpai.

  3. Tai jei teisingai supratau. Tai sviesa pabegdama is galaktikos paraudonuoja savaime. Ar negali buti, kad skaiciuojant doplerio efelta(ar kaip jis :)) i tai neatsizvelgiama?
    Butu labai idomu suzinoti. Kaip skaiciuojamas tas galaktiku tolejimo greitejimas ir kaip ir kodel nutarta jog tamsiosios energijos yra ~75%.

    Is anksto aciu uz atsakymus.
    Atsiprasau uzklaidas rasau is telefono nevisada pataikau mygtukus :-)

    1. „Tai sviesa pabegdama is galaktikos paraudonuoja savaime.“

      Taip, kažkiek paraudonuoja. Bet esmė, kad paraudonuoja tiek pat, nepriklausomai nuo to, kaip toli nuo mūsų yra galaktika. Be to, kadangi krisdama į mūsų Galaktiką šviesa atgal pamėlynuoja, suminis poslinkis yra labai menkas.

      „Ar negali buti, kad skaiciuojant doplerio efelta(ar kaip jis :)) i tai neatsizvelgiama?“

      Kosmologinis raudonasis poslinkis nelaikomas Doplerio efektu, nes atsiranda dėl šiek tiek kitokios priežasties (Doplerio efektas – dėl kūnų judėjimo, kosmologinis – dėl Visatos plėtimosi, kuris pasireiškia kaip regimasis kūnų judėjimas). Į gravitacinį raudonąjį poslinkį paprastai neatsižvelgiama, nes, kaip sakiau, jis yra labai mažas (gal dešimčių km/s eilės dydžio galaktikoms, bet greičiausiai netgi dar mažesnis, o kosmologinis plėtimasis pradedamas matuoti maždaug nuo ten, kur tolimo greičiai jau siekia šimtus km/s).

      „Kaip skaiciuojamas tas galaktiku tolejimo greitejimas“

      Iš esmės įvedant stebėjimų duomenis į modelį ir taikant to modelio parametrus. Plačiau rašiau čia: http://www.konstanta.lt/2011/10/visatos-pletimasis-technologijose/

      „kodel nutarta jog tamsiosios energijos yra ~75%“

      Tai yra viena iš interpretacijų, kodėl gali atsirasti greitėjantis plėtimasis. Šiuo metu tai plačiausiai priimta interpretacija, bet toli gražu ne vienintelė ir nebūtinai teisinga.

      1. Ta straipsni skaičiau man labai patiko. Daugiau straipsniu skaitau ir man vis kyla klausimas.

        1.Kaip veikia tas raudonasis poslinkis.
        2.Kodėl taip juo galima pasikliauti? (Aš suprantu, kad daug kompetentingų žmonių jį patikrino.)
        3. Gal šviesa natūraliai per ilgą laiką pailgėja (jei aš teisingai suprantu). Tai įveikdama „virtualias daleles“ ir prarasdama energiją(keisdama bangos ilgį) labai po nedaug.

        4. O gal ta šviesa bendrauja su kita šviesa ir įvyksta nežymus šviesos pasikeitimas jei du šviesos spinduliai praeina vienas pro kita beveik liestine /|, bet kito šviesos šaltinio mes neužfiksuojame, nes po ilgo laiko jis nuskrido kita kryptimi.

        1. 1. Raudonąjį poslinkį gali sukelti trys procesai (kol kas žinoma tiek; galbūt yra ir daugiau įmanomų šaltinių):
          a) Doplerio efektas – tolyn judančio kūno skleidžiamos bangos pailgėja, nes per laiką, praeinantį tarp dviejų bangos keterų išspinduliavimo, kūnas kažkiek pajuda, taigi atstumas tarp keterų padidėja;
          b) kosmologinis raudonasis poslinkis – išspinduliuota šviesos banga ilgėja, nes plečiasi erdvėlaikis aplink ją, taigi ir visi ilgiai, tame tarpe ir bangos ilgis;
          c) gravitacinis raudonasis poslinkis – šviesa, pabėgdama iš gravitacinio lauko gelmės, praranda energiją (išeikvoja ją, įveikdama potencialą), taigi paraudonuoja, nes raudonesnė banga turi mažiau energijos, nei mėlynesnė.

          2. Mes pakankamai gerai suprantame, kaip veikia raudonasis poslinkis, iš kur jis atsiranda ir kaip susieti matomo spektro pokytį su šviesos energijos/bangos ilgio pokyčiais, todėl galime „pasikliauti“. Tolesnis kliovimasis priklauso nuo konkrečios situacijos. Visatos plėtimosi atveju iš teorinės pusės apie raudonąjį poslinkį mums paaiškina kosmologiniai modeliai, o iš stebėjimų pusės – akivaizdus sąryšis, kad toliau esantys objektai nuo mūsų tolsta vis sparčiau (objekto nuotolis nustatomas naudojantis įvairiomis standartinėmis žvakėmis, pvz. Ia tipo supernovomis, kintančiomis žvaigždėmis Cefėjidėmis ir t.t.).

          3/4. Yra tokia „pavargusios šviesos“ (tired light) hipotezė, kad šviesa praranda energija sąveikaudama su aplinka, kuri mums atrodo kaip vakuumas. Kiek žinau, šita hipotezė buvo paneigta prieš keletą dešimtmečių, tačiau neatsimenu detalių, kokiais būdais. Vikipedija turėtų žinoti nemažai :)

          4. Dvi šviesos bangos sąveikauti tarpusavyje gali nebent interferuodamos, bet tam turi tiksliai sutapti jų dažnis; taip tiksliai, kad reiškinį pasiekti įmanoma tik suskaidžius vieną lazerio šviesos spindulį dvigubu veidrožiu/prizme. Tikimybė, kad kosmose tai įvyks, egzistuoja, bet yra labai menka, taigi didesnio poveikio regimai šviesai būti neturėtų.

      2. Kitas klausimas, kuris neduoda ramybės tai pats skaičius 75% kaip ji paskaičiuojamas, kaip paskaičiuojami tie 21% tamsiosios materijos ir 4% materijos (paskutiniai tai kiek suprantu iš galaktikos masės)

        1. 4% regimosios materijos randami iš kosminių struktūrų stebėjimo. Išmatavus bendrą daugelio tolimų galaktikų šviesį bei įvertinus, koks yra vidutinis galaktikos žvaigždžių + dujų masės ir šviesio santykis (šis santykis nustatytas įvairių Paukščių Tako sričių stebėjimais), galima rasti vidutinį barijoninės (t.y. mums įprastos) materijos tankį Visatoje. Tas tankis sudaro vos 4% kritinio tankio, kurio reikia, kad Visatos geometrija būtų plokščia. Geometrijos plokštumas patikrinamas stebint kosminę foninę spinduliuotę, iš kurios paaiškėja, kad beveik neabejotinai Visatos masės-energijos tankis yra lygus kritiniam. Taigi 96% Visatos masės-energijos sudaro kažkas kito, nei mums įprasta materija.

          73% tamsiosios energijos randami iš tų pačių kosmologinių modelių. Naudojantis Fridmano lygtimis (Friedmann’s equations), galima išvesti Visatos plėtimosi/traukimosi greitį ir pagreitį priklausomai nuo jos sudėties ir atskirų komponenčių būvio lygties. Būvio lygtis – tai slėgio ir tankio sąryšis. Tankis paprastai išreiškiamas kaip kritinio tankio dalis, žymimas graikiška raide Omega. Kadangi tamsiosios energijos būvio lygtis yra kitokia, nei paprastos ir tamsiosios materijų, stebėjimų duomenys leidžia patikrinti įvairias galimas šių sudedamųjų dalių kombinacijas. Šiuo metu stebėjimų (Ia tipo supernovų sprogimų, kosminės foninės spinduliuotės, didžiausio mastelio struktūrų formavimosi) duomenis geriausiai paaiškina modelis, kuriame tamsiosios energijos Omega yra 0.73, o paprastos ir tamsiosios materijų – 0.27.

          1. O gal dar galimą plačiau apie „Visatos geometrijos plokštumą“ ir kaip iš foninės spinduliuotės tampa aiškus santykis?

            Visur straipsniuose ir sakoma, kad pamatavus foninę spinduliuotė tapo aišku, kad santykis yra toks.

            1. Kosmologinis Lambda-CDM modelis, paremtas Fridmano lygtimis, leidžia nuspėti įvairių stebimų parametrų reikšmes. Pavyzdžiui, foninės spinduliuotės fliuktuacijų pasiskirstymą erdvėje (labiausiai amplitudės priklausomybę nuo kampinio dydžio, bet ir kitokias statistikas). Priklausomai nuo parinktų parametrų verčių (santykiniai materijos ir tams.energijos tankiai, Hablo parametro šiandieninė vertė), gaunami skirtingi rezultatai, ką turėtume matyti. Taigi matomus vaizdus galime susieti su parametrų vertėmis ir taip gana neblogai nustatyti, kokie pastarieji turėtų būti. Deja, tiksliau dabar nepapasakosiu, kaip konkretūs parametrai siejasi su konkrečiais stebėjimais, bet apytikriai gal aiškiau pasidarė? :)

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *