Kąsnelis Visatos CV: Juodosios skylės?

Po labai naminės praėjusios savaitės, šią naujienos kaip tik gausiau keliavo iš už Saulės sistemos ribų. Aišku, buvo naujienų ir arčiau namų – nauji kosmoso užkariavimo planai, atradimai asteroiduose ir Marse ir panašiai. Bet žymiai daugiau yra kitų žvaigždžių ir net galaktikų, taip pat ir juodųjų skylių, kurios dirba prožektoriais ir trukdo formuotis žvaigždėms. Kaip čia taip, sužinosite po kirpsniuku, tad smagaus skaitymo.

***

Kometa Lovejoy paryčių danguje. ©Michael Jaeger

Nors ISON subyrėjo ir nieko iš jos nebeliko, kometos ja nesibaigia. Danguje vis dar pro žiūronus ar teleskopus galima pamatyti kometas Lovejoy ir Linear. Pirmosios nuotrauką, kurioje matyti abi uodegos (jonų – mėlyna, dulkių – balzgana), parinkau savaitės paveiksliuku. Daugiau nuotraukų ir informaciją apie tai, kur ieškoti kometų (abi matomos Gyvatnešio žvaigždyne) rasite čia.

***

Triušio bėdos. Praeitos savaitės pradžioje Kinijos Mėnulio tyrimų stotis Chang‘e atsiuntė dar vieną panoraminę nuotrauką, kurioje matyti, kaip mėnuleigis Yutu pradeda važiuoti tolyn nuo nusileidimo vietos. Tačiau netrukus po to jam reikėjo užmigti antrajai Mėnulio nakčiai (naktys Mėnulyje trunka apie dvi savaites), o šio proceso dalis yra įrenginių supakavimas į šildomą dėžę, kur jie yra apsaugomi nuo baisaus šalčio aplinkoje. Oficialūs šaltiniai praneša tik tiek, kad Yutu „patyrė mechaninį gedimą“, bet gandai byloja, kad nepavyko būtent tvarkingai susipakuoti. Šiuo metu pataisyti situacijos neįmanoma, nes aparatas išsijungė, o jei gandai pasitvirtins, tai vėl įsijungęs jis gali nebeturėti didžiosios dalies detektorių.

***

Pasiruošimai skrydžiams. Dar viena privati kosminių skrydžių kompanija, Sierra Nevada Corporation, paskelbė suderinusi bandomųjų skrydžių planus su NASA. Jų kuriamas septynis žmones gabenti galėsiantis Dream Chaser („Svajonių gaudytojas“) pirmajam nepilotuojamam bandomajam skrydžiui pakils 2016-ųjų metų lapkritį. Jei viskas bus gerai, jau 2017-aisiais sulauksime ir pilotuojamo skrydžio.

Tuo tarpu dar šiemet sulauksime pirmojo bandomojo NASA kuriamo Orion erdvėlaivio skrydžio. Jam įtemptai ruošiamasi ir užbaiginėjami paskutiniai erdvėlaivio gamybos darbai. Štai praeitą savaitę užbaigtas aptarnavimo modulis.

***

Marsiečių pėdsakai. Marsaeigis Opportunity pernai apžiūrėjo ir ištyrė keletą akmenų Endeavour krateryje, kurių amžius siekia apie 3,7-4,1 milijardo metų. Dabar, išanalizavus gautus duomenis, paaiškėjo, kad šie akmenys formavosi gerokai švelnesnėse aplinkos sąlygose, nei jaunesnės Marso uolienos. Tai, kaip ir akmenyse rasti molingi mineralai, leidžia spręsti, kad tais laikais Marse buvo tinkamiausios sąlygos gyvybei egzistuoti – paviršinis vanduo, atmosfera ir pan. Tyrimo rezultatai publikuojami žurnale Science (deja, straipsnis mokamas).

***

Asteroidų įdomybės. NASA infraraudonųjų spindulių teleskopas WISE, atlikęs savo darbą ir dar šiek tiek pamedžiojęs asteroidus ir kometas, nuo 2011-ųjų metų miegojo. Praeitų metų pabaigoje buvo pažadintas ir štai jau mėnesį vėl ieško asteroidų. Per tą laiką aptiko tris naujus artimus Žemei kūnus ir užfiksavo dar daugiau nei aštuonis šimtus jau žinomų. Tokie rezultatai ilgai miegojusiam ir daug kitų darbų nuveikusiam teleskopui-veteranui – labai geri ir daug žadantys. NEOWISE (taip dabar vadinasi misija) užduotis yra ne tik aptikti, bet ir charakterizuoti artimus Žemei objektus – nustatyti jų dydžius, mases ir sudėtis.

Tuo tarpu teleskopas Heršelis aplink asteroidą Cererą aptiko vandens garų atmosferą. Kol kas nežinia, ar tie garai kyla iš įtrūkimų Cereros paviršiuje, ar iš geizerių arba vandenikalnių (ugnikalniais juos vadinti būtų kažkaip neteisinga). Tai yra pirmas atvejis, kai vandens garai aptikti Asteroidų žiede. Šios žinios dar įdomesnę padaro „Dawn“ zondo misiją į Cererą; zondas prie asteroido atvyks po metų.

***

Savaitės filmukas – Minute Physics pasakojimas apie tai, kodėl Saulės sistema yra (daugmaž) plokščia:

[tentblogger-youtube tmNXKqeUtJM]

***

Nufotografuota rudoji nykštukė. Astronomai, naudodamiesi Keck teleskopu Havajuose, nufotografavo rudąją nykštukę, besisukančią aplink beveik Saulės masės žvaigždę už 30 parsekų nuo Žemės. Tokia nuotrauka ir tolesni stebėjimai turėtų padėti nustatyti nykštukės atmosferos sandarą, patikrinti tokių objektų atmosferų modelius ir patobulinti planetų charakterizavimo modelius.

***

Antras diskas Fomalhaute. Fomalhautas yra žvaigždė Pietų žuvies žvaigždyne, susidedanti iš trijų žvaigždinių narių ir bent vienos planetos. Trečioji žvaigždė, Fomalhautas C, aplink pirmąsias dvi skrieja labai dideliu pustrečio šviesmečio atstumu, taigi tik pernai buvo patvirtinta, kad ji tikrai priklauso šiai sistemai. O dabar nustatyta, kad aplink tą žvaigždę skrieja kosminių nuolaužų diskas, panašus į mūsų Saulės sistemoje esantį Kuiperio žiedą. Įdomu tai, kad panašus, tik žymiai masyvesnis, diskas sukasi aplink pagrindinę Fomalhauto žvaigždę. Tai yra pirmas atvejis, kad diskai randami prie dviejų bet kurios sistemos žvaigždžių. Tyrimo aprašymas arXiv.

***

Paukščių Tako bangavimas. Žvaigždės Paukščių Tako diske juda įvairiomis orbitomis. Nors visos sukasi aplink Galaktikos centrą, jos taip pat svyruoja aukštyn ir žemyn. Ištyrę daugelio artimų Saulei žvaigždžių judėjimą, astronomai nustatė, kad kuo žvaigždės senesnės, tuo didesnė jų vertikalių svyravimų amplitudė, tačiau pačios seniausios žvaigždės, priešingai, svyruoja labai mažai. Svyravimų didėjimas su amžiumi jau seniai žinomas ir išaiškintas dinaminiais efektais, bet seniausiųjų žvaigždžių nepaklusimas šiai tendencijai yra netikėtas. Tyrimo autoriai skaitmeniniais modeliais nustatė, jog taip galėjo įvykti, jei pačių seniausių žvaigždžių orbitas smarkiai supurtė netrukus po jų susiformavimo įvykęs Paukščių Tako ir kitos galaktikos susiliejimas. Susiliejimo metu žvaigždės buvo išstumtos į platesnes orbitas, o kartu smarkiai sumažėjo jų „bangavimas“. Vėliau susiformavusių žvaigždžių niekas taip nepurtė, todėl jų bangavimas po truputį ir augo. Tyrimas aprašomas ir arXiv esančiame straipsnyje.

***

Nauja supernova. Kasmet supernovų aptinkama šimtai, tačiau taip arti mūsų – tikrai nedažnai. Galaktikoje M82, kuri pasižymi ypatingai sparčia žvaigždėdara, sprogo supernova 2014J. Tai yra artimiausia mums supernova nuo 1987-ųjų metų, kai sprogo žvaigždė Didžiajame Magelano debesyje. Supernova matoma net ir pro nelabai didelius mėgėjiškus teleskopus; iš esmės, jei galite įžiūrėti galaktiką M82 (ji yra Didžiosios Lokės žvaigždyne, į viršų ir į dešinę nuo kaušo), pamatysite ir supernovą. Taigi nenuostabu ir tai, kad iškart pasipylė gausybė supernovos nuotraukų.

***

Juodoji skylė-rajūnė. Daugumoje galaktikų žvaigždžių formavimasis ir centrinės juodosios skylės augimas vyksta kartu. Dujos, patekusios į galaktiką, vėsta ir krenta į centrą. Kai kurios iš jų suformuoja žvaigždes, o kitos įkrenta į juodąją skylę. Bet taip vyksta ne visada. Kartais juodosios skylės aktyvumas gali nustelbti žvaigždėdarą. Dabar aptikta sistema, kurioje nustelbimas vyksta ypatingai dideliu mastu. Galaktikų spiečiuje RX J1532.9+3021 yra daug karštų dujų. Šios dujos turėtų vėsti ir formuoti žvaigždes, tačiau spiečiaus centre esančios galaktikos sukuriamos čiurkšlės išlaiko dujas įkaitusias. Šių dujų masė daugiau nei milijardą kartų viršija Saulės masę. Tyrimo rezultatai patvirtina, jog supermasyvių juodųjų skylių aktyvumas gali paaiškinti karštų dujų ilgalaikį egzistavimą net ir pačiuose masyviausiuose galaktikų spiečiuose.

***

Kvazaras-prožektorius. Kvazarai yra labai ryškūs spinduliuotės šaltiniai, sukuriami dujoms sparčiai krentant į supermasyvias juodąsias skyles. Ši spinduliuotė gali nušviesti ir aplinkines struktūras, priversti tolimas dujas švytėti ir taip leisti astronomams jas pamatyti. Būtent dėl tokio apšvietimo pavyko aptikti dujų gijas, jungiančias tolimas galaktikas. Tokių gijų egzistavimą prognozuoja Visatos struktūros formavimosi modeliai, tačiau kol kas jų aptikta nebuvo. Tiesa, pernai buvo aptiktas panašus dujų tiltas tarp Andromedos ir Trikampio galaktikų, Paukščių Tako kaimynystėje, bet jis gali būti susiformavęs ir kitaip. Tuo tarpu naujai atrastos gijos beveik neabejotinai yra kosmologinės struktūros formavimosi padarinys. Be to, jis yra apie dešimt kartų masyvesnis, nei prognozuoja modeliai, taigi pastaruosiuose trūksta kažkokio ingrediento.

***

Štai ir visos Visatinės žinios šią savaitę. Kaip visada, laukiu komentarų ir klausimų, į kuriuos pasistengsiu atsakyti.

Laiqualasse

21 komentaras

    1. Ketinau jas aprašyti, bet paskui nusprendžiau, kad pasiliksiu ilgesniam komentarui, o pavadinimo ir nepakeičiau…

    1. Dalis žvaigždės sukrenta, dalis – išsilaksto. Sukrentanti dalis (branduolys/šerdis) išskiria tiek energijos, kad apvalkalą išnešioja į visas puses.

      1. Na taip, dalis sukrenta, klausimas labiau butu kodel dalis issilaksto. Vat is kur ta energija susikuria? Yra teke analoga girdet kad veiksmas panasus i ant krepsinio kamuolio uzdeta teniso kamuoliuka (salia vienas kito), ir kai abu laisvai krenta, krepsinio kamuolys perduoda savo kinetine energija teniso kamuoliukui, kuris sugeba pakilti i daug auksciau nei kad is kur pradejo kilti. Kazkaip tokiam isivaizdavimui daviau second though’ta kad jis negali buti taikomas supernovoms.
        http://www.youtube.com/watch?v=DVMwwKmF9NA
        Dar video pridesiu, simuliacijos rodo jog supernovos neturetu sprogti.

        1. Kodėl skaitmeniniai modeliai taip rodo – nežinau. Šiaip tų modelių yra įvairių, nesu tikras, kiek tame video pristatomi modeliai atitinka bendrai priimtą supratimą apie vykstančius procesus.

          Energija iš esmės atsiranda iš gravitacinio ryšio. Jei ~3 Saulės masių žvaigždės šerdis susitraukia nuo ~Saulės spindulio iki ~Švarcšildo spindulio, išskiriama pakankamai energijos, kad suardytų aplink esantį net ir šimtų Saulės masių apvalkalą. Klausimas, kiek tos energijos nueina į neutrinus, kiek yra išspinduliuojama nesugeriamais fotonais, o kiek – sugeriama. Įtariu, kad pagrindinis klausimas va šitoje vietoje ir yra – ar žvaigždės išoriniai sluoksniai sugeba sugerti pakankamai tos energijos, ar nesugeba.

    1. Šitas palyginimas gerai pavaizduoja pačius pagrindus, kad gravitacinio ryšio energija iš principo gali būti perduodama išoriniams sluoksniams. Problema, kaip dažnai ir būna, yra detalėse.

      1. Sitas principas mano manu yra absurdiskas. Virsutinius sluoksnius pasiekia tiek pat energijos kiek jie pries kolapsa turejo. T.y. virsutiniam sluoksni esanti dalele turinti potencine energija x, ta pacia energija tik ir gali gauti po kolapso vel igauti, taigi kolapsuojant ji „pakils“ vel i ta pati auksti. Esant itin dideliam skaiciui daleliu nera imanoma toks sprogimas. Fotonas is saules centro keliauja tukstancius metu. Kiek daleliu jis „pasiekia“ isvis absurdiskas skaicius. Tas pats ir su potencines energijos vertimo kinetine. Vien tik potencines energijos vertimu i kinetine negalima paaiskinti supernovu sprogimu. Suprasciau jog papildoma energija atsiranda del sunkesniu nei gelezis elementu gimimo ar kokio nors BH efekto. Taciau butent toks paaiskinimas kaip duotame video man neatrodo logiskas.

        1. Manau butent tos simuliacijos ir fail’ina nes gravitacinio rysio potencines ir kinetines energijos sistemos – nesprogsta.

        2. Man atrodo, kad tu iš dalies kapstai labai giliai (apie fotonus ir jų kelionės laiką, taigi kartu ir difuzijos greitį), bet neteisingai galvoji apie kai kuriuos paprastus dalykus. Tai dabar apie paprastus parašysiu.

          Prieš pat sprogimą žvaigždė yra apytikriai virializuota, taip pat virializuotas ir atskirai kiekvienas sluoksnis. Tai reiškia, kad kiekvieno sluoksnio vidinė energija (šiluminio ir kvantinio/degeneracinio slėgio) lygi pusei gravitacinio ryšio energijos (absoliutine verte). Kitaip tariant, U + 2K = 0, kur U – gravitacinio ryšio energija, o K – vidinė (šiluminė/kinetinė/kvantinė).

          Prasidėjus šerdies kolapsui sistema tampa nestabili. Šerdis, netekusi palaikančio slėgio, ima trauktis į save ir virsta neutronine žvaigžde arba juodąja skyle. Kolapsavusios šerdies gravitacinio ryšio energija absoliutine verte yra žymiai didesnė, nei buvo prieš kolapsą, t.y. objektas tampa žymiai labiau surištas. Šis energijos skirtumas turi kažkur pasidėti; tas „kažkur“ yra neutrinai, įvairių bangos ilgių fotonai ir šiek tiek energingų dalelių (protonų, elektronų, jonų ir visokios egzotikos).

          Turime situaciją, kad labai daug energijos sklinda nuo sukolapsavusios šerdies į visas puses. Nuo kolapso pradžios praėjusios dar tik kelios sekundės (kolapsas vyksta ~dinamiškai, tokios šerdies dinaminė laiko skalė yra turbūt kelios dešimtys sekundžių, tiksliai nežinau), aplink šerdį yra daug išorinių žvaigždės sluoksnių, kurie nebeturi „po savimi“ atramos ir pradeda kolapsuoti. Bet staiga juos pasiekia milžiniškos energijos spinduliuotės banga. Kai kurie fotonai pralekia pro tuos išorinius sluoksnius ir išlekia į išorę, taip pat pralekia ir visi neutrinai. Bet didžioji fotonų ir visokių energingų dalelių dalis atsimuša į žvaigždės išorinius sluoksnius ir jiems perduoda dalį savo energijos. Negalėdami pabėgti, nulekia kita kryptimi, vėl atsispindi, ir taip toliau. Šitaip, esant pakankamam optiniam gyliui (optical depth), fotonai gali perduoti aplinkinėms dujoms praktiškai visą savo energiją. Tada tie žvaigždės sluoksniai, kurie sugeria fotonus, ima plėstis, o kartu nustumia ir toliau esančius. Štai taip prasideda plėtimasis.

          Kaip rašiau aukščiau esančiame komentare, šerdies kolapso metu išskirtos energijos daugiau nei pakanka išardyti išoriniams žvaigždės sluoksniams. Tačiau klausimas, kokia tos energijos dalis yra sugeriama, o kokia išlekia iš žvaigždės.

          1. Ar kiekvienas supernovos tipas turi trukstamu elementu spektro linijose? But idomu pamatyt lentele kurioje isvardinta tipai ir kokiu elementu truksta

            1. Radau info. Type1 neturi H, o type 2 turi. Kas yra tos milziniskos energijos spinduliuotes bangos saltinis? Kiek suprantu teigi jog del U ir K pokycio? O kuria dali sudaro butent staigus elementu fusion’as del kolapso?

              1. Ar yra sarysis tarp to kokiu elementu truksta supernovos tipuose ir ar ju pavirsiaus temperatura sugeba fusion’ti lengvesnius elementus

                1. Lengvųjų elementų trūkumas mums leidžia spręsti apie supernovos progenitor, t.y. tą objektą, kuris sprogsta. Kitų elementų irgi labai nevienodi kiekiai spektruose matomi, alfa-proceso (lyginių atomo numerių) elementų yra daugiau, nei tarpinių, ir pan.

                  Šiaip tas vandenilio trūkumas yra empirinis pastebėjimas, nedaug susijęs su fizikiniais procesais. I tipo supernovos skirstomos į Ia, Ib ir Ic pagal kitų elementų buvimus/nebuvimus, o II tipo – į IIp, IIn ir IIl (jei gerai atsimenu) pagal šviesos kreivę. Bet pagal fiziką jas skirstyti reikėtų į termobranduolines (praktiškai visos Ia), branduolio kolapso (dauguma kitų) ir porinio nestabilumo (kai kurios Ic). Tarp šitų tipų ir sukuriamų elementų sąryšiai yra.

              2. Gali būti, kad kažką šiek tiek painioju, bet man atrodo, kad viršgeležinių elementų generavimas (r procesas) vyksta jau besiplečiant tai bangai apvalkale, o ne kolapsuojant šerdžiai. Taigi energijos generavimas yra nesusijęs su elementų kūrimu.

                1. Ne virsgeleziniu elementu fusion turiu omeny. Tiksliu skaiciu netrauksiu, bet pvz pateiksiu sakykim yra trys sluoksniai, vidinis gelezis, tolimesnis helio, pats isorinis vandenilio, visu turis vienodas. Ivykus sirdies kolapsui, gelezis sukrenta praktiskai i viena taska ir tampa itin tankus, taigi geleziai bekrentant helis uzima gelezies vieta, o vandenilis helio. Kai ivyksta „rebound“, helis akimirksniu yra sufuzinamas i sunkesnius elentus, daugeli kartu iki pat gelezies, vandenilis sufuzinamas iki helio. Tai cia issiskiria milziniska energija, kone akimirksniu, butent del serdies kolapso. Dvieju branduoliu susiliejimo metu iskiriama energija yra gerokai didesne nei kad tavo minimas U, K pokytis.

                  1. Pirma, sluoksnių yra gerokai daugiau, praktiškai kiekvienas alfa-proceso elementas turi po sluoksnį (taigi, žiūrint nuo išorės, turime vandenilį, helį, berilį, anglį, deguonį ir t.t. iki geležies). Antra, jų tolimesniam fuzinimui reikia maišymosi su helio branduoliais, o ne laisvų protonų ar elektronų; laisvi protonai gali pakelti elemento atominį skaičių vienetu, o ne dviem; paprastai tokiu atveju energija yra sunaudojama, o ne išskiriama. Trečia, centrinės dalies kolapsas vyksta greičiau, nei išorinių, taigi kai geležies branduolys sukolapsuoja, tolesni sluoksniai jo vietos dar nėra užėmę. Užimti tą vietą jiems sutrukdo energija (o kartu su ja ir slėgis), ateinantis iš kolapsuojančio branduolio. Ketvirta, vandenilio sintezės metu išsiskirianti energija sudaro ~0,7% rimties masės energijos, o kolapso iki Švarcšildo spindulio metu išsiskirianti energija – ~5% rimties masės energijos.

                    1. Na as pateikiau tik supaprastinta pvz. nereikia jau taip kabinetis :) Na as irgi pasikabinesiu. Paemiai viena kazkoki scenariju ir kone teigi kad visada taip buna, ir kad fusion nera pagrindine priezastis. Galim paimt garsuji Type 1a, ar koki non-degenerate branduoli su 100Msun.

                      Nera taip juodai balta kaip cia mes rasom. Cia reiktu but tikslesniems.

                    2. Ne, tikrai nėra taip jau paprasta. Bet pagrindai, kiek žinau, yra tokie (core-collapse supernovoms; porinio nestabilumo ir termobranduolinėms yra kitaip), taigi jie visada tokie ir turėtų būti, skirtųsi tik detalės.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *