Kąsnelis Visatos CXII: Gravitacinės bangos!

Svarbiausia šios savaitės, o galimai ir šių metų ar netgi dar ilgesnio laiko tarpo naujiena – aptiktas kol kas svariausias gravitacinių bangų egzistavimo įrodymas. Bet tai – ne vienintelė astronominė naujiena iš pastarųjų septynių dienų. Apie dešimtį jų, kaip visada, po kirpsniuku. Gal šiek tiek glaustai, bet užtat rytoj pažadu ilgesnį paaiškinimą, kas per velniava yra tos gravitacinės bangos, kaip jų ieškoma ir kas ten aptikta.

***

Triušis nemiršta. Techninių nesklandumų kamuojamas Kinijos mėnuleigis Yutu vis dar gyvas. Dabar jis pasitinka jau ketvirtą Mėnulio dieną. Techninių problemų sąrašas netrumpėja – dabar neveikia ne tik saulės baterijų kreipimo prietaisai, bet ir ratai. Taigi mėnuleigis bent jau kol kas yra įkalintas vietoje ir turbūt ilgai netemps. Bet kol tempia, tol gali dirbti ir atsiųsti naujų duomenų apie mūsų palydovo paviršių.

***

Palydovų eros pradžia. Pirmas į Žemės orbitą pakilęs palydovas buvo sovietinis Sputnikas. Tai įvyko 1957-aisiais. O ar žinojote, kad tais pačiais metais buvo paleistas ir antrasis Sputnikas? O kad per pirmus 20 metų po šio įvykio į orbitą iškelti 37 palydovai, ar žinojote? O peržiūrėję šią infogramą, žinosite visa tai ir daug daugiau.

***

Lieknėjantis Merkurijus. Vėstantys daiktai dažniausiai traukiasi. Planetos – ne išimtis: štai Merkurijus nuo Vėlyvojo bombardavimo laikotarpio prieš 3,8 milijardo metų susitraukė 7 kilometrais (tiek sumažėjo planetos spindulys). Šis skaičius gautas išnagrinėjus labai detalius planetos paviršiaus žemėlapius, kuriuos atsiuntė zondas Messenger. Anksčiau, remiantis zondo Mariner 10 nuotraukomis, buvo manoma, kad planetos spindulys sumažėjo tik maždaug 3 kilometras, bet šis skaičius neatitiko modelių, kuriais buvo vertinama energijos gamyba Merkurijaus viduje ir praradimas paviršiuje. Nauji duomenys abiem būdais gautus rezultatus suveda į vieningą visumą. Tyrimo rezultatai publikuojami žurnale Nature Geophysics (deja, prieiga mokama).

***

Galimybių riba? Pagal preliminarų NASA biudžetą 2015-iesiems metams, marseigis Opportunity, dirbęs Raudonojoje planetoje nuo 2004-ųjų, bus išjungtas. Pernai Opportunity misija NASAi kainavo apie 13 milijonų dolerių; tai yra nelabai daug, palyginus net ir su bendru Marso programų biudžetu (370 milijonų pernai, planuojami 280 milijonų kitąmet), bet turint omeny nekokią JAV biudžeto situaciją, įvairūs karpymai turėtų nestebinti. Visgi biudžetas tai tik preliminarus, ir dar yra keletas būdų, kaip Opportunity galėtų dirbti toliau. Aišku, net ir nelikus finansavimo (ar jam trumpam nutrūkus), Opportunity niekur nedings, bet visa misijai reikalinga infrastruktūra ir darbuotojai bus nebeišlaikomi.

***

Dujinių milžinių viduriai. Gal jums pasirodys keista, bet didžiausia nežinomybė, tyrinėjant dujines planetas, yra vandenilio fizikinės ir cheminės savybės. Mat šias dujas, kaip ir visus kitus elementus, mes galime tyrinėti tik sąlygomis, artimomis žemiškosioms. Tuo tarpu dujinių milžinių viduriuose egzistuoja milžiniški slėgiai ir temperatūros, kurių Žemėje pasiekti praktiškai neįmanoma. Kaip elgiasi vandenilis tokiomis sąlygomis – nežinia. Neaišku netgi koks šių dujų tankio ir slėgio sąryšis. Bet dabar mokslininkai sugebėjo sukurti sąlygas, panašias į esančias Jupiterio ir Saturno gelmėse, ir išmatuoti vandenilio šiluminį laidumą. Tam jie pasinaudojo labai stipriu lazeriu, kuris plonytę šaltų vandenilio dujų srovelę per menką sekundės dalį įkaitino iki 12 tūkstančių laipsnių. Dujos pavirto plazma (elektronų ir protonų mišiniu), o kitas lazerio spindulys padėjo nustatyti, kaip sparčiai jose pasiekiama šiluminė pusiausvyra. Tyrimas, publikuojamas Physical Review Letters, įdomus ir tuo, kad tai yra vienas iš retų atveju, kai astronomijai pasitarnauja laboratoriniai eksperimentai.

***

Nupučiami diskai. Protoplanetiniai diskai yra dulkių ir dujų telkiniai, besisukantys aplink jaunas žvaigždes. Juose formuojasi planetos, iš tokio disko užgimė ir Žemė bei kitos Saulės sistemos narės (išskyrus pačią Saulę). Tačiau žvaigždės, atsidūrusios per arti masyvių kaimynių, gali labai greitai tokių diskų netekti ir aplink jas galbūt niekada nesusiformuoja planetos. Nauji Oriono žvaigždėdaros regiono stebėjimai rodo, kad O spektrinės klasės (t.y. masyvesnės nei 15 Saulės masių) žvaigždės dešimtadalio šviesmečio atstumu esančių kitų žvaigždžių protoplanetinius diskus išgarina per keletą milijonų metų – greičiau, nei paprastai užtrunka planetų formavimasis (pastarajam reikia ~10 milijonų metų). Visa laimė, kad O žvaigždės yra retos, tačiau tankiuose jaunuose spiečiuose jos gali smarkiai apsunkinti planetų formavimąsi. Straipsnis prieinamas arXiv.

***

Oriono ir Arklio galvos ūkai. ©Terry Hancock

Savaitės paveiksliuku parinkau kaip tik aukščiau minėto Oriono žvaigždėdaros regiono ir apylinkių nuotrauką. Kairėje nuotraukos dalyje matome Oriono diržo žvaigždes, o dešiniausia iš jų yra kaip tik Oriono ūke, kur formuojasi jaunos žvaigždės. Dešinėje nuotraukos pusėje matyti Arklio galvos ūkas – kitas žvaigždėdaros regionas.

***

Didžiausia geltona milžinė. Artėdamos prie gyvenimo pabaigos, žvaigždės išsiplečia į milžines. Kuo masyvesnė žvaigždė, tuo didesnė ir milžinė. Kai kurios labai masyvios žvaigždės tampa geltonosiomis supermilžinėmis, o dabar išmatuotas vienos tokios žvaigždės, HR 5171 A, dydis. Paaiškėjo, kad jos spindulys siekia daugiau nei 6 astronominius vienetus (1 AV yra nuotolis tarp Žemės ir Saulės). Padėta į Saulės sistemą, ši žvaigždė uždengtų net ir Jupiterio orbitą. Maža to, žvaigždė turi ir kaimynę. Pirmajai žvaigždei išsiplėtus, sistema tapo vadinamąja sąveikaujančia dvinare, t.y. abiejų žvaigždžių paviršiai liečiasi ir medžiaga teka iš didesnės žvaigždės į mažesniąją.

***

Galaktikų sambūris. Mūsų Paukščių Tako galaktika, Andromeda ir dar 12 kitų didelių galaktikų, nutolusių nuo mūsų per mažiau nei 6 megaparsekus, yra išsidėsčiusios daugmaž vienoje plokštumoje (šios plokštumos skersmuo yra apie 10 megaparsekų, o storis siekia vos 500 kiloparsekų). Maža to, tos 12 kitų galaktikų mūsų Vietinę grupę (susidedančią iš Paukščių Tako, Andromedos ir įvairių plokštumai nepriklausančių mažesnių galaktikų) supa maždaug apskritimu. Dabar vienas astronomas iškėlė hipotezę, kad tokia konfigūracija nulėmė ir mūsų Galaktikos, ir Andromedos dydį. Ankstyvojoje Visatoje dar besiformuojant plokštumai galaktikų vėjai išmetė nemažai dujų, kurios sukrito į apskritimo viduryje esančią Vietinę grupę, o vėliau aplinkinių galaktikų gravitacija atkirto kitas dujas nuo centre esančių galaktikų. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

Greitas senų galaktikų augimas. Visatos evoliucijoje yra žinoma tendencija, kad kuo toliau, tuo visi procesai vyksta lėčiau (galima sakyti, kad Visata sensta). Dabar atrasti nauji šią tendenciją patvirtinantys duomenys: pasirodo, vos dviejų milijardų metų amžiaus Visatoje būta galaktikų, užaugusių tiek pat, kiek dabar užaugęs Paukščių Takas. Mūsų Galaktika susiformavo prieš 10 milijardų metų ir visą laiką po truputį auga; kažkada augo sparčiau, dabar suformuoja maždaug po vieną žvaigždę per metus. Tuo tarpu naujai aptiktos 15 galaktikų panašią į Paukščių Tako masę pasiekė per mažiau nei du milijardus metų nuo Didžiojo sprogimo. Tai reiškia, kad jos augo bent 10 kartų, o turbūt išvis 100-300 kartų, sparčiau, nei Paukščių Takas dabar. Taip pat svarbu tai, kad aptiktos galaktikos stebimuoju metu žvaigždžių beveik nebeformavo, kitaip tariant, jos pavirto subrendusiomis galaktikomis, vėlgi kaip šiandieninis Paukščių Takas. Kodėl ši tendencija Visatoje egzistuoja, kol kas neaišku. Tyrimo rezultatai aprašyti Astrophysical Journal.

Prie to pačio – štai jums galimybė paskraidyti tarp galaktikų:

[tentblogger-vimeo 88412829]

Filmukas sukurtas remiantis Galaxy and Mass Assembly (GAMA) katalogo duomenimis. Galaktikų padėtys jame yra tikros, tik jų gabaritai padidinti, kad būtų aiškiau matyti. Galima pastebėti, jog daugelis galaktikų buriasi į grupes, o šios – į įvairias plokštumas ir juostas.

***

Savaitės filmukas – pasakojimas apie kosminę foninę spinduliuotę:

[tentblogger-youtube Y6hBthfoosI]

Esu apie ją kažkada rašęs, bet manau, kad gal ir šis pasakojimas pasirodys įdomus. Be to, žinių apie foninę spinduliuotę reikės kitai naujienai suprasti.

***

Gravitacinės bangos. Na ir štai pagaliau prieiname prie svarbiausios žinios. Aptiktas kol kas svariausias įrodymas, kad egzistuoja gravitacinės bangos. Tiksliau sakant – kad jos egzistavo Visatos aušroje, nes jų pėdsakai aptikti kosminėje foninėje spinduliuotėje. Šios spinduliuotės netolygumai nurodo, kur Visatą sudaranti medžiaga buvo karštesnė, o kur – šaltesnė. Jei medžiaga buvo suspausta viena kryptimi, o priešinga kryptimi ištempta (maždaug kaip suplojamas blynas), toks iškreipimas būtų matomas ne tik kaip skirtingos temperatūros zona foninėje spinduliuotėje, bet ir kaip tos spinduliuotės poliarizacijos pokytis. Poliarizacija yra elektromagnetinių bangų savybė, grubiai tariant – bangų vibravimas kažkuria viena kryptimi, o ne atsitiktinai. Nuo to, kaip medžiaga ankstyvojoje Visatoje buvo ištampyta, priklauso ir foninės spinduliuotės poliarizacijos kryptis bei stiprumas įvairiose vietose. Poliarizacijos kryptingumas gali būti dviejų tipų: E tipo poliarizacija yra simetriška (išsidėsčiusi apskritimais), B tipo – nesimetriška (spiralinė). Pastarojo tipo poliarizaciją foninėje spinduliuotėje sukurti galėjo tik gravitacinės bangos, ištemptos kosminės infliacijos per Visatos gyvenimo pirmąją menkutę sekundės dalelę.

Būtent kosminės foninės spinduliuotės poliarizacijos žemėlapis buvo sudarytas per trejus metus, stebint dangų su poliarizacijai matuoti skirtu teleskopu BICEP2. Aptikta ir E tipo, ir B tipo poliarizacija. E tipo poliarizaciją gali paaiškinti įvairūs procesai, vykstantys tarp mūsų ir foninės spinduliuotės (gravitacinis lęšiavimas ir pan.), tačiau B tipo poliarizacijos taip paaiškinti neįmanoma. Vienintelė reali alternatyva, galėjusi sukurti tokią poliarizaciją – infliacijos metu išaugę gravitacinių bangų sukelti sutrikdymai.

Daugiau žinių apie atradimą rasite pranešime spaudai ir straipsnyje.

Rytoj pažadu daugiau informacijos apie visą šitą reikalą.

***

Štai ir visos naujienos šią savaitę. Komentarai laukiami, klausimai irgi. Pastaruosius klauskit ypač apie gravitacines bangas, kad žinočiau į ką koncentruotis rašant apie jas.

Laiqualasse

10 comments

  1. https://www.youtube.com/watch?v=08LBltePDZw Sitas skyrdis per Visata man labiau patiko :) Del gravitaciniu bangu, kaip supratau jos susidaro ivykus dideliems mases susijungimams/sprogimams/greitai sukantis. Ir tos bangos per Visata juda kaip tvenkinio bangos imetus akmenuka. Klausimas butu (nesitikiu rimto atsakymo, nes dar niekur jo neradau) space-time kontinuumas turi buti kvantuotas kad gravitacines bangos juo keliautu?

    1. Nesuprantu prie ko cia erdves kvantavimas? Pats zodis kontinuumas reiskia kad nėra kvantuota. Kvantuota energija, o ne erdve.

      1. Na matai, yra teoriju, sakanciu kad erdve-laikis yra kvantuotas, plancko lygyje. Todel ir klausiu. Aisku kol pasieksim, jeigu isvis pasieksim plancko dydzius, tol ir nezinosim ar tai yra kvantuota.

        1. Zinau, kad yra teoriju sakanciu kad Dievas sukure visata, bet tik noreciau suzinoti siek tiek daugiau apie erdve-laiki :)

          1. Siaip Einsteinas gana paprastai aprase kas tai yra. SRT toks paprastas kad praktiskai bent koki paskaiciavima galima atlikti mintinai, su BRT sunkiau, gana sudetinga matematika, bet principą dauguma zino: materija lenkia erdve, o lenkta erdve nusako materijai kaip judet.

        2. Yra hipoteziu, sukvantuot erdvelaiki jau bandoma ne viena desimtmeti, taciau visi bandymai buvo nesekmingi. Mano manymu erdvelaikis ir nera kvantatuotas. Itin mazi gravitaciniai fluktuationai keliave iki musu daugiau nei 13 milijardu metu nesicancelino tarpusavyje, neisnyko del jokios entropijos, ir isvis greiciausiai mazai tepakito (neskaitant scale faktoriaus). Na man cia labiau irodymas kad erdve nera kvantuota.
          Problema kuria visada maciau su kvantuota erdve labai paprasta, erdves islenkimas gali buti mazesnis uz planko ilgi.

    2. Myslius daugmaž gerai atsakė. Kvantuotu erdvėlaikiu bangoms sklisti turėtų būti sunkiau. Gravitacinės bangos yra bendrosios reliatyvumo teorijos prognozė, ten jokio kvantavimo nėra.

      Mysliau, ištryniau tavo nepatvirtintą komentarą apie grav. bangas prie kito įrašo, nes ten ne į temą buvo.

Komentuoti: Šarūnas Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *