Kąsnelis Visatos CCLIV: Energija

Kas nutiks Žemei, kai numirs Saulė? Kokie varikliai stums pirmuosius laivus į Kentauro alfą? Iš ko formuojasi planetos? Kaip kito žvaigždžių populiacijos Paukščių Take? Šios ir kitos naujienos jūsų laukia po kirpsniuku. O jei norite naujienų daugiau, dažniau ir išsamiau, kviečiu paremti Konstantą Patreon platformoje.

***

Kosmoso pionierių prisimenant. Praėjusią savaitę, gruodžio 8-ą dieną, mirė Džonas Glenas (John Glenn), pirmasis amerikietis, apskridęs Žemę orbitoje aplink ją. Astronautui buvo 95-eri metai. Istorinis Gleno skrydis įvyko 1962-ųjų metų vasario 20-ą dieną, praėjus mažiau nei metams po pirmojo žmogaus – Jurijaus Gagarinio – analogiško skrydžio. Praėjus vos dvejiems metams, Glenas paliko NASA ir užsiėmė šviečiamąja veikla, įkvėpė daugybę moksleivių galvoti apie kosmosą. 1974-1999 metais buvo senatorius, atstovavo gimtają Ohajaus valstiją. 1998-ųjų spalį dar kartą išskrido į kosmosą, buvo „Discovery“ šatlo misijos narys; šios misijos metu buvo tikrinamas kosminių skrydžių poveikis jo – jau pagyvenusio žmogaus – organizmui. Plačiau apie jo gyvenimą ir veiklą paskaityti galite šiame infografike.

***

Savaitės filmukas – trumpas anonsas NASA projekto Spinoff, kuriame kasmet pristatomi NASA sukurtų ar išvystytų technologijų pritaikymai įvairiose mūsų gyvenimo srityse. Šių metų Spinoff ataskaitą, apimančią 50 kompanijų ir 50 technologijų taikymų, rasite čia.

***

Energijos rūšys. „Žvaigždė, uždaryta stiklainyje“ – taip kartais pavadinami branduolinės sintezės reaktoriai, kuriuose vandenilio branduoliai jungiami į helį, taip išlaisvinant labai daug energijos. Tiesa, kol kas dar nepavyko pasiekti ilgalaikės stabilios branduolinės sintezės reakcijos ir dažnai sakoma, kad branduolinės sintezės nuolatos reikia laukti „dar dešimt metų“. Visgi progresas, kad ir lėtas, vyksta – paskelbta apie tai, jog Vokietijoje esančios Vendelštaino (Wendelstein) reaktoriaus magnetinių laukų geometrija atitinka numatytąją, taigi vandenilio plazma jame išlaikoma taip, kaip ir turėtų būti. Magnetinis laukas sintezės reaktoriuje reikalingas todėl, kad vandenilis ten turi būti įkaitintas iki milijonų laipsnių temperatūros – tokios aukštos, kad iškart išgarintų bet kokią medžiagą, tik prie jos prisilietęs. Taigi plazmą išlaikyti reikia magnetiniame lauke. Tam, kad plazma gerai judėtų ir efektyviai jungtųsi, reikalingas labai sudėtingos formos magnetinis laukas, kurį ir pavyko sukurti. Sekantis žingsnis bus plazmos judėjimo magnetiniame lauke tyrimai. Ateityje branduolinės sintezės reaktoriai galėtų tiekti praktiškai neribotą švarią energiją. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

Kita futuristinė energijos gavimo technologija yra antimaterijos anihiliavimas su materija. Elektronai ir pozitronai, protonai ir antiprotonai – bet kokios dalelės ir antidalelės susidūrusios išnyksta, palikdamos du didelės energijos fotonus. Viena JAV kompanija, Positron Dynamics, ieško būdų, kaip pozitronų anihiliaciją panaudoti tarpžvaigždinių kelionių erdvėlaiviams varyti. Toks variklis galėtų būti tūkstantį kartų efektyvesnis, nei dabartiniai cheminiu kuru varomi, ir galėtų įgreitinti erdvėlaivį iki bent kelių procentų šviesos greičio. Tada kelionė iki Kentauro Alfos truktų tik apie 40 metų, o ne dešimtis tūkstančių, kaip dabar. Aišku, tokiems varikliams dar labai toli iki realybės, bet gerai ir tai, kad daromi nors menki žingsniai į priekį.

***

Saturno šiaurės ašigalis ir žiedai. Cassini nuotraukos. ©NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Savaitės paveiksliukas – nuotraukų montažas, sudarytas iš Cassini zondo nuotraukų, pirmųjų, padarytų naujoje polinėje orbitoje. Artėjant misijos pabaigai Cassini sėkmingai perėjo į orbitą, nutolusią nuo Saturno žiedų plokštumos, ir dabar kurį laiką skraidys virš planetos ašigalių bei prie žiedų. Nuotraukos padarytos pro skirtingus filtrus, dėl to jose išryškėja skirtingos struktūros, bet visose matyti šiaurės ašigalį supantis šešiakampis viesulas.

***

Planetų gimimas. Planetos formuojasi protoplanetiniuose diskuose iš ten esančių dujų ir dulkių. Šio proceso detalės vis dar nėra aiškios, tačiau nauji stebėjimai turėtų padėti atsakyti į vieną svarbų klausimą – kokia yra planetų formavimuisi pradžią duodančių dulkių dalelių forma. Jaunos žvaigždės HD 142527 stebėjimai atskleidė, kad jos protoplanetiniame diske esančių dulkelių dydžiai neviršija 150 mikrometrų. Šis dydis nustatytas išmatavus, kiek poliarizuota yra šviesa, atsklindanti iš šio disko: kuo dulkių dalelės didesnės, tuo poliarizacija būtų stipresnė. Nustatytas dydis yra 10 kartų mažesnis, nei rodė ankstesnių stebėjimų duomenys. Bet pastarieji rėmėsi ne poliarizacijos, o apskritai dulkių spinduliuotės matavimais, taigi juos galima paaiškinti ir kitaip: daugybė mažų dulkelių, sukibusių į didesnį junginį, spinduliuoja taip, kaip viena didesnė dulkelė, bet šviesą poliarizuoja kaip mažesnės. Tokia interpretacija reiškia, kad planetos pradeda augti iš mažyčių „pūkuotų“ dulkelių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Mirštanti žvaigždė. Po penkių milijardų metų Saulė mirs – išsiplės į raudonąją milžinę, išdegins vidines planetas, o vėliau nusimes išorinius sluoksnius ir taps baltąja nykštuke. Merkurijus ir Venera bus apgaubti Saulės ir sudegs, o kaip bus su Žeme – neaišku. Vieni modeliai teigia, kad Saulė, tapusi raudonąja milžine, apgaubs ir Žemę, kiti – kad mūsų planetos nepasieks, ir ji, nors ir netekusi atmosferos bei vandens, liks skrieti aplink baltąją nykštukę. Nauji už 60 parsekų esančios žvaigždės Laivagalio L2 stebėjimai padeda išsiaiškinti, kuri prognozė teisingesnė. Šios žvaigždės masė kažkada buvo labai panaši į Saulės. Jos amžius – 10 milijardų metų, taigi ji jau pasiekė raudonosios milžinės stadiją ir šiuo metu praradinėja išorinius sluoksnius, formuodama planetinį ūką. Dabartinė jos masė sumažėjo trečdaliu nuo pradinės. Šalia žvaigždės, nutolusi dvigubai toliau nei Žemė nuo Saulės, aptikta planeta. Ji yra 12 kartų masyvesnė už Jupiterį, taigi į Žemę nepanaši, bet tolesni planetos ir žvaigždės sąveikos stebėjimai padės įvertinti ir tai, kokio likimo gali tikėtis mūsų planeta. O žvaigždės stebėjimai padės nustatyti jos spindulį ir poveikį artimiausioje aplinkoje – ten, kur šalia Saulės bus ir Žemė, kai mūsų žvaigždė išsipūs gyvenimo pabaigoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių populiacijos. Pirmosios žvaigždės Visatoje buvo sudarytos vien iš vandenilio ir helio. Jose gimė pirmieji sunkesni cheminiai elementai, mirdamos jos šiais elementais praturtino tarpžvaigždinę terpę. Antroji žvaigždžių karta formavosi jau iš metalų turinčių dujų, tad jų spektruose aptinkame anglies, deguonies, geležies ir panašių elementų. Įdomu tai, kad daugumoje šių žvaigždžių anglies ir geležies santykis yra didesnis, nei Saulės – tai reiškia, kad pirmosios žvaigždės pirmiau į aplinką atidavė anglį, o tik vėliau – geležį. Dabar, atlikus 305 tokių žvaigždžių, trumpai vadinamų CEMP (Carbon-enhanced metal-poor stars), spektrų analizę paaiškėjo, kad jas galima suskirstyti į dvi populiacijas. Kai kurios CEMP žvaigždės turi pastebimai daugiau s-proceso cheminių elementų (tai yra elementai, sunkesni už geležį, susidarantys žvaigždžių vėjuose), kitos – daugiau magnio ar natrio. Net ir anglies gausa žvaigždėse yra nevienoda – vieno pogrupio žvaigždėse pogrupyje jos yra apie 40 kartų daugiau, nei kito. Tai reiškia, kad greičiausiai šios žvaigždės susiformavo labai skirtingose vietose, iš skirtingų pirmųjų žvaigždžių liekanų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Verdanti žvaigždėdara. Žvaigždės formuojasi šaltų dujų telkiniuose, tačiau įkaitintos dujos gali labai paspartinti šį procesą. Skamba kiek paradoksiškai, bet karštos dujos suspaudžia aplink esančias ir sudaro geresnes sąlygas joms atvėsti. Toks procesas stebimas, pavyzdžiui, prie besiformuojančios žvaigždės Cefėjo E. Ši prožvaigždė, kaip ir daugelis kitų, į aplinką meta medžiagos čiurkšles. Nauji stebėjimai, atlikti lėktuve skraidinamu infraraudonųjų spindulių teleskopu SOFIA, atskleidė detalias čiurkšlių savybes: čiurkšlė juda 20-30 kilometrų per sekundę greičiu ir spaudžia dujas, kurių vidutinis tankis siekia apie 100 tūkstančių atomų į kubinį centimetrą (tai yra gana tipinis molekulinio debesies branduolio, kuriame formuojasi viena ar kelios žvaigždės, tankis). Ties čiurkšlės ir aplinkinės medžiagos sąveikos paviršiumi susiformuoja smūginė banga, kurioje dujų tankis išauga 10-50 kartų, o temperatūra pakyla iki 500-1500 kelvinų, gerokai daugiau, nei tipinė molekulinių debesų temperatūra – 10-20 kelvinų. Manoma, kad tokiose smūginėse bangose dažnai pradeda formuotis naujos žvaigždės. Tolesni Cefėjo E stebėjimai leis patikrinti, ar taip yra iš tiesų. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.

***

Galaktikos transformacija. Spiečiuose esančios galaktikos, sąveikaudamos su aplinka, patiria įvairių transformacijų. Naujos Hablu darytos nuotraukos atskleidžia gana neįprastą pokytį – galaktika NGC 4388, priklausanti Mergelės spiečiui, išorinėje dalyje atrodo kaip elipsinė, o centrinėje – kaip spiralinė. Išorinės galaktikos dalys neturi beveik jokios struktūros – tokios neišraiškingos būna elipsinės galaktikos. Tačiau arčiau centro matyti aiškios dulkių juostos, žyminčios spiralines vijas. Ir apskritai galaktikos forma yra būdinga spiralinėms galaktikoms, taigi elipsinę primenantys pakraščiai yra sąveikos su spiečiaus medžiaga ir kitomis galaktikomis padarinys. Gravitacinės sąveikos su gretimomis galaktikomis, tarpgalaktinių dujų trintis į NGC 4388 disko pakraščius – tokie veiksniai tikrai galėjo reikšmingai paveikti jos išvaizdą. Netikėta tik tai, kad poveikis daro galaktikos išorines dalis panašias į gerokai senesnio objekto.

***

Galaktinis voratinklis. Galaktikos auga dviem būdais – formuodamos žvaigždes iš dujų ir prisijungdamos palydovines galaktikas. Kuris iš šių būdų svarbesnis, priklauso nuo galaktikos aplinkos ir Visatos amžiaus, bet tiksliai nustatyti jų santykinę svarbą visada sudėtinga. Dabar infraraudonųjų spindulių stebėjimai atskleidė, kad tolimoje Voratinklio galaktikoje žvaigždžių populiacijos masė auga jai ryjant aplinkgalaktines dujas ir verčiant jas žvaigždėmis. Galaktika yra centrinė savo spiečiuje, o jos spinduliuotė mus pasiekia iš 10 milijardų metų praeities, taigi tas spiečius – santykinai jaunas. Jame yra keli šimtai galaktikų, o dabar rastas dujų debesis, kurio masė siekia šimtą milijardų Saulės masių. Šis debesis gaubia Voratinklio galaktiką ir aplinkines, esančias spiečiuje; jo dujų temperatūra siekia vos 70 kelvinų, greičiai taip pat nedideli, taigi dujos gali kristi į galaktikos vidų ir ten virsti žvaigždėmis. Įdomu tai, kad dujose yra daug anglies monoksido, kurį sudarantys elementai – anglis ir deguonis – galėjo atsirasti tik žvaigždėse. Vadinasi, dujų debesį sudaro kažkada iš Voratinklio ir aplinkinių galaktikų jau išmestos dujos, kurios dabar grįžta atgal į galaktiką ir ten formuoja žvaigždes. Laikui bėgant, Voratinklio galaktika ims prisijunginėti ir kitas spiečiaus galaktikas, bet kol kas ją maitina beveik išimtinai tarpgalaktinės dujos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždėdara tolybėse. Senovėje, prieš maždaug 10 milijardų metų, žvaigždės Visatoje formavosi keliasdešimt kartų sparčiau, nei dabar. Tarp tų tolimų galaktikų kartais pasitaiko atrasti išskirtinai sparčiai žvaigždes formuojančių, net palyginus su aplinkinėmis. Vienas toks pavyzdys – galaktika kodiniu numeriu SPT0346-52. Jos spinduliuotė iki mūsų keliauja 12,7 milijardo metų, o naujų žvaigždžių toje galaktikoje kasmet susiformuoja maždaug 4500. Palyginimui, Paukščių Take naujų žvaigždžių kasmet atsiranda maždaug trys-keturios. Tokią sparčią žvaigždėdarą paaiškinti gali tik du palankūs faktoriai: didelis kiekis tankių dujų, iš kurių gali formuotis žvaigždės, ir aukštas dujų virtimo žvaigždėmis efektyvumas. Tokių ir panašių objektų stebėjimai padeda nustatyti, kaip susiformavo šiandieninės galaktikos, kaip vyksta žvaigždėdaros procesai ekstremaliomis sąlygomis ir kaip Visata buvo praturtinta už helį sunkesniais cheminiais elementais, kurie formuojasi žvaigždėse. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tolydi tamsioji materija. Didžiąją dalį Visatos medžiagos sudaro tamsioji materija, kurios pamatyti neįmanoma, nes ji nesąveikauja elektromagnetiškai, t. y. neskleidžia, nesugeria ir neatspindi šviesos. Tačiau jos telkinių pasiskirstymą galima tyrinėti kitaip, pavyzdžiui, nagrinėjant, kaip medžiagos kuriamas gravitacinis laukas iškreipia tolimų galaktikų šviesą, kol ji sklinda mūsų link. Galaktikų, kurios yra arti viena kitos dangaus skliaute, atvaizdai dėl šio iškreipimo turėtų būti deformuojami panašiai, todėl gretimos galaktikos turėtų atrodyti tarsi išsitempusios viena kryptimi. Šis efektas leidžia nustatyti įvairaus dydžio medžiagos telkinių pasiskirstymą. Taip buvo padaryta panaudojus 15 milijonų galaktikų atvaizdus, surinktus 450 kvadratinių laipsnių dangaus plote – toks plotas yra 2200 kartų didesnis už Mėnulio pilnatį ir apima maždaug 1 procentą viso dangaus skliauto. Gautas rezultatas – tamsiosios materijos tankio ir sankaupų dydžių funkcija – yra gerokai mažesnis, nei anksčiau gautas analizuojant Planck teleskopo duomenis. Tai gali reikšti, kad tamsiosios materijos (ir apskritai materijos) aplinkinėje Visatoje yra mažiau, nei sprendžiama pagal Planck duomenis, arba kad ji pasiskirsčiusi labiau tolygiai. Planck duomenys mums leidžia nustatyti Visatos savybes praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, o ryšį tarp tų laikų ir dabarties duoda kosmologiniai modeliai, taigi problema gali būti ir juose. Kol kas paaiškinimo šiam neatitikimui nėra; gali būti, kad jam rasti prireiks modifikuoti kosmologijos teoriją, tačiau taip pat įmanoma (nors ir mažiau tikėtina), kad užfiksuoti skirtumai yra tik matavimų paklaidų efektas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

4 komentarai

  1. O ką, gerbiamasai, manai apie tas kitas teorijas, kurios bando kovoti su tamsiosios materijos egzistavimu iš pagrindų? Gal kada kokią rašliavėlę būtų galima apie tai? :-D Ar gal nuorodą, jei jau rašei kada.

        1. Neefektyvu taip bus, nes Patreonas nuo kiekvienos transakcijos pasiima sau po 10%, o dar priedo reikia PVMą sumokėti. Tai realiai, jei paramos duodi X, tai sumoki 1.21X, o remiamasis gauna 0.9X.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *