Kąsnelis Visatos CCLVI: Antispektras

Praeitą savaitę išmatuotas antivandenilio spektras, aptikta skystos geležies srovė Žemės branduolyje, pasiūlyti nauji modeliai, aiškinantys Tabi žvaigždės ir Betelgeizės keistenybes, ir dar visokių įdomių atradimų padaryta. Apie juos, kaip įprasta, skaitykite po kirpsniuku. O jei naujienų apžvalga patiko ir norėtumėte panašių jų matyti daugiau, galite paremti Konstantą Patreon platformoje.

***

Antivandenilio spektras. Antimaterijos egzistavimas žinomas jau nuo XX a. pradžios, tačiau tyrinėti ją labai sudėtinga, nes susidūrusi su materijos dalelėmis, ji anihiliuoja. Dabar paskelbta apie svarbų žingsnį į priekį šioje srityje: išmatuota energija, reikalinga antivandenilio atome pozitronui peršokti iš žemiausio energijos lygmens į antrąjį. Pozitronas yra elektrono atitikmuo, o antivandenilio atomą sudaro antiprotonas ir aplink jį besisukantis pozitronas. Energijos skirtumas tarp dviejų žemiausių lygmenų yra vienas iš svarbiausių vandenilio spektro elementų, taigi antivandenilio analogo nustatymas leidžia geriau suprasti antimedžiagos ir medžiagos panašumus bei skirtumus. Paaiškėjo, kad šuolio energija antivandenilyje yra tokia pati, kaip ir vandenilyje, taigi bent jau į paprasčiausius atomus antimedžiaga jungiasi taip pat, kaip ir medžiaga. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Srovės branduolyje. Žemės branduolyje aptikta srovė, savybėmis panaši į čiurkšlinę srovę aukštai atmosferoje. Magnetinį lauką ir jo pokyčius tiriantys Europos kosmoso agentūros zondai padėjo nustatyti, kaip juda skysta geležis išorinėje Žemės branduolio dalyje, maždaug 3000 km gylyje po paviršiumi. Paaiškėjo, kad šiaurinis branduolio pusrutulis sukasi šiek tiek greičiau, nei pietinis, o ties 70 laipsnių šiaurės platumos Žemę juosia srautas, besisukantis dar greičiau – maždaug 40 km per metus. Toks greitis yra trigubai didesnis, nei tipinis branduolio sukimosi greitis. Panašiai kaip ir atmosferoje esanti čiurkšlinė srovė, taip ir branduolio srovė greičiausiai atsiranda todėl, kad iš šiaurės ir pietų artėjanti medžiaga spaudžiasi tarpusavyje ir stumia jau sandūroje esančią medžiagą į šoną. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

2016-ųjų misijos. Metų pabaigoje įdomu apžvelgti visokius įvykusius dalykus. Space.com parinko dvylika kosmoso misijų – prarastas, atrastas, pasibaigusias ir prasidėjusias. Čia rasite ir tokius praradimus, kaip Hitomi rentgeno spindulių teleskopą, Marse sudužusį Schiaparelli nusileidimo modulį, prasidėjusią ExoMars misiją ir BEAM pripučiamo modulio eksperimentą Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS), besibaigiančią Cassini misiją ir pasibaigusią metų trukmės misiją TKS, atrastą Philae nusileidimo vietą ir trumpam suratą Saulės zondą STEREO-B.

Viena iš dar planuojamų kosminių misijų yra AIDA – Asteroid Impact and Deflection Assessment (Asteroido smūgio ir pakreipimo įvertinimas). Buvo planuojama, kad ją turėtų sudaryti su erdvėlaiviai: Europos kosmoso agentūros sukurtas AIM, kuris 2022-ųjų gegužę atskristų prie asteroido Didymos ir jį tyrinėtų maždaug pusmetį; ir NASA sukurtas DART, kuris tų pačių metų spalį įsirėžtų į Didymos ir pakeistų jo orbitą, o AIM stebėtų šį procesą ir taip padėtų nustatyti jo efektyvumą. Deja, gruodžio pradžioje ESA narių vyriausybių atstovai nusprendė nebefinansuoti AIM kūrimo. NASA kol kas dirba prie DART ir dirbs bent iki kovo mėnesio; jų atstovai teigia, kad misija galėtų vykti ir be ESA dalyvavimo, tačiau tą reikės įrodyti kovo mėnesį, kai bus peržiūrimas misijos progresas.

***

Namai Marse. Kaip atrodys pastatai, kuriuose gyvens pirmieji Marso kolonistai? Gali būti, kad juos statysime naudodami Marse esantį vandens ledą. Kai kuriuose Marso regionuose negiliai po paviršiumi yra ledo: pavyzdžiui Utopijos lygumoje šiaurės pusrutulyje, kurios plotas beveik šešis kartus didesnis už Lietuvą, esančio ledo tūris siekia du trečdalius Baltijos jūros tūrio, o ledo sluoksnį nuo paviršiaus skiria 1-10 metrų storio gruntas. Taigi ledą pasiekti nėra labai sudėtinga, o panaudoti jį galima pastatų sienų struktūrai palaikyti. Aišku, sienos nebūtų vien iš ledo – jas sudarytų daug sluoksnių, palaikančių vidaus temperatūrą, drėgmę ir atmosferos sudėtį. Toks pastatas, kuriam tvirtumą suteikia ledas, galėtų lengviau palaikyti formą ir atskirti vidaus bei išorės terpes, nei siūlomi trimačiais spausdintuvais pagaminami statiniai. Be to, siūlomos medžiagos yra permatomos, taigi pastate galėtų būti ir langų.

Marso ašigaliuose yra ledynai, kuriuose žiemą susidaro anglies dvideginio ledo sluoksniai. Pavasarį šis sausas ledas garuoja ir sudarko aplinkinį vandens ledą bei gruntą, sukurdamas netaisyklingus kampuotų griovių tinklus, vadinamus vorais. Anksčiau aptikti vorai buvo trumpalaikiai, pranykstantys vasarą ar bent jau atėjus kitai žiemai. O dabar paskelbta apie analogiškas struktūras, kurios išsilaiko ir auga keletą metų iš eilės. Ankstesni vorai buvo aptikti šiaurės pusrutulyje, o šie, ilgalaikiai, – pietuose. Įvertinus struktūrų augimo greitį, nustatyta, kad per pusantro tūkstančio Marso metų (tai yra maždaug 3000 Žemės metų) naujos struktūros gali išaugti iki dabar arti ašigalių matomų paviršių vagojančių įgriuvų ir įtrūkimų tinklo dydžio. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Savaitės filmukas – apie planetas, pririštas spyruoklėmis prie žvaigždžių, ir palydovus prie planetų. Kaip čia taip? Pasirodo, toks modelis palydovų ir planetų stebimą judėjimą aprašo taip pat gerai, kaip ir judėjimo apskritimu dėl gravitacijos. Aišku, jokios spyruoklės jų nelaiko, bet tai nereiškia, kad matematinis modelis negali būti naudingas. Ir daugiau tokių naudingų modelių yra, ir jų atmesti taip pat nereikėtų be rimtos priežasties. Plačiau – Minute Physics:

***

Ūkas NGC 6357. Rentgeno, regimųjų ir infraraudonųjų spindulių montažas. ©Credit: X-ray: NASA/CXC/PSU/L.Townsley et al; Optical: UKIRT; Infrared: NASA/JPL-Caltech

Savaitės paveiksliukas – žiemiškai atrodantis ūko vaizdas. Neveltui jis vadinamas „žiemos stebuklų šalimi“ (winter wonderland). Daugiau visokių žiemiškų, šventiškų ir šiaip gražių kosminių nuotraukų – Space.com albume.

***

Proksimos gyvybė. Planeta prie artimiausios Saulės kaimynės, Proksima b, gali būti tinkama gyvybei. Ši planeta yra labai arti savo žvaigždės, tačiau patenka į jos gyvybinę zoną, mat Kentauro Proksima yra gerokai blausesnė už Saulę. Bet tai sukelia ir problemų – planeta greičiausiai yra potvyniškai prirakinta prie žvaigždės, t. y. į žvaigždę visą laiką atsukta viena planetos pusė. Be to, tokios žvaigždės, kaip Kentauro Proksima, santykinai daug dažniau ir daug stipriau sužimba žybsniais, kurie gali pakenkti planetai. Ir visgi sumodeliavus sąlygas planetos paviršiuje paaiškėjo, kad jos gali būti tinkamos gyvybei atsirasti ir vystytis. Tam tereikia, kad planeta turėtų atmosferą ir magnetinį lauką, analogiškus Žemei. Ar tai yra įmanoma ir tikėtina, kol kas nežinia, bet laikui bėgant turėtume išsiaiškinti šias Proksimos b savybes. Tada geriau galėsime įvertinti ir tikimybę, kad ten pavyks apsigyventi arba surasti nežemiškos gyvybės. Tyrimo rezultatai arXiv.

Ieškant egzoplanetų, gaunami žvaigždės duomenys – ar tai būtų šviesio kreivė ieškant tranzitų, ar radialinio greičio informacija ieškant planetos poveikio žvaigždės judėjimui – pirmiausia būna apdorojami, išvalant triukšmą – įvairius atsitiktinius virpesius. Toks apdorojimas gali įvesti tam tikrų neapibrėžtumų ar netikslumų į galutinį rezultatą ir netgi pašalinti silpnus tikrus signalus. Dabar pasiūlytas naujas metodas, sukurtas remiantis duomenų išgavimo iš nuotraukų metodais, kuris signalus ir triukšmą nagrinėja kartu. Metodas, vadinamas multifraktaline analize, daro prielaidą, kad gauti „žali“ duomenys susideda iš periodiško signalo ir stochastiško (t. y. statistiškai atsitiktinio) triukšmo, tačiau nagrinėja juos nedarydamas prielaidos, kiek kuris elementas svarbus tuose duomenyse. Metodas patikrintas su vienos žinomos egzoplanetos duomenimis ir tą planetą tikrai atranda. Dabar reikia jį patikrinti su prastos kokybės duomenimis ir bandyti ieškoti egzoplanetų, kurios kol kas nėra atrastos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tabi žvaigždė. Žvaigždė KIC 8462852, dar žinoma kaip „Tabi žvaigždė“ pagal jos keistumus pristačiusio straipsnio pagrindinės autorės Tabitha Boyajian vardą, yra labai neįprastas objektas – Keplerio teleskopo stebėjimų metu keletą kartų jos šviesis sumažėjo daugiau nei 20-ia procentų. Paaiškinimų yra įvairių, nuo kometų debesies iki nežemiškos civilizacijos statinių, bet gerų paaiškinimų – nedaug. Šiai žvaigždei netgi skirtos specialios stebėjimų programos, pavyzdžiui Green Bank radijo teleskope Virdžinijos valstijoje. Tikimasi, kad papildomi duomenys leis pagaliau išsiaiškinti, kodėl ši žvaigždė taip keistai elgiasi.

O vienas naujas modelis aiškina Tabi žvaigždės šviesio svyravimus kaip pačioje žvaigždėje vykstančių pokyčių pasėkmę. Statistiškai išnagrinėję žvaigždės šviesio kreivę, mokslininkai nustatė, kad skirtingo dydžio pritemimų pasiskirstymas yra laipsninė funkcija – mažesnių pritemimų yra daugiau, didesnių – mažiau, o paėmus dvi poras pritemimų, kurių gylių (šviesio sumažėjimų) santykiai yra vienodi, vienodi bus ir jų pasikartojimo dažnumų santykiai. Tokie pasiskirstymai būdingi įvairioms sistemoms, esančioms arti radikalaus pokyčio – nuošliaužoms kalnuose, lenkiamiems trapiems strypams ir panašiai. Tai gali reikšti, kad Tabi žvaigždė irgi artėja prie kažkokio radikalaus pokyčio, bet kol kas neaišku, kokio. Taigi papildomi dedikuoti Tabi žvaigždės stebėjimai gali būti labai naudingi ir parodyti tai, ko dar niekada nesame matę – žvaigždę, kintančią iš vienos būsenos į kitą. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Planetos liekanos. Prie žvaigždės, panašios į Saulę, aptiktos dvi planetos, o pačioje žvaigždėje matyti trečios planetos cheminės liekanos. Žvaigždė HIP 68468 yra labai panaši į Saulę, tik maždaug milijardu metų senesnė – jos amžius siekia 6 milijardus metų. Prie jos aptiktos dvi planetos: 26 kartus už Žemę masyvesnė planeta, nutolusi tiek, kiek Venera nuo Saulės, ir tris kartus už Žemę masyvesnė planeta 0,03 astronominio vieneto atstumu nuo žvaigždės. Bet daug įdomesnis yra pačios žvaigždės spektras, kuriame matyti labai daug ličio ir įvairių nelakiųjų elementų, tokių kaip geležis, chromas, titanas ir skandis. Geriausias būdas paaiškinti jų egzistavimą – žvaigždė neseniai prarijo maždaug šešių Žemės masių planetą. Gali būti, kad planetą į žvaigždę įstūmė masyvioji planeta, atmigravusi iš toliau; ji tikrai negalėjo susiformuoti ten, kur yra dabar, nes tam nebūtų pakakę medžiagos protoplanetiniame diske aplink žvaigždę. Bet neįprasta tai, kad reikšminga planetų migracija galėjo vykti prie subrendusios žvaigždės – paprastai planetos migruoja jaunose sistemose, kuriose protoplanetinis diskas nėra iki galo išsisklaidęs. Tolesni egzistuojančių planetų stebėjimai turėtų padėti nustatyti jų evoliuciją ir paaiškinti, kaip žvaigždėje atsirado kai kurių cheminių elementų perteklius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kanibalė Betelgeizė. Oriono žvaigždyno petis, žvaigždė Betelgeizė, yra gyvenimą baigianti 15-25 kartus už Saulę masyvesnė raudonoji supermilžinė. Jos spindulys yra tūkstantį kartų didesnis, nei Saulės – žvaigždės gyvenimo pabaigoje linkusios kuriam laikui išsiplėsti. Besiplečiančios žvaigždės sukimosi greitis turėtų sumažėti, panašiai kaip šokėjas ant ledo sulėtėja, ištiesęs rankas į šonus. Tačiau Betelgeizės paviršius ties pusiauju juda 10 kilometrų per sekundę greičiu – penkis kartus greičiau, nei Saulės. Dabar pasiūlytas tokio spartaus sukimosi paaiškinimas: gali būti, kad milžinė kažkada per pastaruosius 100 tūkstančių metų prarijo Saulės masės kompanionę. Gretimos žvaigždės judėjimo orbita aplink Betelgeizę energija būtų perėjusi milžinei ir jos sukimasis galėjo pagreitėti iki stebimų verčių. Šis modelis taip pat gali paaiškinti aplink Betelgeizę matomą dulkių žiedą – jis gali būti prarytos žvaigždės liekana. Jei modelis pasirodytų esąs teisingas, tai apsunkintų Betelgeizės evoliucijos nagrinėjimą ir ateities pokyčių prognozavimą, nes papildoma medžiaga, patekusi į milžinę, reikšmingai pakeistų jos vidaus struktūrą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių gimimas. Žvaigždės Visatoje sparčiausiai formavosi maždaug prieš 10 milijardų metų. Tuo laiku dauguma galaktikų buvo netvarkingos, jose buvo daug dujų ir dulkių, todėl pamatyti žvaigždėdaros regionus yra sudėtinga, net jei pavyksta išskirti galaktikų dalis. Naujais radijo ir submilimetrinių bangų, kurioms sklisti dulkės netrukdo, stebėjimais pavyko atskleisti tų galaktikų savybes. Paaiškėjo, kad tose galaktikose žvaigždėdara vyksta per visą galaktikos tūrį, o ne tik pavienėse dalyse, kaip dažnai būna dabartinėse galaktikose. Taip pat maždaug pusėje galaktikų aptikti ryškūs aktyvūs branduoliai, rodantys, kad šios galaktikos palyginus neseniai patyrė susiliejimą arba kažkokį nestabilumą, kuris į galaktikos centrą numetė daug dujų; tai reiškia, kad žvaigždes sparčiai formuojančios galaktikos yra gana įvairios. Šiais laikais dauguma sparčiai žvaigždes formuojančių galaktikų yra neseniai susiliejusios su kompanionėmis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsioji materija neanihiliuoja? Gama spindulius – didžiausios energijos elektromagnetines bangas – skleidžia aktyvių galaktikų branduolių čiurkšlės, stiprų magnetinį lauką turinčios neutroninės žvaigždės ir supernovų sprogimai. Manoma, kad kažkiek gama spindulių gali skleisti ir tamsiosios materijos dalelių tarpusavio anihiliacija. Šiai hipotezei patikrinti buvo išanalizuoti šešerius metus Fermi kosminiu teleskopu rinkti duomenys apie gama spinduliuotės pasiskirstymą danguje, ir jokių tamsiosios materijos anihiliacijos pėdsakų nerasta. Nors žinomi gama spinduliuotės šaltiniai negali paaiškinti visų aptiktų fotonų kilmės, tų fotonų pasiskirstymas danguje rodo, kad jie sklinda daugmaž vienodai iš visų pusių. Tamsiosios medžiagos anihiliacija būtų stipriausia galaktikų centruose, taigi aplinkinės galaktikos sukurtų labai netolygų gama spinduliuotės signalą. Neaiškūs gama spindulių šaltiniai greičiausiai yra aktyvūs galaktikų branduoliai, esantys tolimose (todėl gana tolygiai danguje pasiskirsčiusiose) galaktikose, kurių kai konkrečių šaltinių išskirti nepavyksta dėl didelio nuotolio ir tarpgalaktinės erdvės kuriamos sklaidos. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

Štai tokios naujienos apie Kalėdų savaitę. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų bei komentarų.

Laiqualasse

4 comments

  1. Visą laiką norėjau sužinoti atsakymą į klausimą. Astronomai teigia, kad po Big Bang atsirado vienodas kiekis materijos ir anti-materijos. Bet liko tik materija.
    Žinant, jog medžiagos spektras yra lygus anti-medžiagos spektrui man kyla klausimas, o kaip nustatyta, kad Visatoje yra medžiaga? Gal dalis galaktikų yra medžiagos, o dalis antimedžiagos?

    1. Erdvė tarp galaktikų nėra visiškai tuščia – joje yra įvairių dujų debesų. Jeigu kokia nors galaktika būtų sudaryta iš antimedžiagos, jos pakraščiai švytėtų gama spinduliuote, kur tos galaktikos antimedžiaga anihiliuotų su aplinkinės tarpgalaktinės erdvės medžiaga. Tokių signalų niekur neaptikta, taigi galime teigti, kad visos matomos galaktikos sudarytos iš medžiagos.

      Prieš kelias dešimtis metų jūsų klausimas buvo rimtai nagrinėjamas mokslininkų. Fantastas Larry Niven kažkada net buvo parašęs apsakymą apie antimedžiagos žvaigždę, patekusią į mūsų Galaktiką.

      1. Švytėjimas būtu matomas su sąlyga, kad medžiaga su antimedžiaga anihiliuotų. Tačiau jei antimedžiaga stumia medžiagą tai anihiliaciją nevyksta.
        Ar tai yra patikrinta?

        1. Medžiaga nuo antimedžiagos skiriasi tuo, kad jų krūviai priešingi (taip pat priešingi leptonų/barijonų skaičiai). Taigi kaip tik dalelės viena kitą traukia, o ne stumia.

Komentuoti: Laiqualasse Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *