Kąsnelis Visatos CCLXXVIII: Sutemos ir apšvieta

Praeitos savaitės naujienose – daug tamsių dalykų: temstanti žvaigždė, juodosios skylės, nesprogstanti supernova... Bet daug ir apšvietimų: naujo teleskopo statybos pradžia, atradimai apie Jupiterio struktūrą ir Marso atmosferą, gyvybę teikiantis radioaktyvumas. Kaip įprasta, skaitykite apie šias ir kitas naujienas po kirpsniuku.

***

39 metrų teleskopas. Pradėtas statyti didžiausias regimųjų ir infraraudonųjų spindulių teleskopas - Europos Išskirtinai didelis teleskopas (European Extremely Large Telescope, E-ELT). Nors pavadinimas visiškai prozinis, pats teleskopas turėtų būti įspūdingas. 39 metrų skersmens pagrindinis veidrodis - beveik keturis kartus didesnis už šiuo metu didžiausią Kanarų salose esantį 10,4 metro skersmens Gran Telescopio Canarias veidrodį. E-ELT leis pamatyti beprecedentiškai detalius kosmoso vaizdus - ir tolimų galaktikų, ir mūsų Galaktikoje esančių objektų. Teleskopas statomas Čilėje esančioje Atakamos dykumoje, kurioje įsikūrusi Europos pietinė observatorija (European Southern Observatory). Ten jau stovi Labai didelis teleskopas (Very Large Telescope) ir įvairūs kiti prietaisai. Darbus planuojama užbaigti iki 2024 metų.

***

Kosmoso eros pradžioje NASA galvojo ne tik apie Mėnulį. JAV kosmoso programos vienas iš pradininkų, Werneris von Braunas, planavo ir žmonių misiją į Marsą. Aišku, ji netapo realybe. Apie tai, kaip ta misija galėtų atrodyti, pasakoja Fraseris Cainas iš Universe Today:

***

Metalas Marso atmosferoje. Žemės atmosferoje sudegusios kosminės dulkės ir mikrometeorai palieka metalo atomų pėdsaką, kuris sudaro ilgalaikį metalo dalelių sluoksnį aukštutiniuose atmosferos sluoksniuose. Dabar nustatyta, kad analogiškas procesas vyksta ir Marse. Per daugiau nei dvejus metus trunkančią misiją zondas MAVEN surinko labai daug duomenų apie Marso atmosferos struktūrą. Ultravioletinių spindulių atspindžiai rodo, kad Marso atmosferoje, 90 km aukštyje virš planetos paviršiaus, egzistuoja magnio jonų sluoksnis. Jo kilmė beveik neabejotinai meteorinė, nes kiti procesai negali paaiškinti, kaip magnis pakiltų taip aukštai ir išsilaikytų ten ilgą laiką. Iš sluoksnio savybių nustatyta, kad per dieną į Marsą nukrenta 2-3 tonos kosminių dulkių; palyginimui į Žemę jų nukrenta 1,4-14 tonų. Tiesa, meteorų smūgiai nepaaiškina visų metalų Marso atmosferoje: 70-90 km aukštyje kartais aptinkami metalų jonai, kurių bendra masė yra gerokai didesnė nei magnio jonų sluoksnio. Taigi meteorų kritimo ir garavimo nepakanka sluoksniui sukurti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Juno atradimai Jupiteryje. Jupiterį jau metus tyrinėjanti NASA zondas Juno atskleidė jo ašigalių paslaptis. Pernai rugpjūčio pabaigoje jis tapo pirmuoju zondu, praskridusiu virš Jupiterio ašigalių. Juno taip pat praskrido tarp Jupiterio ir jo žiedų, padarė pirmąją žiedų nuotrauką iš vidaus, o zondo detektoriai nustatė, kad planetos pusiaujo plokštumoje yra pastebimai daugiau elektringų dalelių, net ir tose vietose, kurios nėra matomos kaip žiedai.

Rezultatų analizė verčia pergalvoti daugybę didžiųjų planetų struktūros modelių. Prie Jupiterio ašigalių matyti daugybė ciklonų sūkurių, kai kurių iš jų dydis yra beveik pusantro tūkstančio kilometrų. Tuo tarpu kitos planetos-milžinės, Saturno, ašigaliuose dominuoja po vieną didžiulį sūkurį. Kodėl šios planetos taip skiriasi, neaišku. Taip pat nustatyta, kad atmosferiniai reiškiniai vyksta ir giliai Jupiterio atmosferoje, kur slėgis šimtą kartų viršija žemiškąjį; kokie tai tiksliai reiškiniai, pasakyti sunku, bet jie primena atmosferos regionų, vadinamų Hadlio celėmis, judėjimą Žemėje.

Sprendžiant iš duomenų apie planetos gravitacinį lauką, Jupiterio branduolys yra gerokai didesnis ir mažesnio tankio, nei buvo manoma iki šiol. Gali būti, kad branduolys ir virš jo esanti metalinio vandenilio zona yra sumišusios, branduolys tarsi ištirpęs aukštesniame sluoksnyje.

Jupiterio magnetinis laukas yra dvigubai stipresnis, nei prognozuoja modeliai, ir apie dešimt kartų stipresnis, nei Žemės. Ašigalines pašvaistes Jupiteryje sukelia elektronai, bet jie sąveikauja su kitokiomis molekulėmis ir atomais, nei Žemėje. Dalį pašvaisčių greičiausiai sukuria iš palydovo Ijo ugnikalnių išsiveržusi plazma, pagauta Jupiterio magnetinio lauko ir krentanti į planetą.

Rezultatai pristatomi dviejuose Science žurnalo straipsniuose: pirmasis ir antrasis.

***

Saturno šiaurės ašigalio nuotraukos 2013 metų birželį ir šių metų balandį. ©NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton University

Savaitės paveiksliukas – dviejų Cassini darytų nuotraukų montažas. Jame matome, kaip keičiasi Saturno šiaurės ašigalyje besisukantis šešiakampis sūkurys, planetai artėjant prie vasaros saulėgrįžos. Šylant orams, keičiasi atmosferos cheminė sudėtis, todėl kinta ir jos spalva.

***

Radioaktyvumas - gyvybės šaltinis. Mes paprastai radioaktyvumą siejame su blogais dalykais - žalingomis mutacijomis, ligomis, mirtimi. Tačiau iš ledinių dangaus kūnų - planetų ar palydovų - branduolių sklindanti radioaktyvi spinduliuotė gali teikti energiją gyvybei. Modelyje buvo skaičiuojama, kaip ilgai gyvuojančių radioaktyvių branduolių - kalio, torio ir urano - skilimas gali paveikti ledo dengiamų popaviršinius vandenynus turinčių palydovų Saulės sistemoje evoliuciją. Nustatyta, kad skilimo metu išspinduliuojami elektronai ir gama spinduliai gali suardyti vandens molekules ir taip gaminti vandenilio molekules bei keletą oksiduojančių junginių. Vandenilio molekulių gamyba nėra ypatingai reikšminga viso kūno mastu - sudaro vos kelis procentus vandenilio molekulių, atsirandančių dėl cheminės vandens sąveikos su uolienomis. Tačiau oksiduojančių junginių ar elementų išskyrimas gali leisti atsirasti įvairiems sulfatams, kurie gali tapti deguonies alternatyva gyviems organizmams. Taigi radioaktyvi energija, sklindanti iš planetų ar palydovų gelmių, gali padėti jose atsirasti gyvybei. Toks procesas gali vykti ne tik Saulės sistemoje, bet ir egzoplanetose. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Letters.

***

Toro formos planeta. Įprastai planetas įsivaizduojame kaip daugmaž rutulio formos objektus. Kai kurios planetos turi žiedus; jaunystėje žiedai ar diskai egzistavo prie daugelio planetų ir maitino jas medžiaga. O dabar pasiūlytas teorinis modelis, pagal kurį planetos gali būti ir toro - riestainio - formos. Taip gali atrodyti planeta savo jaunystėje, kai į ją atsitrenkia kitas didelis kūnas. Smūgio metu išsiskyrusi energija išlydo abu kūnus, o pats smūgis įsuka planetą iki labai didelio greičio. Tada didelė jos dalis pakyla į orbitą ir ima suktis kaip žiedas aplink planetos centrą. Jei taip besisukančios medžiagos yra daug, žiedas gali tapti didesnis už centrinį objektą. Vėliau, planetai vėstant, toro formos išlaikyti tampa nebeįmanoma ir planeta pasidalina į lėčiau besisukantį centrinį kūną ir palydovą, kurio orbitiniame judėjime sutelktas beveik visas judesio kiekio momentas. Panašiai galėjo nutikti mūsų Žemei, kai į ją atsitrenkė Marso dydžio kūnas, o išmušta medžiaga galiausiai suformavo Mėnulį. Tiesa, toro stadija, tyrimo autorių pavadinta sinestija (angl. synestia), netrunka ilgai - Žemės atveju ji turėtų išnykti per mažiau nei šimtą metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research.

***

Tabi žvaigždės paslaptys. Prieš savaitę įvykęs trumpas maždaug poros procentų pritemimas Tabi žvaigždėje KIC 8462852 iššaukė naujų hipotezių apie šią sistemą. Kol kas vis dar neaišku, kas sukelia šiuos pritemimus, kurie vyksta nereguliariai, o keli iš jų žvaigždę pritemdė net 20% - giliau, nei bet koks žinomas planetos tranzitas. Praeitą savaitę pasiūlyta pora naujų įdomių idėjų apie šių signalų kilmę. Pirmoji idėja - kad pritemimus sukelia didžiulė planeta su žiedų sistema ir jos orbitoje esantys asteroidų-trojėnų debesys. Tokie asteroidai egzistuoja Jupiterio orbitoje, šeštadaliu orbitos priekyje ir už planetos. Tose vietose asteroidai gali išlikti labai ilgai, taigi esant tinkamoms sąlygoms, jų gali prisikaupti labai daug - net ir tiek, kad pritemdytų penktadalį žvaigždės spinduliuotės. Trojėnų debesys paaiškintų 2009 ir 2013 m. pritemimus. 2011 m. stebėtas tvarkingesnis ir ne toks gilus pritemimas galėjo būti pačios planetos ir jos žiedų tranzitas. Praeitos savaitės įvykis - antrinis tranzitas, kai planeta pasislėpė už žvaigždės. Artimiausias trojėnų tranzitas, sukelsiantis panašius reikšmingus pritemimus, pagal šį modelį turėtų įvykti 2021 metų pradžioje. Taigi jau po ketverių metų galėsime patikrinti, ar šis modelis atitinka realybę.

Dar viena hipotezė - galbūt pritemimai kyla ne žvaigždėje ar greta jos, o Saulės sistemoje? Sistemos pakraščiuose yra daugybė dar neaptiktų objektų. Tarp jų gali būti ir koks nors žieduotas asteroidas, panašus į Čariklą tarp Saturno ir Urano. Jei tokio asteroido žiedai kartais pridengia (okultuoja) žvaigždę, matome užtemimus, kurie gali būti labai netvarkingi. Šios hipotezės pagrindas - visi užtemimai įvyko panašiu metų laiku, vasario-gegužės mėnesiais, t.y. kai Žemė buvo toje pačioje Saulės pusėje. Tai gali reikšti, kad tik tais mėnesiais Žemė, KIC 8462852 ir nežinomasis objektas išsirikiuoja daugmaž vienoje linijoje. Ateityje užtemimai galėtų būti stebimi maždaug kasmet ar kas keletą metų, tačiau žiūrint iš skirtingų vietų, jie gali atrodyti labai nevienodai. Priklausomai nuo to, iš ko sudaryti nežinomojo objekto žiedai, gali užtekti vos 600 metrų atstumo tarp dviejų teleskopų, kad vienas žvaigždės pritemimą stebėtų, o kitas ne; iš kitos pusės, šis atstumas gali būti ir 10 milijonų kilometrų, t.y. 30 kartų daugiau, nei iki Mėnulio.

Abiejų tyrimų rezultatus rasite arXiv: pirmąjį ir antrąjį.

***

Priešistorinės supernovos atradimas. Vienas iš Zooniverse grupės projektų – Supernova Sighting – davė pirmuosius rezultatus: atrasti septyni galimų supernovų pėdsakai. Viena iš jų yra taip toli, kad jos šviesa iki mūsų keliavo beveik milijardą metų. Supernova Sighting projekte savanoriai dalyviai iš viso pasaulio gali klasifikuoti Australijoje esančio teleskopo SkyMapper darytas dangaus nuotraukas ir ieškoti jose atsirandančių naujų taškelių, kurie žymi supernovų sprogimus. SkyMapper teleskopas yra vienintelis Pietų pusrutulyje, skirtas būtent supernovų sprogimų paieškai. Supernova Sighting projektas labai sėkmingas – per pirmą parą nuo paleidimo, vartotojai nuotraukas klasifikavo net 30 tūkstančių kartų. Nuotraukos, kuriose bent keli vartotojai nurodo aptikę sprogimus, perduodamos mokslininkams, kurie jas išnagrinėja detaliau ir nustato, kokia yra ta supernova ir kaip toli ji sprogo. Plačiau apie SkyMapper projektą paskaityti galite arXiv.

Supernovų sprogimai gali paaiškinti vieną keturis dešimtmečius ramybės neduodančią keistenybę – iš kur Paukščių Take atsiranda antimedžiaga. Antimedžiaga, susidūrusi su medžiaga, anihiliuoja ir skleidžia gama spindulius. Šių spindulių intensyvumas rodo, kad pozitronai – elektronų antidalelės – kuriami visoje Galaktikoje, bet daugiausiai – centriniame telkinyje. Ir per sekundę jų sukuriama bent 10^{43}, t. y. vienetas su 43 nuliais. Iki šiol nepavyko paaiškinti, iš kur jų yra tiek daug. Dabar pasiūlytas galimas mechanizmas: gana retai aptinkamos supernovos, įvykstančios susijungus dviem baltosioms nykštukėms, gali sukurti pakankamai pozitronų. Šios supernovos skleidžia mažiau spinduliuotės, nei įprastiniai žvaigždžių sprogimai, todėl aptikti jas yra sudėtinga. Iš kitos pusės, jos pagamina labai daug radioaktyvaus titano izotopo titano-44, kuris skildamas išskiria daug pozitronų. Kol kas šis mechanizmas įrodytas tik teoriniais skaičiavimais, t. y. nežinia, ar tikrai mūsų Galaktikoje sprogsta pakankamai baltųjų nykštukių. Visgi skaičiavimai rodo, kad tuo pačiu modeliu galima paaiškinti, kodėl Saulės sistemoje yra gana daug kalcio-44, kuris susidaro skylant titanui-44. Tai sustiprina tikimybę, kad modelis yra teisingas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Kolapsuojanti žvaigždė. Masyvios žvaigždės gyvenimo pabaigoje sprogsta supernovomis. Bet ne visada – skaičiavimai rodo, kad kone trečdalis žvaigždžių, masyvesnių nei 8 Saulės masės, gali kolapsuoti į juodąsias skyles be jokio sprogimo. Tai turėtų būti mažai sunkesnių už helį elementų turinčios žvaigždės. Patikrinti šias prognozes stebėjimais yra sudėtinga, nes mes nežinome, kurios žvaigždės ruošiasi baigti gyvenimus, o jei jos nesprogsta supernovomis, galime ir neatkreipti dėmesio. Bet dabar, atlikus dedikuotus stebėjimus, nustatyta viena žvaigždė, kuri elgėsi būtent pagal šį modelį. Žvaigždė, esanti nelabai tolimoje galaktikoje NGC 6946, buvo 25 kartus masyvesnė už Saulę. 2007 metais darytose nuotraukose ji atrodo kaip niekuo labai neišsiskirianti raudonoji supermilžinė. 2009 metais ji trumpam sušvito maždaug milijoną kartų už Saulę ryškesniu žybsniu. Toks žybsnis yra gerokai silpnesnis už supernovos sprogimą, kurio šviesis gali siekti trilijoną Saulės šviesių. Vėliau žvaigždė tiesiog pranyko: 2015 metais darytose nuotraukose regimųjų spindulių ruože žvaigždės visiškai nematyti. Infraraudonųjų spindulių ruože ji švyti, bet silpniau, nei anksčiau. Ir šviesis vis mažėja – greičiausiai todėl, kad juodoji skylė ryja paskutinius žvaigždės likučius. Būtent taip ji turėtų elgtis pagal prognozes. Šie ir panašūs stebėjimai padės patikrinti, ar tikrai supernovomis nesprogsta tokios žvaigždės, kokias prognozuoja modeliai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodųjų skylių kaimynystė. Supermasyvios juodosios skylės egzistuoja daugumos galaktikų centruose. Kartais ten jų gali būti ir po dvi - pavyzdžiui, jei galaktika neseniai susiliejo su kita, tai abiejų galaktikų juodosios skylės po truputį artėja viena prie kitos, bet susijungti joms reikia bent kelių šimtų milijonų metų daugiau, nei susilieti pačioms galaktikoms. Dabar tokia juodųjų skylių pora aptikta santykinai netolimoje daug tyrinėtoje aktyvioje galaktikoje Gulbės A. Apie pirmą juodąją skylę ir jos aktyvumą šioje galaktikoje žinoma jau seniai, o dabar, pažvelgę į ją atnaujintu radijo teleskopu VLA (Very Large Array, Labai didelis masyvas), astronomai pamatė, kad šalia pagrindinio branduolio yra dar vienas intensyvus radijo spinduliuotės šaltinis. Tai greičiausiai yra supermasyvi juodoji skylė, nors negalima paneigti ir varianto, kad tai - neįprastai energingas supernovos sprogimas. Šaltinis nuo pagrindinio galaktikos branduolio nutolęs per beveik 500 parsekų. Antros juodosios skylės gravitacija paveikia dujų orbitas galaktikos centrinėje dalyje ir gali reguliariai nustumti dujų prie masyvesnės kompanionės. Tai paaiškintų, kodėl pastaroji yra aktyvi jau apie dešimt milijonų metų - gerokai ilgiau, nei įprastai turėtų trukti galaktikų aktyvumo epizodai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Mažai juodųjų skylių. LIGO detektoriaus aptikti trys gravitacinių bangų signalai - puikus atradimas, tačiau kyla klausimas, kodėl jų nėra daugiau. Vienas galimas atsakymas - nedaug yra juodųjų skylių, kurios jungtųsi tarpusavyje. Ypač šis teiginys galioja tarpinės masės juodosioms skylėms, kurių masės viršija 100, bet nesiekia 100 tūkstančių Saulės masių. Apie jų egzistavimą nuolatos ginčijamasi, yra įvairių nelabai tvirtų įrodymų, kad jos galbūt egzistuoja, bet vieningo atsakymo - ne. Susiliedamos dvi tokios juodosios skylės paskleistų gravitacinių bangų signalą, kurį LIGO turėtų užfiksuoti. Dabar padaryti visų LIGO surinktų duomenų analizė, kurioje tokių signalų nerasta. Tai leido nustatyti ir tikėtiną maksimalų tarpinės masės juodųjų skylių susiliejimų dažnumą. Įvertinimas priklauso nuo masės: 100 Saulės masių dvinarių juodųjų skylių susiliejimai vyksta ne dažniau, nei vieną kartą per metus viename kubiniame gigaparseke - tokiame tūryje telpa daugiau nei 10 milijonų Paukščių Tako dydžio galaktikų. Masyvesnių juodųjų skylių susiliejimų dažnumas apibrėžtas ne taip tvirtai. Tai nereiškia, kad tarpinės masės juodosios skylės neegzistuoja, bet jei ir egzistuoja, tai beveik neabejotinai ne dvinarėse sistemose. Tyrimo rezultatai arXiv.

Juodųjų skylių susiliejimo paskleistas gravitacinių bangų signalas sklinda šviesos greičiu, ir pralėkęs detektorių, atgal nebegrįžta. Taigi aptikti susiliejimą galima tik tada, jei jo signalas pro detektorių pralekia detektoriaus darbo metu. Bet pasirodo, kad bendroji reliatyvumo teorija leidžia egzistuoti ir kitokiam gravitacinių bangų sklidimo sprendiniui, pavadintam "atmintimi-našlaite". Erdvė, pro kurią praeina gravitacinė banga, gali grįžti ne tiksliai į pradinę būseną, taigi iškreipimas gali likti užfiksuotas ilgam laikui, nors jį sukūrusio signalo šaltinio jau seniai nebėra. Ilgalaikis iškreipimas turėtų būti maždaug dešimt kartų silpnesnis, nei pagrindinis signalas, bet tą atperka galimybė jį stebėti daug ilgiau. Kol kas tai - tik teorinis modelis, bet jei signalus pavyktų aptikti, tai labai pagerintų gravitacinių bangų aptikimo galimybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Štai tokias naujienas surinkau apie praėjusią savaitę. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

9 comments

    1. Nežinau. Bet ne visi taip vadinami. Būna ir įdomių akronimų (Spectroscopic Areal Unit for Research on Optical Nebulae), ir pavadintų įvairių žmonių garbei (Keck teleskopas) ir t.t.

  1. Saturno šešiakampis nustebino. Galbūt yra minčių, kodėl būtent tokios formos sūkurys? Taip ir knieti pasirankioti įdomesnių formų iš įvairiausių astro-fotografijų...

    1. Panašu, kad tai yra superpozicija - banga, kurios ilgis yra tiksliai šešis kartus mažesnis už apskritimo ilgį, susisukusi į tą apskritimą. Bet detalesnio paaiškinimo, kodėl būtent taip - nežinau. Ir, turint omeny Juno rezultatus, turbūt dabar nežino ir mokslininkai apskritai, nes Jupiteryje prie ašigalių panašių globalių struktūrų nėra, tik maži (na, santykinai - iki 1500 km skersmens) sūkuriai.

  2. "Prieš savaitę įvykęs trumpas maždaug poros procentų pritemimas antrinis tranzitas, kai planeta pasislėpė už žvaigždės. "
    Kodėl planetai pasislėpus už žvaigždės ji pritemsta?

    1. Pritemsta ne žvaigždė, o visa sistema. Nes sistemos šviesis susideda iš žvaigždės ir planetos šviesio. Planeta atspindi šiek tiek žvaigždės spinduliuotės, tad kai ji pasislepia už žvaigždės, to atspindžio nebematome. Skirtumas yra labai mažas, gerokai mažesnis, nei pagrindinio tranzito, todėl aptikti jį irgi sunkiau.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *