Kąsnelis Visatos CCLXXIX: Paieškos

Praėjusią savaitę SpaceX pirmą kartą antrą kartą skraidino atsargų kapsulę į TKS, NASA paskelbė apie naują misiją į Saulę, aiškinomės apie Veneros ir Marso paviršiaus keistenybes, juodųjų skylių (ne)egzistavimą bei augimą, ir dar visokius įdomius dalykus. Kaip visada, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku.

***

Panaudoto erdvėlaivio kelionė. Kaip ir raketos, taip ir atsargas gabenančios kosminės kapsulės įprastai yra vienkartinės: nuskrenda į Tarptautinę kosminę stotį, o grįždamos atgal sudega. SpaceX Dragon kapsulės - kitokios: nuo pat kūrimo pradžios jos buvo gaminamos turint tikslą naudoti jas daug kartų. Šeštadienį šis tikslas pasiektas - į Tarptautinę kosminę stotį išskrido SpaceX atsargų papildymo misija, kurios Dragon kapsulė jau vieną tokią misiją buvo vykdžiusi. Apskritai tai buvo jau vienuolikta tokia misija, o ši kapsulė anksčiau skrido ketvirtoje misijoje 2014 metais. Tarp atsargų yra ir keletas eksperimentų - keletas pelių osteoporozės tyrimams ir vaisinių muselių širdies tyrimams, - saulės baterijų ir neutroninių žvaigždžių tyrimo eksperimentas (apie jį dar žr. žemiau). Praėjus dešimčiai minučių po sėkmingo pakilimo, toje pačioje pakilimo aikštelėje sėkmingai nutūpė pirmoji raketos-nešėjos pakopa; tai buvo jau penktasis sėkmingas SpaceX raketos-nešėjos nutūpimas sausumoje.

***

Pripučiama kosminė stotis. Tuo tarpu pačioje TKS jau metus sėkmingai bandomas pripučiamas modulis BEAM. Bigelow Expandable Activity Module (Bigelow išpučiamas veiklos modulis) yra maždaug keturių metrų ilgio ir kiek daugiau nei trijų metrų skersmens cilindras, kurį pernai balandžio 16 dieną į TKS atgabeno SpaceX. Nuo gegužės 28 dienos jis yra pripūstas, kartais jame lankosi ir įvairius tyrimus daro astronautai. Pagrindinis modulio tikslas - ištirti, ar tokia technologija gali būti naudojama saugiai, atlaikyti mikrometeoritų smūgius. Pirmųjų metų rezultatai nuteikia optimistiškai - modulis visus susidūrimus atlaikė be pastebimo susidėvėjimo. Taip pat nustatyta, kad energinga spinduliuotė BEAM viduje yra panašiai intensyvi, kaip ir kitur stotyje, taigi šiame modulyje būti astronautams nepavojinga. Ateityje panašūs moduliai gali būti naudojami įvairiose kosminėse stotyse, pavyzdžiui kaip šliuzai.

***

Naujos NASA misijos. Šeštadienį į TKS išskridusi SpaceX misija gabeno vieną eksperimentą, skirtą neutroninių žvaigždžių tyrimams. Šiemet sukanka 50 metų nuo pirmųjų pulsarų - labai greitai besisukančių neutroninių žvaigždžių - aptikimo, bet NASA eksperimentas NICER yra pirmasis, skirtas būtent šių objektų charakterizavimui. Detektorius, pritvirtintas TKS išorėje, fiksuos pulsarų skleidžiamą energingą - daugiausiai rentgeno - spinduliuotę, taip padėdamas nustatyti jų sandarą ir ten vykstančius procesus. Teoriniai modeliai prognozuoja įvairius įdomius ir ekstremalius reiškinius, kurie turėtų vykti šiuose ekstremaliuose objektuose: žvaigždžių drebėjimus, termobranduolinių reakcijų sukeliamus žybsnius ir pan. Rentgeno spinduliuotės charakteristikos taip pat turėtų padėti nustatyti žvaigždžių struktūrą, t.y. kaip neutronų savybės priklauso nuo gylio žvaigždėje. Taip pat NICER eksperimentas bus naudojamas išbandyti pulsarais paremtą pozicionavimo sistemą ir rentgeno spindulių komunikacijos sistemą. Pirmoji leistų erdvėlaiviams orientuotis erdvėje net ir neturint ryšio su Žeme, o antroji leistų erdvėje perduoti informaciją gigabitų per sekundę greičiu.

Kita nauja misija keliaus į Saulę. Na, ne visai į ją, bet praskris arčiau nei bet koks kitas zondas. Parkerio Saulės zondas pakils kitų metų birželį, o Saulę pasieks tik 2024-aisiais, septynis kartus praskridęs šalia Veneros, taip po truputį mažindamas orbitos spindulį. Zondas priskris 6 milijonų kilometrų atstumu nuo Saulės paviršiaus, taip patekdamas į žvaigždės vainiką. Jo surinkti duomenys padės suprasti, kaip ten esanti medžiaga įkaista iki milijonų laipsnių temperatūros (tiesa, pats zondas skraidys zonoje, kurioje temperatūra pakyla tik iki maždaug 1400 laipsnių Celsijaus).

Dar vienas projektas, kuriuo užsiima viena iš NASA komandų - geresnių teleskopų veidrodžių kūrimas. Iš aliuminio pagaminti veidrodžiai puikiai atspindi šviesą nuo infraraudonųjų iki ultravioletinių spindulių, tačiau aliuminis labai oksiduojasi. Taigi veidrodžius reikia padengti permatomais apsauginiais dangalais. Kol kas nėra sukurtas dangalas, kuris būtų permatomas visame bangų ruože, kurį atspindi aliuminis, bet NASA Goddardo kosminių skrydžių centro komanda stengiasi tą padaryti. Pernai jie sukūrė veidrodį, kuris atspindi 90% 133-154 nanometrų ilgio šviesos spindulių; tai yra ultravioletinės bangos, maždaug 3-4 kartus trumpesnės už regimąsias mėlynas. Dabar jų tikslas yra pastumti šį ruožą dar toliau į ultravioletą ir pasiekti 90-130 nanometrų intervalą, kuriame matoma labai svarbi Laimano-alfa spektrinė linija. Ši linija, atsirandanti, kai jonizuotas vandenilis prisijungia elektroną, leidžia tyrinėti daugybę energingų procesų. Dabartiniai ultravioletinių spindulių teleskopai naudoja ličio fluorido pagrindu paremtus dangalus, bet jie sunyksta per maždaug aštuonerius metus. Pagerinus šį rezultatą, misijos galėtų trukti ilgiau.

***

Veneros ugnikalnių trūkumas. Veneros paviršių daugiausiai formavo, atrodo, vulkaniniai procesai - lavos tėkmės ir panašiai. Tačiau apskritai ugnikalnių Veneroje yra nedaug - bent dešimt kartų mažiau, nei Žemėje. To priežastis gali būti aukšta Veneros paviršiaus temperatūra. Nauji eksperimentai rodo, kad Veneros sąlygomis - esant aukštam slėgiui ir temperatūrai - planetos plutą sudarančios uolienos tampa gerokai minkštesnės. Žemės kietos plutos storis yra apie 30 kilometrų, o Veneros - greičiausiai tik apie 10 kilometrų. Tokioje plutoje negali susiformuoti įtrūkiai, pro kuriuos veržtųsi magma ir iškiltų ugnikalniai. Veneros paviršiaus evoliucija panašesnė į ledu padengtų Saulės sistemos kūnų - iš gelmių kylanti magma gali iškelti paviršiaus regionus ir ištekėti pro juose atsiverčiančias skyles, bet vėliau tie regionai nusėda atgal. Šis modelis paaiškina ir Veneros paviršiaus lygumą: Veneroje nėra aukštesnių nei 2,5 km kalnų ir gilesnių nei 1 km įdubų, nes minkšta pluta negali išlaikyti tokių netolygumų. Šio tyrimo rezultatai - vienas iš žingsnių, padedančių suprasti Žemės ir Veneros skirtumus. Tyrimo rezultatai publikuojami Physics of Earth and Planetary Interiors.

***

Marso ežero paslaptys. Gale ežeras, kuriame važinėja Curiosity, turėjo įvairias gyvybei tinkamas aplinkas. Tokius rezultatus gavo mokslininkai, ištyrę pusketvirtų metų Curiosity duomenis. Paaiškėjo, kad netoli kadaise buvusio ežero paviršiaus buvo daug stambiai gruoblėtų akmenų ir oksiduojančių medžiagų, o giliau - uolienų iš smulkių granulių ir redukuojančių medžiagų. Šie skirtumai sukūrė įvairias aplinkas, kuriose galėjo gyventi skirtingi mikrobai. Uolienų savybių skirtumai leidžia spręsti, kad Gale kraterio ežeras susiformavo šaltomis oro sąlygomis, o vėliau planetoje darėsi šilčiau. Dar vėliau nuosėdines uolienas ežero dugne paveikė labai sūrus skystis - greičiausiai tai buvo ežero likučiai, kai beveik visas vanduo iš jo išgaravo Marsui netenkant atmosferos. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Superžemė gyvybinėje zonoje. M spektrinės klasės nykštukės - žvaigždės, kurių masė siekia 8-60% Saulės masės - vis dažniau patenka į egzoplanetų ieškotojų taikiklius. Jos yra labai ilgaamžės ir stabilios, be to, dėl mažos masės prie jų lengviau atrasti mažesnes planetas. Praeitą savaitę paskelbta apie naują planetą, aptiktą prie santykinai netolimos M nykštukės GJ 625. Atstumas iki jos yra apie 6,5 parseko - penkis kartus toliau, nei iki Kentauro Proksimos, bet dvigubai arčiau, nei iki garsiosios TRAPPIST-1 sistemos. Atrastoji planeta - GJ 625b - yra superžemė: jos masė yra bent 2,8 karto didesnė, nei Žemės. Planetos metai trunka apie 15 Žemės parų - prie tokios mažos žvaigždės tokiu atstumu esanti planeta patenka į gyvybinę zoną. Tai reiškia, kad šioje planetoje gali būti skystam vandeniui egzistuoti tinkamos sąlygos. Kuo daugiau randame egzoplanetų, esančių santykinai netoli Žemės, tuo lengviau bus ateityje jas tyrinėti detaliai ir nustatyti, kaip planetos formuojasi ir vėliau evoliucionuoja. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planeta tarsi žvaigždė. Dar prieš kokius dešimt metų buvo manoma, kad žvaigždės ir planetos formuojasi visiškai skirtingai - žvaigždės atsiranda molekuliniuose debesyse, o planetos - diskuose prie žvaigždžių. Bet šiuo metu žinoma ne viena planeta, kuri greičiausiai susiformavo pati savaime, be jokios žvaigždės. Aplink keturias tokias planetas aptikti ir diskai, analogiški protoplanetiniams diskams prie žvaigždžių. Vienos iš šių planetų, OTS44, esančios už 170 parsekų, disko detalūs stebėjimai leido įvertinti jo savybes. Nustatyta, kad diske esančių dulkių masė greičiausiai yra tarp 3 ir 67% Žemės masės; tai reiškia, kad viso disko masė, įskaitant dujas, gali siekti iki 10 Žemės masių. Tuo tarpu planetos masė yra apie 10-12 kartų didesnė, nei Jupiterio, arba 3000-3600 kartų didesnė, nei Žemės. Be to, planeta ryja medžiagą iš disko ir po truputį auga. Šie duomenys rodo, kad diskai aplink jaunus pavienius objektus yra labai panašūs nepriklausomai nuo to, ar tie objektai yra žvaigždės, rudosios nykštukės, ar planetos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždė HD 107146, ją supantis protoplanetinis diskas ir už jos besiruošianti pasislėpti tolima galaktika (dešinėje apačioje). ©ESA/Hubble & NASA

Savaitės paveiksliukas iš pirmo žvilgsnio neatrodo kažkuo labai įspūdingas – tiesiog pikselių kratinys. Bet tai yra žvaigždė, už kurios po truputį slepiasi tolima galaktika. Toks sutapimas stebimas labai retai, o čia dar turime žvaigždę, kurią supa protoplanetinis diskas. Galaktika yra labai naudinga tyrinėjant žvaigždę, nes pro diską besiskverbianti galaktikos spinduliuotė yra dalinai sugeriama ir leidžia nustatyti, iš ko sudarytas pats diskas. Ši nuotrauka daryta dar 2011 metais. Šiuo metu galaktika yra labiau pasislėpusi už disko, o visiškai pranyks 2020 metais. Nuo tada dar apie keturis dešimtmečius galėsime stebėti žvaigždės ir jos disko tranzitą per šią galaktiką.

***

Žvaigždės panirimas bedugnėn. Šiandieniniai mūsų turimi duomenys leidžia labai tvirtai teigti, kad daugumos galaktikų centruose egzistuoja supermasyvios juodosios skylės. Tačiau yra ir kitokių hipotetinių objektų, kurie atitinka daugumą centrinių galaktikų objektų savybių ir netgi yra tokie kompaktiški, kad jų spinduliai beveik tiksliai atitinka juodųjų skylių įvykių horizontus, nors šie objektai turi kietus paviršius. Naujame tyrime apskaičiuota, kaip turėtų skirtis matomas vaizdas, kai žvaigždė įkrenta į juodąją skylę, nuo vaizdo, kai tokia pati žvaigždė nukrenta ant tokio kompaktiško objekto. Jei objekto masė yra didesnė, nei maždaug 30 milijonų Saulės masių - o daugelis supermasyvių juodųjų skylių šią sąlygą tenkina - skirtumas turėtų būti labai aiškus. Į juodąją skylę krentanti žvaigždė tiesiog išnyksta, nes kirtus įvykių horizontą jos šviesa mūsų nebepasiekia. Tuo tarpu į kietą paviršių atsitrenkusi žvaigždė turėtų subyrėti, o jos medžiaga padengtų objektą ir kurį laiką - nuo keleto dienų iki kelių mėnesių - šviestų labai ryškia šviesa. Stebėjimais tokios spinduliuotės kol kas nėra aptikta, o skaičiavimai rodo, kad, jei hipotetinio objekto spindulys yra bent viena 25000-ąja dalimi didesnis už atitinkamos masės kūno įvykių horizonto spindulį, žvaigždžių smūgių signalai turėtų būti matomi esamais detektoriais. Per artimiausią dešimtmetį planuojami stebėjimai turėtų patikrinti ir žvaigždžių smūgių į objektus, kurių spindulys vos milijonąja dalimi viršija įvykių horizonto spindulį, signalus. Taigi turime dar vieną gana tvirtą įrodymą, kad juodosios skylės egzistuoja. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Trečios gravitacinės bangos. Praeitą ketvirtadienį paskelbta apie trečią patvirtintą gravitacinių bangų signalą. Pirmuosius du LIGO detektorius, esantis JAV Luizianos ir Vašingtono valstijose, aptiko dar 2015 metų pabaigoje, o šį – 2017 metų pačioje pradžioje, sausio ketvirtą dieną. Didžiąją dalį 2016 metų detektorius buvo tobulinamas, todėl stebėjimų nevykdė. Naujasis signalas, kaip ir pirmi du, sukurtas susijungiant dviem juodosioms skylėms. Jų masės buvo 31,2 ir 19,4 kartų didesnės, nei Saulės, o susijungus atsiradusi juodoji skylė yra apie 50 kartų masyvesnė už Saulę. Dar dvi Saulės masės buvo išspinduliuotos kaip gravitacinių bangų energija. Truputį plačiau apie atradimą lietuviškai galite perskaityti straipsnyje Techo portale. Tyrimo rezultatai publikuoti Physical Review Letters.

Iš kur atsiranda dvinarės juodosios skylės? Dviejų masyvių žvaigždžių pora turi nedaug šansų išlikti susijungusi po dviejų supernovų sprogimų, tačiau kamuoliniame spiečiuje juodosios skylės gali susiporuoti. Kamuoliniuose spiečiuose būna šimtai tūkstančių ar net milijonai žvaigždžių. Masyviausios iš jų sprogsta supernovomis ir palieka po savęs juodąsias skyles, kurios kartais pabėga iš spiečiaus, bet dažnai jame pasilieka. Laikui bėgant, spiečiuje susikaupia dešimtys ar šimtai juodųjų skylių, kurios visos po truputį „nuskęsta“ spiečiaus centre. Ten sąveikaudamos tarpusavyje jos gali suformuoti dvinares poras, kurios vėliau susijungia ir išspinduliuoja gravitacines bangas. Aukščiau nurodytame Space.com straipsnyje rasite interviu su trimis astronomais, kurie tyrinėja juodąsias skyles kamuoliniuose spiečiuose – du jas modeliuoja skaitmeniškai, o vienas vadovauja komandai, kuri ieško jų egzistavimo įrodymų stebėjimų duomenyse.

***

Juodųjų skylių augimas. Ankstyvojoje Visatoje, praėjus mažiau nei milijardui metų po Didžiojo sprogimo, aptinkama kvazarų, kurie švyti taip, lyg jų centruose būtų milijardo Saulės masių ir didesnės juodosios skylės. Kaip jos sugebėjo taip greitai užaugti – nežinia. Taip pat neaišku ir kodėl nėra aptinkama mažesnio šviesumo kvazarų; nors juos aptikti yra sunkiau, dabartiniai instrumentai pakankamai jautrūs, kad užfiksuotų jų skleidžiamą spinduliuotę. Dabar nauji skaičiavimai parodė galimą problemos sprendimą: jei kvazarai aktyvūs yra tik apie vieną procentą gyvavimo laiko, tačiau tuo metu ryja medžiagą ir spinduliuoja gerokai intensyviau, nei leidžia standartiniai jų modeliai, tada mes tikrai matytume tik labai ryškius kvazarus. Aktyvių galaktikų branduolių modeliai, leidžiantys tokį spartų medžiagos rijimą ir intensyvią spinduliuotę, egzistuoja, taigi iš principo šitaip pakeisti supratimą apie ankstyvąją juodųjų skylių evoliuciją įmanoma. Tyrimo autorių teigimu, patikrinti jų modelio prognozes būtų galima atliekant plataus lauko stebėjimus, ieškant tolimų kvazarų didelėje dangaus dalyje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Savaitės filmuke pasakojama apie kosminę infliaciją – pačioje Visatos pradžioje įvykusį labai trumpą procesą, kurio metu Visata išsiplėtė daugybę kartų ir visa labai suvienodėjo. Kaip mes apie tai žinome, kaip galime šį procesą tyrinėti ir kokia viso to nauda? Apie tai kalba Fraseris Cainas:

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *