Kąsnelis Visatos CCLXXXII: Žvaigždės gimsta ir gesta

Praėjusią savaitę į kosmosą pakilo trečiasis lietuviškas palydovas, buvo daug kalbama apie lazerines technologijas kosmose. Kitose naujienose - daug egzoplanetų, daug gimstančių ir mirštančių žvaigždžių. Mirštančių ir pavienių - supernovų sprogimais, kurie primena verdantį vandenį - ir globalių, t.y. žvaigždėdaros proceso pasibaigimo galaktikose. Kaip visada, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***
LituanicaSAT-2 skrydis. Penktadienį anksti ryte Lietuvos laiku į kosmosą pakilo Indijos raketa PSLV-C38, pakėlusi 31 palydovą. Du iš jų priklauso Indijai, o likę - kitoms šalims. Tarp jų buvo ir trečiasis lietuviškas palydovas LituanicaSAT-2, taip pat pirmasis latvių palydovas Venta-1. Lietuviškas palydovas yra sudarytas iš trijų 10x10x10 cm kubiukų, jame sumontuotas mikrovariklis, taip pat instrumentai, skirti viršutinių Žemės atmosferos sluoksnių tyrimui. Per maždaug metus truksiančią misiją jis, kartu su kitais projekto QB50 palydovais, prisidės prie termosferos ir žemutinės jonosferos - prastai ištirtų Žemės atmosferos dalių - tyrimų.
Tą patį penktadienį, tik jau vėlai vakare Lietuvos laiku, iš Floridos į kosmosą pakilo SpaceX raketa, kurios pirmoji stadija jau buvo kartą panaudota. Ji pakėlė pirmąjį Bulgarijos ryšių palydovą BulgariaSat-1. Nepraėjus nė valandai po pakilimo, pirmoji raketos stadija vėl sėkmingai nutūpė, šįkart ant plūduriuojančios platformos už 600 km Atlanto vandenyne. Sekmadienį raketa turėjo grįžti į sausumą, kur ji vėl bus ruošiama sekančiam skrydžiui. Tai - dar vienas žingsnis siekiant įgyvendinti SpaceX viziją raketas naujam skrydžiui paruošti per vieną parą.
***
Lazeriai kosmose. Kompanija Astrobotic, viena iš Google Lunar X Prize konkurso dalyvių, pasirašė sutartį su komunikacijų kompanija ATLAS Space Operations, pagal kurią Astrobotic Mėnulio misijoje bus įdiegta lazerinių komunikacijų įranga. Tai turėtų leisti pasiekti gigabito per sekundę duomenų perdavimo greitį iš Mėnulio į Žemę - tai yra didesnis greitis, nei siūlo dauguma plačiajuosčio interneto paslaugų Žemėje, taip pat tūkstantį kartų didesnis greitis, nei buvo įmanomas kosmose iki šiol. Toks greitis leistų iš Mėnulio siųsti ne tik nuotraukas, bet ir realiu laiku transliuoti aukštos raiškos vaizdinę medžiagą, netgi teikti virtualios realybės patirtis, leidžiančias nusikelti į Mėnulio paviršių. Be to, pagal šią sutartį lazerinių komunikacijų paketas būtų naudojamas ne vien tik šioje misijoje, o vystomas toliau kaip kosminės infrastruktūros dalis. Ateityje tai galbūt padės pamatus kosminiam interneto analogui, ko iki šiol padaryti nebuvo įmanoma, nes kiekviena kosminė misija turėjo savus komunikacijų įrenginius ir techninius sprendimus. Jungiant jas į bendrą standartą, aptarnauti misijas būtų ir paprasčiau, ir pigiau.
Lazerinių komunikacijų sritis tik pradeda augti, tačiau apskritai lazeriai kosmose naudojami jau ne pirmus metus. Dar 1997-2006 metais Marsą stebėjęs Europos kosmoso agentūros zondas Mars Global Surveyor lazerio spinduliais labai tiksliai išmatavo Raudonosios planetos topografiją. Dar seniau, nuo 1976 metų, iš Žemės į zondą LAGEOS siunčiami ir atspindimi lazerio spinduliai padėjo sudaryti pirmąjį Žemės gravitacinio lauko žemėlapį. O per artimiausius dvejus metus NASA planuoja paleisti dvi misijas, skirtas Žemės stebėjimams, naudojant lazerius. ICESat-2 tyrinės Antarktidos ir Grenlandijos ledo kepures ir jų dydžio bei storio pokyčius, o Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) tikslas - sudaryti trimačius Žemės miškų žemėlapius ir apskaičiuoti bendrą jų biomasę.
***
Zondų dirbtinis intelektas. Komunikacija su zondais, esančiais prie kitų Saulės sistemos kūnų, yra ribojama šviesos greičio. Nusiųsti signalą į Marsą ir gauti atsakymą užtrunka nuo keleto minučių iki pusvalandžio, priklausomai nuo planetų tarpusavio padėties. Taigi kiekvienoje misijoje stengiamasi zondams suteikti kuo daugiau autonomijos. Marse važinėjantis Smalsiukas autonomijos vis daugiau įgauna netgi misijos metu - pavyzdžiui, dabar jau gali pats atlikti visus veiksmus, reikalingus uolienų mėginių išgavimui lazerio pagalba ir tų mėginių paėmimui bei analizei. Ateityje šis procesas tik spartės, kol galiausiai zondai naudos tikrai pažangų dirbtinį intelektą ir patys spręs, kaip atlikti misijų užduotis. Taip teigia du NASA Jet Propulsion Laboratory mokslininkai. Jų nuomone, ateityje kosminės misijos darysis vis sudėtingesnės, o zondams vis dažniau reikės reaguoti į greitai besikeičiančias aplinkos sąlygas, pavyzdžiui dulkių audrą Marse ar naują kometos čiurkšlę. Nurodyti tinkamą reakciją iš Žemės taps neįmanoma tiesiog dėl signalų sklidimo trukmės, taigi zondai privalės sugebėti priimti sprendimus patys. Tokia pažanga leis siųsti zondus ir už Saulės sistemos ribų, pavyzdžiui į Kentauro Proksimos sistemą, kur jie, dirbdami autonomiškai, galėtų vykdyti ilgas tyrimų misijas. Šias idėjas pristatantis straipsnis publikuojamas žurnale Science Robotics.
***
Saulės sūkurių paslaptis. Saulės paviršius toli gražu nėra lygus. Bet kuriuo momentu iš jo veržiasi milijonai mažyčių čiurkšlių, vadinamų spikulėmis. Jos šauna nuo paviršiaus iki 150 km/s greičiu ir pasiekia iki 10 tūkst. kilometrų aukštį prieš nukrisdamos atgal. Iki šiol nebuvo žinoma, kaip jos susiformuoja, tačiau naujas labai detalus skaitmeninis modelis atskleidė šio proceso eigą. Tokį modelį buvo bandoma sukurti beveik dešimtmetį, bet spikulės jame niekaip nesiformuodavo, taigi buvo aišku, kad modeliui kažko trūksta. Pasirodo, trūkstamas ingredientas buvo elektriškai neutralios dalelės, egzistuojančios greta Saulės atmosferą sudarančių jonizuotų dalelių - elektronų ir atomų branduolių - plazmos. Skaitmeniniame modelyje sekama dalies Saulės evoliucija, kurioje įskaitomas medžiagos maišymasis dėl konvekcijos (karštesnės medžiagos burbulų kilimo aukštyn ir šaltesnių regionų skendimo), magnetinio lauko linijų evoliucija bei Saulės atmosfera. Modeliuojant Saulės atmosferą kaip vien iš jonizuotų dalelių sudarytą plazmą, magnetinio lauko linijos likdavo "prišalusios" prie plazmos ir negalėjo pakilti aukščiau, nei Saulės paviršius, tad ir spikulės nesiformavo. Neutralios dalelės, nesąveikaujančios su magnetiniu lauku, suteikia galimybę magnetinio lauko linijoms judėti plazmos atžvilgiu ir sukurti kanalus, pro kuriuos plazma gali veržtis aukštyn. Nevienodi plazmos ir neutralių dalelių greičiai sukelia trintį tarp šių medžiagos fazių, kuri plazmą įkaitina dar labiau ir paaiškina spikulių išsiveržimų greitį. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.
***
Šūsnis naujų egzoplanetų. NASA paviešino visus duomenis, kuriuos surinko Keplerio teleskopas per pirmąją savo ketverių metų misiją 2009-2013 metais. Šių duomenų analizė pridėjo dar 219 egzoplanetų-kandidačių, taigi bendras tokių objektų, atrastų Keplerio teleskopo duomenyse, skaičius, yra 4034. 2335 iš jų jau yra patvirtintos naudojant kitą aptikimo metodą - matuojant planetos įtaką žvaigždės judėjimo greičiui mūsų atžvilgiu. Laikui bėgant, greičiausiai bus patvirtintos ir likusios 1699 planetos-kandidatės. Planetos aptikimas ir tranzitų metodu, kaip daro Kepleris, ir matuojant greičius, duoda labai daug informacijos apie planetą, nes sužinome ir jos spindulį, ir masę. Tarp šių planetų yra net dešimt maždaug Žemės dydžio planetų gyvybinėse savo žvaigždžių zonose; tai reiškia, kad jų paviršiuje teoriškai gali egzistuoti skystas vanduo. Anksčiau tokių planetų Keplerio duomenyse buvo aptikta 50, o patvirtinta - 30, taigi šis atradimas jų skaičių padidina bent penktadaliu. Toks Žemės dydžio planetų dominavimas naujuose duomenyse nėra labai stebinantis: jas aptikti sunkiau, nei masyvesnes dujines milžines, todėl reikėjo surinkti daugiau duomenų, kad būtų nustatytas jų egzistavimas. Naująjį Keplerio duomenų katalogą rasite NASA puslapyje, kartu su pranešimu spaudai.
***
Egzoplanetų medžio šakojimasis. Keplerio duomenų analizė, papildyta detaliais žvaigždžių stebėjimais, atskleidė reikšmingą skirtumą tarp uolinių ir milžinių planetų formavimosi. Keplerio duomenys leidžia gana tiksliai nustatyti planetos ir žvaigždės spindulių santykį, tačiau tikrųjų planetų spindulių duomenys iki šiol turėjo dideles paklaidas dėl žvaigždžių spindulių nustatymo netikslumų. Dabar, labai tiksliai išmatavę daugiau nei dviejų tūkstančių žvaigždžių spektrų kitimą, astronomai patikslino žvaigždžių spindulių vertes, kas savo ruožtu leido gerokai tiksliau nustatyti planetų spindulius. Tai padarius paaiškėjo, kad planetas galima suskirstyti į dvi grupes: mažesnes nei pusantro Žemės spindulio ir didesnes nei du Žemės spinduliai; tarpinio dydžio planetų beveik neaptikta. Saulės sistemoje nėra planetų, didesnių už Žemę, bet mažesnių už Neptūną, kurio spindulys mūsų planetos spindulį viršija keturis kartus. Vienas iš netikėtų Keplerio misijos rezultatų yra atradimas, kad praktiškai kiekvienoje planetinėje sistemoje yra po planetą, didesnę už Žemę, bet mažesnę už Neptūną. Dabar paaiškėja, kad šios planetos gali priklausyti vienam iš dviejų tipų. Planetos, mažesnės nei pusantro Žemės spindulio, beveik neabejotinai yra uolinės; planetos, didesnės nei dvi Žemės, greičiausiai yra ledinės milžinės. Dydžių intervalų tarpą tarp šių tipų greičiausiai lemia skirtinga evoliucinė istorija: uolinės planetos nėra pakankamai masyvios, kad išlaikytų storą atmosferą, o ledinės milžinės ją tokią išlaiko, todėl jų spinduliai stipriai padidėja, nors masė išauga nežymiai, lyginant su uolinėmis. Šį atradimą galima pavadinti egzoplanetų evoliucinio medžio išsišakojimui: anksčiau buvo įtarimų, kad dujinės milžinės, tokios kaip Jupiteris ir Saturnas, formuojasi kitaip, nei mažesnės planetos, o dabar pavyko atskirti ir uolines bei ledines planetas. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Kelionės į kitas žvaigždžių sistemas, naudojant dabartinę technologiją, truks dešimtis ar šimtus metų. Žmonės tokių kelionių gali tiesiog neištverti ar neišgyventi. Vienas būdas žmonėms visgi nuskristi iki kitų žvaigždžių - hibernacija, t.y. keliautojų užmigdymas dešimtmečiams ar net šimtmečiams ir atšildymas nuvykus į kelionės tašką. Apie tokios idėjos realistiškumą - savaitės filmuke:

***
Omegos ūkas, Erelio ūkas ir debesis Sharpless 2-54. (c) ESO
Savaitės paveiksliukas - trys žvaigždėdaros regionai. Nauja Europos pietinei observatorijai priklausančiu Labai dideliu apžvalginiu teleskopu (VST) daryta nuotrauka atskleidžia jų detales kaip niekada anksčiau. Visi trys objektai nuo mūsų nutolę maždaug dviejų kiloparsekų atstumu Galaktikos centro link; iki paties Galaktikos centro atstumas yra keturis kartus didesnis. Visą nuotrauką, kurios dydis siekia 3.3 gigapikselio, pažiūrėti galite čia.
***
Žvaigždėdara sukelia žvaigždėdarą. Žvaigždės formuojasi kolapsuojant molekulinių debesų fragmentams. Kartais kolapso pradžiai reikalingas kažkoks išorinis sukrėtimas, pavyzdžiui supernovos smūginės bangos praėjimas. Ilgą laiką manoma, kad toks sukrėtimas gali būti ir greta besiformuojančios kitos žvaigždės (prožvaigždės) poveikis, pavyzdžiui čiurkšlės sukuriamas spaudimas. Dar 2008 metais santykinai netoli esančiame Oriono žvaigždėdaros regione aptiktos dvi prožvaigždės, iš kurių senesnioji turi čiurkšlę, nukreiptą jaunesniosios link; tada buvo pasiūlyta hipotezė, kad čiurkšlė sukėlė jaunesnės žvaigždės formavimąsi. Dabar nauji stebėjimai šią hipotezę paremia. Nustatyta tos pačios prožvaigždės čiurkšlės struktūra leido išmatuoti jos judėjimo greitį, kuris pasirodė esąs apie 100 km/s. Tokiu greičiu judanti čiurkšlė jaunesniosios prožvaigždės poziciją galėjo pasiekti prieš 100 tūkstančių metų - būtent tada ir prasidėjo jaunesniosios prožvaigždės formavimasis. Taip pat patvirtinta, kad čiurkšlė perneša pakankamai medžiagos, jog jos smūginė banga galėtų sukelti žvaigždėdarą gretimame tankių dujų telkinyje. Tiesa, jaunesnioji prožvaigždė, atrodo, juda gana dideliu greičiu, taigi prieš 100 tūkstančių metų galėjo ir nebūti čiurkšlės kelyje, tačiau greitis gali būti nustatytas ir netiksliai, nes prožvaigždės, sąveikaujančios su čiurkšle, išvaizda nuolatos kinta ne tik dėl jos judėjimo dangaus skliautu. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Vidutinės juodosios skylės. Juodosios skylės būna dviejų rūšių - žvaigždinės masės, iki šimto kartų masyvesnės už Saulę, ir supermasyvios, daugiau nei milijono Saulės masių. Tarpinės, arba vidutinės masės juodųjų skylių vis ieškoma, bet vienareikšmių tvirtų jų egzistavimo įrodymų nėra. Dabar du astronomai pristatė teorinį modelį, paaiškinantį, kodėl tokios juodosios skylės gali būti labai retos. Jie apskaičiavo, kokia tikėtina vidutine sparta auga žvaigždinės masės juodosios skylės vien dėl to, kad kartais praryja pro šalį lekiančias žvaigždes. Paaiškėjo, kad jų augimo sparta yra apie vieną Saulės masę per 10000 metų. Tai reiškia, kad per milijardą metų jos išauga iki 100 tūkstančių Saulės masių - tokias dideles juodąsias skyles jau laikome supermasyviomis. Dauguma žvaigždinės masės juodųjų skylių susiformavo panašiu metu, kaip ir dauguma žvaigždžių - prieš 10 milijardų metų. Nuo tų laikų jų masės lengvai galėjo užaugti iki milijono Saulės masių ir daugiau. Kaip tarpinės masės juodąsias skyles galėtume stebėti tik tuos objektus, kurie atsirado prieš gerokai mažiau, nei milijardą metų, arba kurie skrajoja tokiose vietose, kur žvaigždžių yra labai mažai ir augimo sparta yra gerokai mažesnė už vidutinę. Tačiau pirmųjų objektų yra nedaug, o antruosius aptikti labai sunku dėl tos pačios mažos augimo spartos, mat pavienes juodąsias skyles pamatyti galima praktiškai tik tada, kai jos sąveikauja su kokia nors kaimyne. Tikėtina, kad gravitacinių bangų detektoriai leis išsiaiškinti, kiek visgi tarpinės masės juodųjų skylių egzistuoja Visatoje. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Neutrininis supernovos sprogimas. Supernovų sprogimai nėra simetriški: beveik visada, kai tik pavyksta identifikuoti po sprogimo likusią žvaigždės liekaną, pastaroji randama lekianti kelių šimtų kilometrų per sekundę greičiu tolyn nuo sprogimo vietos. Šį reiškinį aiškinti bandoma elementariųjų dalelių neutrinų poveikiu. Jos labai gausiai gaminamos masyvių žvaigždžių branduoliuose, o ten net ir medžiagos tankis yra pakankamai didelis, kad neutrinai būtų pagaunami ir dalį savo energijos perduotų išoriniams žvaigždės sluoksniams. Kai neutrinų srautas tampa pernelyg didelis, žvaigždės išoriniai sluoksniai išlaksto į gabalus. Procesas daug kuo panašus į vandens indo užvirimą, ir priklausomai nuo to, kurioje žvaigždės pusėje pirmasis burbulas išsiveržia į paviršių, žvaigždės branduolys, tampantis neutronine žvaigžde, yra nustumiamas į priešingą. Dabar šis procesas sumodeliuotas skaitmeniškai, įvertinant neutrinų gamybą ir sugertį žvaigždėje. Gauta supernovos liekana daug kuo panaši į mūsų galaktikoje esančią liekaną Kasiopėjos A. Ir ne tik neutroninės žvaigždės išstūmimu tolyn, bet ir cheminių elementų pasiskirstymu: didžioji dalis supernovose randamų radioaktyvių titano bei nikelio izotopų išsidėsčiusi priešingoje supernovos pusėje, nei neutroninės žvaigždės išmetimo kryptis - ir realybėje, ir modelyje. Nors šis rezultatas vienareikšmiškai neįrodo, kad neutrinų "virimas" yra supernovos sprogimo priežastis, jis tikrai suteikia šiam modeliui tvirtumo. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Užgesusi diskinė galaktika. Pirmus tris milijardus metų po Didžiojo sprogimo žvaigždės Visatoje formavosi vis sparčiau, o vėliau procesas ėmė lėtėti. Vis daugiau galaktikų apskritai nustodavo efektyviai formuoti žvaigždes. Iki šiol buvo manoma, kad tokios galaktikos turėtų būti kompaktiškos ir elipsinės, po susiliejimo su kita galaktikta staigiai suvartojusios dujų atsargas. Bet dabar atrasta žvaigždžių neformuojanti diskinė galaktika. Jos šviesa iki mūsų keliavo daugiau nei dešimt milijardų metų, taigi jos atvaizdą matome iš tų laikų, kai vidutinė žvaigždėdaros sparta Visatoje buvo didžiausia. Priešingai nei anksčiau aptiktos užgesusios galaktikos, ji negalėjo patirti susiliejimo su kita panašaus dydžio galaktika. Medžiagą žvaigždžių formavimuisi ji gavo per dujų srautus iš didelio masto aplinkos. Bet kažkuriuo metu tie srautai arba sustojo, arba jų tiekiamos dujos ėmė įkaisti tiek, kad žvaigždžių suformuoti nebepajėgdavo. Kol kas aiškiai pasakyti, kaip vystėsi ši galaktika, negalime, tačiau jos atradimas parodo, kad žvaigždėdaros proceso sustojimas nėra visada vienodas, o užgesusios galaktikos irgi gali būti labai įvairios, kaip ir žvaigždes formuojančiosios. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.
***
Štai tokios naujienos apie praėjusią savaitę. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.
Laiqualasse

2 comments

  1. Ačiū už išsamę apžvalgą.
    Turiu klausimą. O gali taip būti, kad visgi mūsų visatoje yra daug antimaterijos. Tik ji pavyzdžiui yra ir mūsų galaktikoje suformavusi žvaigždes ir kas antra žvaigždė yra iš antimaterijos?

    1. Jei mūsų Galaktikoje būtų daug antimedžiagos žvaigždžių, tai jų vėjai, sąveikaudami su tarpžvaigždine medžiaga, nuolatos anihiliuotų ir skleistų gama spindulius. Ta spinduliuotė būtų gerokai stipresnė, nei dabar stebima, todėl tokią hipotezę galime atmesti.

      Kiek sunkiau paneigiama hipotezė, kad Visatoje yra galaktikų, sudarytų iš antimedžiagos. Tada gama spinduliuotė sklistų tik iš tų regionų, kuriuose sąveikauja iš galaktikų pabėgusi medžiaga. Ji yra gerokai retesnė, nei galaktinė medžiaga, tai ir signalas būtų gerokai silpnesnis. Man atrodo, kad kol kas vienareikšmiškai atmesti tokio signalo egzistavimą neįmanoma, nors jo buvimo įrodymų taip pat nerasta.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *