Kąsnelis Visatos CCXCIII: Aptikimai

Vanduo Mėnulyje. Boras Marse. Trūkinėjantis pulsaro sukimasis. Vidutinės masės juodoji skylė. Tai – tik keletas įdomių dalykų, apie kurių atradimus paskelbta praėjusią savaitę. Kaip įprasta, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Astrobiologiškai hibridinė Žemė. Kalbant apie nežemiškas civilizacijas ir jų galimai paliekamus pėdsakus, dažnai naudojama Kardaševo skalė, nurodanti civilizacijos sunaudojamą energijos kiekį (I tipo civilizacija išnaudoja visą planetos gaunamą energiją, II tipo – žvaigždės skleidžiamą ir t.t.). Dabar pasiūlyta kita skalė, kuri galėtų padėti įvertinti apskritai gyvybės poveikį savo planetai. Skalę sudaro penkios planetų kategorijos: žemiausiai, pirmajai, priklauso planetos be atmosferos, antrajai – planetos su atmosfera, bet be gyvybės. Trečiosios kategorijos planetose egzistuoja gyvybė, neturinti poveikio bendrosioms planetos savybėms (energijos balansui, klimatui), ketvirtosios kategorijos planetų energijos balansą gyvybė paveikia reikšmingai, o penktosios kategorijos planetų balansas yra nulemiamas gyvybinių ir technologinių procesų. Pagal šią klasifikaciją, Žemė yra tarpinė tarp IV ir V klasių. Nors kol kas apie egzoplanetas žinome labai nedaug ir tokia klasifikacija dar nėra pritaikoma, per artimiausius dešimtmečius ją jau galėsime naudoti apibūdinti ir tolimoms planetoms. Tyrimo rezultatai publikuojami Anthropocene.

***

Vandens išsilaikymas Mėnulyje. Nors Mėnulyje nėra atmosferos, jo paviršiuje gali būti vandens. Tiesa, ne skysto vandens telkinių, bet ir ne ledo – stebėjimai parodė, kad pačiame Mėnulio paviršiuje esančiose uolienose ir dulkėse yra nemažai vandens molekulių. Anksčiau buvo manoma, kad šitaip jos gali išsilaikyti nebent netoli ašigalių, kur temperatūra yra žemesnė. Tačiau nauji stebėjimai, padaryti Indijos palydove Chandrayaan-1 esančiu NASA prietaisu Moon Mineralogy Mapper parodė, kad vandens molekulių yra visame Mėnulio paviršiuje. Ateityje šias molekules galbūt bus įmanoma išgauti ir panaudoti žmonių reikmėms, kai Mėnulyje kursis nuolat gyvenamos tyrimų stotys ir kolonijos. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Boras Marso paviršiuje. Šiuo metu jau neabejojama, kad prieš kelis milijardus metų Marsas turėjo žymiai tankesnę atmosferą, o jo paviršiuje buvo skysto vandens telkinių. Bet tai – dar ne visos sąlygos, reikalingos gyvybei. Dabar Gale kraterio dugne Curiosity aptiko boro nuosėdų. Boras Žemėje buvo svarbus elementas užsimezgant gyvybei, nes jis stabilizuoja RNR sudėtinę dalį – cukrų ribozę. Boro vandeninis tirpalas – boratas – taip pat gali katalizuoti įvairias prebiotines chemines reakcijas ir taip padėti susiformuoti sudėtingų junginių mišiniams. Tokie mišiniai Žemėje buvo reikalingi gyvybei užsimegzti; manoma, kad panašiai gyvybė turėtų atsirasti ir kitur Visatoje. Taigi šis atradimas sustiprina teiginį, jog Marsas kadaise buvo tinkamas gyvybei. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Bangos Saturno B žiede. ©NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Bangos Saturno B žiede. ©NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Du mažyčiai Saturno palydovai – Janas ir Epimetėjas – skrieja beveik ta pačia orbita ir kas ketverius metus apsikeičia vietomis – vienas priartėja prie Saturno, kitas nutolsta. Kiekvienas toks apsikeitimas timpteli B žiede (viduriniame iš trijų pagrindinių) esančią medžiagą ir sukuria bangą. Procesas iš esmės labai panašus į spiralinių vijų atsiradimą galaktikose, tik žiedų vijos yra žymiai tankiau susisukusios.

***

Senos žvaigždės – gyvybingesnės. Rentgeno spinduliuotė, atsklindanti iš žvaigždės, gali būti pražūtinga planetų gyvybei. Žemėje mus nuo jos apsaugo ozono sluoksnis, bet kitose planetose jis nebūtinai egzistuoja. Taigi nustatyti rentgeno spinduliuotės intensyvumo priklausomybę nuo žvaigždės parametrų yra labai naudinga – tada galima daug lengviau vertinti žvaigždės ar konkrečios planetos tinkamumą gyvybei. Dabar, ištyrus 24 žvaigždžių, senesnių nei milijardo metų amžiaus, spektrus nustatyta, kad rentgeno spinduliuotės intensyvumas nuo amžiaus priklauso labai stipriai – amžiui augant, mažėja maždaug kubo laipsniu. Ankstesni tyrimai rodė, kad jaunesnėse nei milijardo metų žvaigždėse šis sąryšis yra gerokai „plokštesnis“, t. y. rentgeno spinduliuotė mažėja gerokai lėčiau. Paaiškinimo šiam skirtumui kol kas nėra, bet jis rodo, kad senesnės žvaigždės gali būti tinkamesnės gyvybei, nei manyta iki šio. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Milžinės TRAPPIST-1 sistemoje. Septynios uolinės planetos TRAPPIST-1 sistemoje – stebinantis atradimas. Dar labiau stebina tai, kad greta jų nėra nei vienos dujinės milžinės. Dabar atlikta šešerių metų trukmės stebėjimų analizė leidžia dar tvirčiau apriboti galimas planetų-milžinių mases šioje sistemoje. Labai tiksliai sekdami žvaigždės padėtį dangaus skliaute astronomai neaptiko nei jokio periodiško svyravimo į šonus, kuris rodytų sistemoje esant masyvią planetą. Tai reiškia, kad sistemoje negali būti masyvesnės nei 4,6 Jupiterio masių planetos, besisukančios trumpesniu nei vienerių metų periodu, ir nei vienos masyvesnės nei 1,6 Jupiterio masės planetos su trumpesniu nei penkerių metų periodu. Kaip paaiškinti tokios sistemos, su daugybe uolinių ir nuliu dujinių planetų, atsiradimą, kol kas lieka neaišku. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Trūkinėjantis pulsaro sukimasis. Pulsarai yra labai greitai aplink savo ašį besisukančios ir stiprų magnetinį lauką turinčios neutroninės žvaigždės. Jų spinduliuotė nukreipta daugiausiai išilgai magnetinio lauko ašies, kuri dažniausiai nesutampa su sukimosi ašimi, taigi neutroninė žvaigždė, žiūrint iš šalies, tai paryškėja, tai vėl pritemsta. Šie objektai yra labai tikslūs laikrodžiai, jų sukimosi sparta laikui bėgant beveik nekinta. Bet šioks toks kitimas yra – dėl magnetinio lauko sąveikos su aplinkine medžiaga ir dėl vidinės struktūros pokyčių. Pastarieji sukelia staigius sukimosi dažnio šuolius, vadinamus „trūkiais“ (angl. glitch). Dabar pirmą kartą aptiktas sukimosi trūkis pulsare, kuris sukasi poroje su kita žvaigžde ir ryja jos medžiagą. Tokių pulsarų sukimasis kinta sparčiau – šis, pavyzdžiui, gali apskritai sustoti per maždaug 10 tūkstančių metų. Trūkiui aptikti prireikė dvejų metų stebėjimų, kurių metu užfiksuotas ir tolygus sukimosi lėtėjimas. Trūkis lėtėjimo nepaveikė, taigi galima pagrįstai teigti, jog jis kilo dėl vidinių žvaigždės pokyčių, o ne dėl sąveikos su aplinka. Tiesa, tai yra didžiausias kada nors aptiktas trūkis – jo metu sukimosi dažnis pakito maždaug viena tūkstantąja dalimi. Tai gali reikšti, kad vidinė neutroninės žvaigždės struktūra reaguoja į žvaigždės-kompanionės buvimą šalia. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Vidutinė juodoji skylė. Astronomai išskiria du juodųjų skylių tipus – žvaigždinės masės ir supermasyvias. Kaip galima spręsti iš pavadinimų, pagrindinis jų skirtumas yra masė: žvaigždinės masės juodosios skylės nebūna didesnės, nei keli šimtai Saulės masių, o supermasyviųjų masės prasideda nuo kelių šimtų tūkstančių Saulės masių. Kartais vis pranešama apie tarpinės masės juodųjų skylių atradimus, bet kol kas nei vienos jų egzistavimas vienareikšmiškai nepatvirtintas. Pernai buvo pranešta apie galimą tokią juodąją skylę, kurios masė yra apie 100 tūkstančių Saulės masių, tūnančią debesyje netoli mūsų Galaktikos centro. Dabar tolesniais stebėjimais debesyje aptiktas milimetrinių bangų šaltinis. Tokią spinduliuotę, tik daug ryškesnę, įprastai skleidžia būtent supermasyvios juodosios skylės. Pavyzdžiui, mūsų Galaktikos centrinė juodoji skylė, 4,3 milijono kartų už Saulę masyvesnė Šaulio A*, šiame bangų ruože spinduliuoja apie 500 kartų ryškiau. Spinduliuotė sklinda iš taškinio šaltinio debesies centre, o šaltinį gaubia tankesnių dujų telkinys. Skaitmeninis modelis, kuriame debesies centre yra tokia juodoji skylė, gerai atkuria dujų pasiskirstymą. Taigi atrodo, kad šis objektas, pagal koordinates įvardintas CO–0.40–0.22*, yra tikėtiniausia tarpinės masės juodoji skylė. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Galingų novų paaiškinimas. Supernovos yra žvaigždžių sprogimai. Kiek mažesni sprogimai – novos, irgi vyksta žvaigždėse, tačiau pačios žvaigždės jų metu nepražūva. Novos įprastai vyksta baltosiose nykštukėse, ir ilgą laiką buvo manoma, kad padidėjusią spinduliuotę nulemia nykštukės paviršiuje staiga atsinaujinusios termobranduolinės reakcijos. Bet nauji stebėjimai parodė, kad kai kuriose novose pagrindinis spinduliuotės šaltinis yra smūginės bangos. Šios novos yra ypatingai šviesios, ir seniai buvo ieškoma paaiškinimo, kodėl jos yra gerokai ryškesnės už kitas. Fermi teleskopu atlikti stebėjimai parodė, kad šios novos skleidžia ir daug gama spindulių. Tokia energinga spinduliuotė atsiranda smūginėse bangose, taigi prie labai ryškių novų smūginės bangos yra, ir jos yra stiprios. Pro jas judanti novos metu išmesta medžiaga gali skleisti daugiau spinduliuotės, nei paryškėjusi baltoji nykštukė. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Labai nemetalinga galaktika. Iškart po Didžiojo sprogimo Visatoje buvo tik vandenilis, helis ir truputis ličio. Visi kiti cheminiai elementai susiformavo vėliau, daugiausiai žvaigždėse ar žvaigždžių sprogimų metu. Laikui bėgant, sunkesnių už helį cheminių elementų, astronomijoje vadinamų metalais, atsirado vis daugiau; pavyzdžiui, Saulėje jų yra apie 2%. Tačiau ne visur jų kiekis augo vienodai greitai. Štai dabar atrasta nykštukinė galaktika, kurios šviesa iki mūsų keliavo vos 600 milijonų metų (apie 5% Visatos gyvavimo trukmės), bet metalai joje sudaro vos vieną šimtatūkstantąją masės dalį. Tai yra apskritai mažiausiai metalinga žvaigždes formuojanti galaktika. Bendra žvaigždžių masė galaktikoje yra 2-3 milijonai Saulės masių, ir dauguma šių žvaigždžių yra labai jaunos, susiformavusios vis dar vykstančio žvaigždėdaros epizodo metu. Tai paaiškina, kodėl galaktikoje tiek mažai metalų, bet lieka neaišku, kodėl galaktika nepradėjo žvaigždžių formuoti anksčiau. Kaip bebūtų, tokia artima nemetalinga galaktika yra labai naudingas atradimas, nes jos tyrimai leis geriau suprasti Visatos jaunystėje vykusią žvaigždėdarą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Susijaukusi senovinė žvaigždėdara. Žvaigždžių formavimasis Visatos jaunystėje buvo labai intensyvus, tačiau tyrinėti pavienių žvaigždėdaros regionų neįmanoma dėl nepakankamos dabartinių teleskopų raiškos. Vienintelė galimybė pamatyti tolimiausių galaktikų struktūrą – gravitacinis lęšiavimas, kai arčiau esančios galaktikos iškreipta erdvė ir spindulių trajektorijos sukuria dešimtis kartų didesnį tolimos galaktikos vaizdą. Dabar, išanalizavus vieną tokią galaktiką, nustatyta, kad joje žvaigždėdara yra labai susijaukusi. Galaktikos šviesa iki mūsų keliauja 10 milijardų metų – būtent tuo metu Visatoje buvo didžiausia vidutinė žvaigždėdaros sparta. Sparti žvaigždėdara sukėlė tėkmes galaktikose, kurios galėjo išstumti daug dujų į tarpgalaktinę erdvę ir taip sulėtinti tolesnį žvaigždžių formavimąsi. Tačiau stebėjimai parodė, kad tėkmės taip pat leido atsirasti didžiuliams tankesnių šaltų dujų rezervuarams, kuriuose žvaigždės galėjo formuotis ilgai ir intensyviai. Bendrai paėmus žvaigždėdara tolimoje galaktikoje atrodo panašiai, kaip ir aplinkinių galaktikų žvaigždėdaros regionuose, tik jos fizinis mastelis – gerokai didesnis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Savaitės filmukas – apie, galima sakyti, vištos ir kiaušinio problemą: galaktikas ir supermasyvias juodąsias skyles. Pastarosios randamos pirmųjų centruose, bet kurie objektai atsirado pirmi? Apie tai pasakoja Fraser Cain:

***

Štai ir visos naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip įprasta, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

7 comments

  1. o kaip keistai čia gaunas. Janas ir Epimetėjas ištampo B žiedą, nors tarp jų yra dar ir A žiedas. Lyg ir labiau turėtų ištampyt artimesnį A žiedą

    1. Geras klausimas. Įtariu, taip yra todėl, kad B žiedo orbitos rezonuoja su Jano ir Epimetėjo (t.y. jų periodai sutinka kaip 1:2 ar 1:3 ar panašiai), o A žiede tokių orbitų nėra.

  2. Iš sakinio " pasiūlyta kita skalė, kuri galėtų padėti įvertinti apskritai gyvybės poveikį savo planetai. " - galima suprasti, kad klasifikacijos pagrindas - gyvybė, bet juk dvi pirmos kategorijos gyvybės visai neturi.

    Angl. tekste: The classification scheme is based on "the magnitude by which different planetary processes—abiotic, biotic and technologic—generate free energy, i.e. energy that can perform work within the system."

    Tad vertinamas visų (tame tarpe ir gyvybės) planetą veikiančių procesų poveikis.

  3. "Labai tiksliai sekdami žvaigždės padėtį dangaus skliaute astronomai neaptiko nei jokio periodiško svyravimo į šonus, kuris rodytų sistemoje esant masyvią planetą." - o ką tada reiškia: "After proper motion and parallax are removed, residuals at the level of
    ±1.3 millarcsec (mas) remain. The amplitude of these residuals constrains the masses of any long period gas giant planets" - ar ne tai, kad vis gi tam tikri svyravimai lieka, kuriuos galima paaiškinti tuo, kad sistemoje egzistuoja dar nesurasta milžinė, kurios masė gali būti tarp 1,6 - 4,6 Jupiterio masių?

    1. Liekamasis judėjimas (residuals) nerodo periodiškumo, tačiau jo egzistavimas reiškia, kad ten dar gali slėptis mažesnės amplitudės periodiniai svyravimai. Tai ir apriboja, kokios gali būti didžiausios planetų masės ir atstumai - jei jos būtų didesnės (arba arčiau), sukeliami svyravimai būtų didesnės amplitudės, nei dabar matomas liekamasis judėjimas.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *