Kąsnelis Visatos CCXCV: Chemija

Kąsnelis šįkart gavosi ilgokas, bet jame, kaip įprasta, - dešimt naujienų. Chemija, asteroidai, žvaigždės ir netgi juodosios skylės – viskas laukia po kirpsniuku.

***

Žemės cheminė sudėtis. Planetos įprastai formuojasi iš tos pačios medžiagos, kaip ir jų žvaigždės, tačiau praranda dalį, o uolinių planetų atveju - praktiškai visas, lakiųjų medžiagų, tokių kaip vandenilis. Taigi planetos cheminę sudėtį iš principo galima nustatyti iš žvaigždės cheminės sudėties. Bet šį sąryšį reikia sukalibruoti, o tą lengviausia padaryti lyginant Žemės ir Saulės cheminę sudėtį. Tačiau Žemės cheminė sudėtis iki šiol buvo žinoma tik gana apytikriai - daugmaž tikslūs įvertinimai apskaičiuoti tik planetos plutai, o mantijai ir ypač branduoliui jie yra labai netvirti. Dabar grupė astrofizikų surinko daugybę skirtingų įvertinimų, juos išanalizavo ir apjungė į vieną Žemės cheminės sudėties modelį. Pagal šį modelį, Žemės branduolio masė yra 32,5% visos planetos masės, ir beveik 90% branduolio sudaro geležis ir nikelis. Keturi gausiausi elementai - deguonis, magnis, silicis ir geležis - sudaro beveik 95% mantijos masės. Šis naujas įvertinimas reikšmingai pakeitė kai kurių retesnių elementų gausos įvertinimas; pavyzdžiui, magnio, alavo, kadmio ir bromo gausa sumažėjo, o natrio, kalio ir chloro - padidėjo. Šie rezultatai ateityje galėtų būti naudojami kaip pagrindas egzoplanetų cheminės sudėties tyrimams. Tyrimo rezultatai arXiv.

Cheminė sudėtis - toli gražu ne vienintelė Žemės paslaptis. Štai pavyzdžiui iki šiol nėra aišku, kada prasidėjo tektoninių plokščių judėjimas. Jaunos Žemės pluta buvo tvirtai sukibusi ir jokių lūžių, kylančių kalnų ar gelmėse prasidedančių drebėjimų nebuvo. Ilgą laiką buvo manoma, kad pluta sueižėjo ir plokštės pradėjo judėti prieš tris milijardus metų, bet dabar rasta įrodymų, kad procesas galėjo prasidėti puse milijardo metų anksčiau, kai Žemės amžius buvo apie milijardą metų. Atradimas padarytas vertinant skalūninių uolienų, sudarytų iš senesnių uolienų nuolaužų mišinio, cheminę sudėtį. Įvertinę dviejų titano izotopų (elemento versijų su skirtingais neutronų skaičiais) santykį skirtingo amžiaus skalūnuose, mokslininkai nustatė, kad net ir 3,5 milijardo metų amžiaus uolienose šis santykis yra labai panašus į šiandieninį. Titanas nedalyvauja biologiniuose procesuose, nėra tirpus ir nepranyksta dėl uolienų sąveikos su atmosfera, dėl to jo izotopai puikiai atspindi skirtingų uolienų tipų santykius tuo metu, kai skalūnai susiformavo. Žemyninė ir okeaninė Žemės pluta susideda iš skirtingų uolienų, kurios turi skirtingą titano izotopų santykį, taigi atradimas reiškia, kad ir prieš 3,5 milijardo metų Žemėje buvo žemyninių uolienų. Žemyninės uolienos formuojasi beveik išimtinai tektoninių plokščių sandūrose, kur viena plokštė lenda po kita. Taigi net ir seniausios tirtos uolienos susiformavo jau vykstant plokščių judėjimui. Tiesa, tyrimas neatsako į visus klausimus - pavyzdžiui, skirtinguose skalūnuose matomi labai nevienodi titano izotopų santykiai, nors vidutinis santykis nuo amžiaus ir nepriklauso. Tokia sklaida yra netikėta, taigi reikia patikrinti, ar titano izotopai per tiek daug metų tikrai nėra paveikiami aplinkos procesų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Tolimi kosminiai spinduliai. Žemės atmosferą kasdien pasiekia daugybė kosminių spindulių - energingų elektronų, protonų ir kitų dalelių. Sąveikaudami su atmosfera, jie sukuria "liūtis", kurias galima stebėti Žemės paviršiuje esančiais dalelių ir energingų spindulių detektoriais. Dabar pirmą kartą atlikta nuodugni daugiau nei 30 tūkstančių ypatingai aukštos energijos kosminių spindulių, pasiekusių Žemę 2004-2016 metais, analizė. Tokie spinduliai tikrai atsklinda iš už Saulės sistemos ribų - nei Saulė, nei juo labiau joks kitas Saulės sistemos objektas tokių energingų spindulių sukurti negali. Analizė leido nustatyti spindulių atsklidimo kryptis - paaiškėjo, kad didžiausia jų koncentracija atsklinda iš dangaus ploto, kurį nuo krypties Galaktikos centro link skiria maždaug 90 laipsnių. Ta kryptimi matomas santykinai netolimų galaktikų sutankėjimas, taigi jos - tiksliau jų centrinės supermasyvios juodosios skylės - greičiausiai ir yra pagrindinis šių ypatingai energingų spindulių šaltinis. Tiesa, visi kosminiai spinduliai yra veikia tarpžvaigždinių magnetinių laukų, taigi Žemę pasiekia ne visai iš tos pusės, iš kurios buvo išspinduliuoti. Bet kuo spinduliai energingesni, tuo poveikis jų trajektorijoms mažesnis, taigi energingiausi spinduliai turėtų atskrieti beveik tiesiai. Ateityje, detaliau analizuojant pavienius energingiausių kosminių spindulių smūgius į atmosferą, tikimasi tiksliau nustatyti, iš kokių šaltinių jie pas mus atskrenda. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Dažniausiai moksliniai tyrimai daromi, siekiant išspręsti realias problemas ar atsakyti į svarbius klausimus. Bet kartais mokslininkai mėgsta panagrinėti ir visiškai hipotetines, fantastines situacijas. Pavyzdžiui, kas atsitiktų, jei į Žemę atiteleportuotume gabaliuką Saulės. Apie tai pasakoja puikaus YouTube kanalo Kurzgesagt filmukas:

***

Ledas Marso pusiaujuje. Prieš dvejus metus NASA paskelbė labai įdomias Marso paviršiaus nuotraukas, kuriose buvo matomos juostos, besidriekiančios žemyn kopų šlaitais ir panašios į vandens išgraužtus griovelius. Pavadintos "pasikartojančiomis šlaitų linijomis" (Recurrent slope lineae, RSL), jos sulaukė daug dėmesio, nes galbūt žymėjo skysto vandens egzistavimą Marso paviršiuje. Vėliau atradimas buvo sukritikuotas, teigiant, kad tokiu pačius griovelius gali sukurti nedidelės nuošliaužos, atsirandančios garuojant negiliai po smėliu esančiam anglies dvideginio ledui. Dabar pateiktos naujos, aukštesnės raiškos, pusiaujinių kopų nuotraukos rodo, kad įvairiose vietose, ypač arti RSL, yra daug vandenilio. Vandenilio egzistavimas žymi arba vandens ledą, arba hidruotas druskas. Tiksliai tą pasakyti būtų įmanoma tik nusiuntus ten marsaeigį, kuris iškastų ir ištirtų kopų medžiagą. Kaip bebūtų, didelės vandenilio atsargos arti pusiaujo yra gera žinia būsimiems kolonistams, kuriems vandenilio reikės ir vandeniui gamintis, ir kaip kuro. Tyrimo rezultatai arXiv.

Vienas iš būdų, kaip tyrinėjamas Marso tinkamumas gyvybei, yra laboratoriniai tyrimai. NASA priklausančio Kennedy kosminio centro Kosmoso gyvybės mokslų laboratorijoje jau 15 metų vykdomi eksperimentai, nagrinėjantys įvairių žemiškų bakterijų išgyvenimą Marso sąlygomis. Kol kas gauti rezultatai nėra optimistiški: didžioji Marso dalis gyvybei per šalta, per sausa, per daug talžoma ultravioletinių spindulių, arba visos šios problemos kyla kartu. Tačiau taip pat nustatyta, kad jei kažkur Marse galėtų būti skysto vandens ir jis išliktų apie 10 parų, tai kai kurios bakterijų rūšys galėtų augti. Dabar planuojama atlikti bandymus, atkartojant tikėtinas RSL sąlygas, ir nustatyti, ar ten gyvybė galėtų išgyventi, o gal net vystytis ir plisti. Jei paaiškėtų, kad ir RSL nėra gyvybei tinkama aplinka, vilčių dar teikia gilios Marso žemumos, tokios kaip Eladės baseinas pietų pusrutulyje. Didžiausia šių tyrimų problema - labai sudėtinga patikrinti jų rezultatus, nes marsaeigiai į gyvybei tinkamas zonas važiuoti negalėtų dėl pavojaus užkrėsti jas žemiškomis gyvybės formomis.

Vietos, kur marsaeigiai gali važiuoti ir kur juos planuojama siųsti, yra zonos, kuriose gyvybė galėjo egzistuoti kažkada praeityje. Tokias vietas jau tyrinėja Curiosity, panašų tikslą turės ir 2020 metais NASA siųsimas zondas. Bet aptikus kažkokį objektą, nustatyti, ar tai kažkada buvo gyvas organizmas, gali būti sudėtinga. Vienas gyvybės požymis, išliekantis ilgai po mirties, yra forma - fosilijos nuo negyvų struktūrų skiriasi savo išvaizda. Kitas požymis - spektroskopiniai duomenys, rodantys, kad fosilijoje yra daug anglies. Dabar pasiūlytas dar vienas fosilijų požymis, leidžiantis atskirti jas nuo negyvų struktūrų: cheminio elemento vanadžio egzistavimas. Vanadis yra gana retas elementas, tačiau dalyvauja kai kuriose biocheminėse reakcijose ir gali įsiterpti į gyvus organizmus. Fosilijoje atrastas vanadžio pėdsakas labai sustiprintų teiginį, kad tai tikrai yra gyvo organizmo liekana. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Asteroidų tyrimo nanopalydovai. Asteroidų įvairovė yra didžiulė – jų būna ir akmeninių, ir metalinių, ir kietų, ir padrikų, ir išsisluoksniavusių, ir vientisų. Ištirti bent po vieną kiekvieno tipo pavyzdį reikėtų šimtų misijų, panašių į Rosetta ar New Horizons. Tačiau galima ir kitokia išeitis: praeitą savaitę pristatyta idėja sukurti nanopalydovų spiečių, skirtą asteroidų tyrimams. Maždaug 50 zondų grupė galėtų būti paleisti visi vienu metu, tada išvyniotų ilgus lynus, kuriais gaudytų Saulės vėjo protonus ir taip patirtų stumiančią jėgą, t. y. galėtų manevruoti. Kiekvienas zondas skrietų savita orbita nuo Žemės pro Marsą iki Asteroidų žiedo, kur galėtų aplankyti ir iš gana arti nufotografuoti vidutiniškai po šešis asteroidus. Bendra tokios misijos kaina būtų apie 60 milijonų eurų – tai yra vos 200 tūkstančių eurų vienam asteroidui ištirti. Tai yra daugybę kartų pigiau, nei milijardą eurų kainavusi Rosetta.

Vienas iš gausesnio asteroidų tyrinėjimo tikslų – jų kasinėjimas. Tam reikia ne tik daugiau skraidančių zondų, bet ir geresnių teleskopų. Šiuo metu nėra specializuotų teleskopų, skirtų vien asteroidų stebėjimui ir charakterizavimui, o to reikėtų, kad galėtume įverinti, kurie iš vis naujai randamų artimų Žemei asteroidų yra verti tolesnių tyrimų ir galbūt kasinėjimo. Tokie teiginiai išsakyti praeitą savaitę Rygoje vykusiame Europos planetų mokslo kongrese. Asteroidų supratimą taip pat pagerintų daugiau laboratorinių tyrimų, kuriais būtų nustatytos jų paviršių dengiančio regolito (dulkių) savybės.

***

Asteroidų numušimo misija. Kartais asteroidų trajektorijos gali paversti juos pavojingais gyvybei Žemėje. Vienas iš būdų apsisaugoti nuo tokio asteroido keliamo pavojaus – pakreipti jį kita linkme. Tą buvo ketinama padaryti projektu AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), tačiau Europos kosmoso agentūra, atsakinga už asteroido smūgio projektą AIM (Asteroid Impact Mission), pernai gruodį nusprendė pasitraukti iš misijos. Dabar grupė mokslininkų išreiškė susirūpinimą ir nepasitenkinimą tokia įvykių eiga ir primygtinai rekomendavo ESAi permąstyti savo sprendimą. Jų teigimu, AIM yra praktiškai vienintelis artimiausiu metu tikėtinas projektas, duosiantis galimybę įvertinti, kiek gerai galime pakreipti asteroidą. O kada šių žinių gali prireikti, niekad negalime žinoti – galbūt jų neprireiks tūkstančius metų, o gal jau po poros dešimtmečių rasime asteroidą, kuris kels grėsmę Žemei.

***

Keistas dvinaris asteroidas. Asteroidai - planetų formavimosi proceso liekanos - yra uoliniai objektai, tačiau jų dydžiai ir savybės gali labai skirtis tarpusavyje. Kai kurie asteroidai turi palydovus, bet įprastai tai būna mažyčiai akmenukai, lyginant su tais, aplink kuriuos jie sukasi. O dabar atrastas dvinaris asteroidas, kuris dar ir elgiasi panašiai į kometą. Tai - pirmas toks radinys visoje Saulės sistemoje. Praeitų metų pabaigoje daryti asteroido 288P stebėjimai atskleidė, kad jį sudaro du labai panašios masės maždaug kilometro skersmens kūnai, besisukantys vienas aplink kitą 100 km atstumu. Taip pat stebėjimai, atlikti asteroidui esant arčiausiame Saulei orbitos taške, parodė nuo jo sklindančią vandens garų ir dulkių uodegą, labai panašią į kometos. Nors anksčiau yra aptikta objektų, kurie panašūs ir į asteroidus, ir į kometas, šis yra pirmasis dvinaris toks objektas. Tokio asteroido paviršiuje vandens ledas nebūtų išsilaikęs milijardus metų nuo pat jo atsiradimo; tai reiškia, kad asteroidas atsirado neseniai, subyrėjus didesniam. Labiausiai tikėtinas 288P amžius - apie penkis tūkstančius metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Greitai besisukanti žvaigždė. Prieš beveik penkis dešimtmečius teoriškai apskaičiuota, kad greitai besisukančių žvaigždžių skleidžiama šviesa turėtų būti poliarizuota - tai reiškia, kad ją sudarančių bangų vibracijos pasiskirsčiusios ne visomis kryptimis vienodai, bet turi kažkiek tvarkingumo. Dabar pirmą kartą šis reiškinys stebėtas praktiškai - išmatuota Liūto žvaigždyno žvaigždės Regulo spinduliuotės poliarizacija. Poliarizacija, kylanti dėl besisukančios žvaigždės kraštų nevienodo judėjimo mūsų atžvilgiu ir dėl suspaustos žvaigždės formos, yra silpna (tik nedidelė dalis spindulių yra išsirikiavusi tvarkingai), todėl aptikti ją irgi sunku, bet tiksliai išmatavus poliarizacijos lygį galima nustatyti ir žvaigždės savybes. Taip nustatyta, kad Regulo paviršius sukasi apie 320 kilometrų per sekundę greičiu, ir tai sudaro 96,5% maksimalaus greičio, kuriuo žvaigždė galėtų suktis ir dar neišsilakstyti į gabaliukus. Ateityje poliarizacijos matavimai turėtų padėti nustatyti ir kitų, ne taip greitai besisukančių, žvaigždžių savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Dulkėtas žvaigždės burbulas. Gyvenimo pabaigoje žvaigždės nusimeta dalį išorinių medžiagos sluoksnių ir aplink save suformuoja dujų burbulą. Šie burbulai atiduoda tarpžvaigždinei terpei įvairių cheminių elementų, o juos tyrinėti svarbu dar ir dėl to, kad tai padeda suprasti žvaigždžių mirties procesą. Dabar pristatyti ypatingai detalūs Saulės masės žvaigždės Siurblio U (U Antliae) stebėjimai, atskleidžiantys jos burbulo struktūrą. Burbulas yra neįprastai tvarkingos formos, o jo kraštas – labai plonas. Tai reiškia, kad žvaigždė burbulą sukūrė per vos keletą šimtų metų trukusį medžiagos išmetimo epizodą, kurio metu pasiekė masės išmetimo spartą, lygią vienai šimtatūkstantajai Saulės masės daliai per metus. Šiuo metu medžiagos išmetimo sparta yra 250 kartų mažesnė, o burbulo amžius siekia apie 2700 metų. Burbulo viduje judanti medžiaga sukuria dulkėtas blausias gijas. Visos šios savybės gerai atitinka tokios masės žvaigždžių evoliucijos modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Keistuolis Paukščių Takas. Tyrinėjant Visatą ir kitas galaktikas, Paukščių Takas ir mūsų aplinka laikomi tipiniais tokios masės galaktikų pavyzdžiais. Tačiau dabar naujas tyrimas parodė, kad yra savybių, pagal kurias Paukščių Takas yra visai netipiškas. Tiksliau, netipiška yra jo aplinka: Paukščių Tako palydovinės nykštukinės galaktikos žvaigždes formuoja gerokai lėčiau, nei įprasta tokios masės galaktikos palydovėms.

Ištyrus 27 palydovines galaktikas, besisukančias aplink aštuonias panašias į Paukščių Taką, 26 iš jų pasirodė esančios "žvaigždes formuojančios" - taip vadinamos galaktikos, kurių žvaigždinė populiacija, esant dabartinei formavimosi spartai, padvigubėtų greičiau nei per Visatos amžių. Aplink Paukščių Taką tokių galaktikų nėra apskritai. Tiesa, kitais atžvilgiais Paukščių Tako palydovinės galaktikos panašios į tirtųjų galaktikų - ištirtame dydžių/šviesių ruože aplink Paukščių Taką jų yra penkios, o prie kitų galaktikų - nuo vienos iki devynių. Taigi Paukščių Takas yra kitoks, nei panašios į jį kitos galaktikos. Šis atradimas gali priversti permąstyti daugybę galaktikų evoliucijos modelių, kurie remiasi Paukščių Tako savybėmis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

kasnelis_CCXCV

Savaitės paveiksliukas - palyginus netolima žvaigždes sparčiai formuojanti galaktika NGC 5398. Svarbiausia ir aiškiausiai matoma jos detalė - didžiulis jonizuotų dujų regionas apatiniame kairiame krašte, pavadintas Tol 89. Tokie regionai susiformuoja aplink masyvias žvaigždes - šiuo atveju aplink didelę jų grupę, - kurios jonizuoja aplinkines dujas ir jas įkaitina. Tai yra vienintelis intensyviai žvaigždes formuojantis regionas šioje galaktikoje; jame yra stebimos dvi labai jaunos žvaigždžių populiacijos - keturių ir trijų milijonų metų amžiaus sankaupos.

***

Juodosios skylės susiliejimuose. Dauguma galaktikų centruose turi supermasyvias juodąsias skyles. Galaktikoms jungiantis, laikui bėgant susijungia ir juodosios skylės - bent jau taip teigia teorija. Praktikoje šį procesą stebėti sudėtinga, nes galaktikų su dviem juodosiomis skylėmis žinoma nedaug. Ypač mažai yra galaktikų, kuriose juodosios skylės yra arti viena kitos - nutolusios kelių dešimčių parsekų atstumu ar mažiau. Dabar aptikta dvinarė supermasyvi juodoji skylė, kurios komponentes skiria trečdalis parseko. Tai yra arčiausiai esanti supermasyvių juodųjų skylių pora. Vieną ratą ši pora apsuka per 100 tūkstančių metų, o juodųjų skylių masių suma yra apie 40 milijonų Saulės masių (palyginimui Paukščių Tako centre yra kiek daugiau nei keturių milijonų Saulės masių juodoji skylė, o masyviausios žinomos juodosios skylės matuojamos dešimtimis milijardų Saulės masių). Įtarimas, kad šioje galaktikoje yra dviguba juodoji skylė, buvo kilęs ir anksčiau: joje matoma Z formos čiurkšlė, o tokie objektai gali susiformuoti būtent dėl supermasyvių juodųjų skylių poros sąveikų. Radę daugiau panašių sistemų, galėsime geriau suprasti, kokie procesai padeda juodosioms skylėms suartėti ir galiausiai susijungti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Tiek tad žinių apie praėjusią savaitę. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

2 comments

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *