Kąsnelis Visatos CCC: Trys šimtai

Trys šimtai savaičių - beveik šešeri metai. Per tą laiką spėjo įvykti Rosettos misija, New Horizons praskrido pro Plutoną, atrastos gravitacinės bangos, įvyko dar daugybė kitų pokyčių mūsų pasaulyje ir mūsų supratime apie kosmosą. Ir apie visa tai galėjote perskaityti Kąsneliuose. Ir ateityje galėsite perskaityti, nes kol kas tikrai nesiruošiu mažinti apsukų. Ir toliau kiekvieną savaitę rašysiu jums apie Visatos įdomybes, nuo visai šalia mūsų vykstančių dalykų - kosminių skrydžių ar jų planų, - iki didžiausių Visatos tolių. Šios savaitės naujienos, kaip įprasta, po kirpsniuku.

***
NASA biudžeto perskirstymai. Praeitą savaitę pagaliau patvirtintas NASA biudžetas 2017 metams. Na, tiksliau sakant, patvirtintos jo panaudojimo detalės, mat pati pinigų suma buvo žinoma dar pavasarį. Astrofizikos tyrimų sritis iš viso gavo 1,4 mln. dolerių daugiau, nei pernai, tačiau kartu gavo nurodymų skirti 15 mln. dolerių daugiau infraraudonųjų spindulių teleskopui WFIRST, 1,4 mln. daugiau - stratosferinei infraraudonųjų spindulių observatorijai SOFIA, ir 12 mln. daugiau švietimui ir mokslo populiarinimui. Taigi reikėjo perskirstyti lėšas, atimant 27 milijonus iš kitų programų. Labiausiai čia nukentėjo egzoplanetų paieškos teleskopas TESS, kuriam "nukirpta" 15 milijonų dolerių. Tiesa, tai turėtų būti tik finansinis trikdis, nes šie pinigai buvo skirti apmokėti teleskopo paleidimui į orbitą; dabar šis apmokėjimas planuojamas 2018 metais, bet dėl to pats paleidimas vėluoti neturėtų. Taip pat sumažintos lėšos rentgeno spindulių poliarizacijos tyrimų misijai IXPE, kurios paleidimas dėl šio apkarpymo nusikelia iš 2021 metų pabaigos į 2022 balandį. Kaip bebūtų, galima pasidžiaugti, kad astrofizikos finansavimas bent jau nemažėja.
Viena iš pagrindinių išlaidų kosmoso misijoms yra zondų patikimumo užtikrinimas. Kelerius metus trunkančios misijos, kartais net dešimtmetį trunkančios kelionės iki tyrimų vietų, - visą tą laiką erdvėlaiviai yra bombarduojami energingos spinduliuotės, kuri gali pažeisti įvairias sistemas. Praeitą savaitę iš Tarptautinės kosminės stoties paleistas galimo šios problemos sprendimo bandymas. Tai yra naujo tipo palydovų gaminimo technologija, pavadinta "Satlets". Jos esmė - vienas palydovas, susidedantis iš daugybės vienodų arba labai panašių 20x10x10 cm komponentų.  Susijungę komponentai bendrauja tarpusavyje ir pasidalina darbais - vienas gali būti atsakingas už komunikacijas, kitas - už navigaciją ir taip toliau. Jei kuris nors komponentas sugenda, kituose esančios sistemos gali kompensuoti šį trūkumą. Tokie iš nedidelių komponentų sudaryti palydovai taip pat galėtų būti surenkami ir modifikuojami orbitoje, pritaikant juos įvairioms funkcijoms. Pirmasis bandymas - palydovo, sudaryto iš šešių tokių komponentų, dviejų Saulės baterijų ir nedidelio teleskopo, paleidimas. Bandymo metu bus tikrinama, kaip gerai "satletai" pasidalina funkcijomis.
***
Kentauro Alfos planetos. Dauguma egzoplanetų yra aptiktos netiesioginiais metodais, nes užfiksuoti jas prie daugybę kartų šviesesnių žvaigždžių yra sudėtinga. Dabar grupė mokslininkų paskelbė apie projektą paleisti teleskopą, skirtą tiesiogiai nufotografuoti planetą ar planetas, besisukančias apie artimiausią Saulei žvaigždę Kentauro Alfą-Proksimą. Apie vieną toje trinarėje sistemoje esančią planetą, Proksimą B, žinome jau nuo praėjusių metų, bet jų ten gali būti ir daugiau - 2012 ir 2015 metais buvo pranešta apie planetas-kandidates prie Kentauro Alfos, tačiau šie atradimai nėra patvirtinti. Aptikti planetas tiesiogiai šioje sistemoje yra daug sudėtingiau, nei prie pavienių žvaigždžių, nes neužtenka vien uždengti žvaigždės spinduliuotės - reikia atsižvelgti ir į žvaigždžių judėjimą daugianarėje orbitoje. Tam šios misijos, pavadintos Project Blue, komanda ketina pasitelkti ir žvaigždžių šviesą dengiančius skydus, ir deformuojamus teleskopo veidrodžius, ir naujus duomenų analizės metodus. Išgavus artimiausios žvaigždės planetų vaizdus, vėliau bus įmanoma tyrinėti ir tolimesnes žvaigždes bei planetų savybes.
***
Cereros vandenynas. Kuo detaliau nagrinėjame Saulės sistemos kūnus, tuo daugiau atrandame vietų, kuriose galėtų būti vandens. Jau kurį laiką panašios hipotezės sklando ir apie nykštukinę planetą Cererą, didžiausią Asteroidų žiedo objektą. Dabar dviem naujais tyrimais išnagrinėta, kaip galėjo per pastaruosius milijonus metų evoliucionuoti jos paviršius. Pirmame tyrime, lyginant Cereros formos ir gravitacinio lauko duomenis, nustatyta, kad bent keliose vietose, sutampančiose su aukštais kalnais ir dideliais krateriais, esama gravitacijos anomalijų - popaviršinių struktūrų, besiskiriančių nuo tipinių plutos savybių. Jos greičiausiai byloja apie kriovulkanizmo efektus, vykusius iškart po kraterių susiformavimo. Gravitacijos duomenys taip pat leido nustatyti ir vidutinį plutos tankį, kuris pasirodė esąs vos 30% didesnis už vandens. Antrame tyrime nagrinėjama Cereros plutos sandara, ieškant būdų paaiškinti mažą tankį ir didelį tvirtumą. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad tikėtiniausia plutos sandara yra ledo ir uolienų mišinys, turintis daug - bent 30% - druskų ar klatratų (ledo gardelėje įkalintų dujų molekulių) priemaišų. Šie junginiai yra lengvi, bet žymiai tvirtesni už vandens ledą. Tokių junginių kilmę geriausiai paaiškina paviršinio vandenyno hipotezė: jei Cereros paviršių kadaise dengė vanduo, jame galėjo formuotis dabar plutoje randami mineralai. Giliau po pluta esančios mantijos struktūra kitokia: ji yra bent dešimt tūkstančių kartų minkštesnė, taigi greičiausiai turi daug vandens, ar bent vandens priemaišų uolienose. Tokia mantijos struktūra byloja, kad praeityje Cereros viršutiniai sluoksniai negalėjo būti labai įkaitę - priešingu atveju jos struktūra būtų labiau diferencijuota. Žema praeities temperatūra irgi sustiprina kadaise egzistavusio vandenyno hipotezę, nes vandenynas galėjo sparčiai vėsinti uolienas po savimi. Pirmojo tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research: Planets, antrojo - Earth and Planetary Science Letters.
Tuo tarpu NASA pranešė, kad Dawn zondas Cererą tyrinės iki 2018 vidurio, kol baigsis jo kuras. Nuspręsta, kad toks planas suteiks daugiau mokslinių žinių, nei Dawn kelionė dar vieno Asteroidų žiedo objekto link. Dawn Cererą stebi nuo 2015 metų kovo, o prieš tai - 2011-2012 metais - skrajojo aplink asteroidą Vestą. Po oficialios misijos pabaigos Dawn aplink Cererą suksis dar bent 50 metų, nes bus pakeltas į labai stabilią orbitą. Tai užtikrins, kad bet kokie galimai zonde buvę žemiški mikroorganizmai neišgyvens ir, šiam nukritus, nepradės plisti gyvybei tinkamose Cereros terpėse.
***
Išsipūtęs Jupiterio branduolys. Juno zondo surinkti duomenys leidžia išsiaiškinti, kas dedasi giliai po Jupiterio atmosferos paviršiumi. Nors elektromagnetinė spinduliuotė iš keleto tūkstančių kilometrų gelmės mūsų nepasiekia, bet medžiagos išsidėstymas ir judėjimas paveikia planetos gravitacinį lauką. Jį Juno matuoja labai tiksliai, o praeitą savaitę vykusiame JAV Astronomų sąjungos Planetų mokslo skyriaus susitikime pristatyta naujausių rezultatų analizė. Ši analizė daryta naudojant skaitmeninius modelius, kuriais, keičiant įvairius planetos parametrus, teoriškai apskaičiuotas Jupiterio gravitacinis laukas. Palyginimas su realiais duomenimis leido nustatyti, kad Jupiterio branduolys greičiausiai yra didelio tūrio ir mažo tankio, sudarytas iš susimaišiusių sunkių ir lengvų elementų. Taip pat jame turėtų būti nuo 8 iki 27 Žemės masių sunkiųjų elementų. Tuo tarpu atmosferos viršuje stebimos audros sukelia medžiagos judėjimą bent iki 3000 km gylio. Tyrimo rezultatai kiek seniau buvo publikuoti Geophysical Research Letters.
***
Prieš dvejus su puse metų New Horizons praskriejo pro Plutoną. 2019 metų pradžioje jis praskris pro antrą taikinį - mažytį objektą MU69. Vėliau galbūt skris dar kažkokio objekto link, o gal tiesiog tyrinės tarpplanetinę erdvę Saulės sistemos pakraščiuose. Apie šią įspūdingą misiją žiūrėkite savaitės filmuke iš NASA ir New Horizons komandos.

***
Tarpžvaigždinė kometa. Praeitą savaitę aptikta nauja kometa C/2017 U1 PANSTARRS greičiausiai į Saulės sistemą atlėkė iš tarpžvaigždinės erdvės. Šios kometos trajektorija, nustatyta atlikus kelis jos padėties stebėjimus, yra hiperbolinė - tai reiškia, kad ji pro Saulę pralekia tik vieną kartą ir nulekia tolyn, nepasilikdama Saulės sistemoje. Apskritai kometos yra skirstomos į dvi grupes: periodinės kometos vieną ratą aplink Saulę apsuka per kelis ar kelias dešimtis metų, o ilgo periodo kometos, atlekiančios iš Oorto debesies, į centrinę Saulės sistemos dalį užsuka tik kokį kartą per tūkstančius metų ar daugiau. U1 beveik neabejotinai nėra nei viena, nei kita. Ji atlekia iš Vegos žvaigždyno krypties - būtent ta kryptimi aplinkinių žvaigždžių atžvilgiu juda Saulė, taigi tikimybė, kad tarpžvaigždinis objektas Saulės sistemą pasieks iš tos pusės, yra didžiausia. Gali būti, kad ši kometa į tarpžvaigždinę erdvę išlėkė, kai Saulės gravitacija sujudino pro šalį lekiančios žvaigždės kometų debesį. Tolesni stebėjimai padės patikslinti kometos orbitą, o nustačius jos cheminę sandarą galbūt net galėsime pasakyti, prie kokios žvaigždės ji užgimė. Tiesa, kometa jau pralėkė artimiausią Saulei trajektorijos tašką ir nuo jos tolsta, taigi stebėjimai kuo toliau, tuo bus sudėtingesni.
Tuo tarpu kitos kometos aptiktos prie žvaigždės, nuo mūsų nutolusios per 250 parsekų. Tai - mažiausi objektai, aptikti tranzitų metodu, kuriuo paprastai aptinkamos egzoplanetos. Šešios kometos aptiktos prie žvaigždės KIC 3542116, kuri yra šiek tiek didesnė už Saulę. Kometos identifikuotos žvaigždės šviesos kreivėje pastebėjus charakteringą signalą: staigų pritemimą, po kurio sekė lėtas nušvitimas. Tokį signalą sukuria prieš žvaigždę pralekianti kometos uodega. Tris stipresnius signalus turėjo sukurti kometos, mase prilygstančios Halio kometai arba ją lenkiančios; kitų trijų kometų signalai silpnesni. Tikėtina, kad kometos aptiktos tik tada, kai jau buvo beveik išgaravusios, atlėkusios labai arti žvaigždės. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Neptūno dydžio egzomėnulis. Egzomėnuliai - egzoplanetų palydovai - kol kas yra nagrinėjami tik teoriškai, nes praktiškai jų aptikti dar nepavyko. Bet neseniai paskelbta apie vieną galimą aptikimą: Keplerio teleskopo duomenyse rasta sistema, kurioje yra didžiulė planeta su didžiuliu palydovu. Planetos Keplerio 1625 b spindulys nedaug leidžia pasakyti apie jos masę - ji gali būti nuo Saturno masės dujinės milžinės iki net labai mažos (11% Saulės masės) žvaigždės. Tačiau jos tranzitų metu stebimi pritemimo kitimai leidžia spręsti, kad aplink planetą sukasi palydovas, kurio spindulys geriausiai atitinka maždaug Neptūno masės objekto spindulį. Tiesa, tai galėtų būti ir tik truputį už Žemę masyvesnis, bet labai tankią ir išplitusią atmosferą turintis, kūnas. Tokio palydovo egzistavimas, jei paaiškėtų, kad tai tikrai yra Neptūno masės palydovas prie šiek tiek už Jupiterį masyvesnės planetos, užmintų daug mįslių. Pagal dabartines planetų formavimosi teorijas, santykis tarp palydovo ir planetos masės turėtų būti gerokai mažesnis, nei šis. Tiesa, jei Keplerio 1625 b pasirodytų esanti masyvi rudoji nykštukė arba mažos masės žvaigždė, tai palydovo ir jos masių santykis taptų panašus į kai kurių žinomų egzoplanetų ir jų žvaigždžių, pvz. TRAPPIST-1 sistemos, masių santykį. Taip pat įmanomas ir toks scenarijus, kad palydovą planeta pasigriebė lekiantį pro šalį, o masyvus palydovas nuo planetos nustūmė superžemės dydžio palydovą. Bet superžemės dydžio palydovo egzistavimas prie Jupiterio masės planetos irgi menkai tikėtinas. Taigi atrodo, kad šis atradimas gali priversti rimtai pergalvoti planetų ir jų palydovų formavimosi modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Egzoplanetų paviršiai. Kalbant apie egzoplanetų tinkamumą gyvybei, dažnai kaip vienas iš svarbiausių komponentų įvardijamas skystas vanduo planetos paviršiuje. Pastaraisiais metais atrasta keletas planetų prie M spektrinės klasės nykštukių - už Saulę mažesnės masės raudonų žvaigždžių, - kurių masės ir spindulio duomenys leidžia spręsti, jog didelę jų masės dalį sudaro vanduo. Gali būti, kad šių planetų paviršių dengia šimtų kilometrų gylio vandenynai. Dabar skaitmeniniu modeliu apskaičiuota, kaip turėtų evoliucionuoti tokios planetos atmosfera, esant skirtingoms žvaigždės vėjo sąlygoms. Paaiškėjo, kad Žemės dydžio planetoje prie Saulės tipo žvaigždės toks pasaulinis vandenynas gali išlikti labai ilgai, tačiau prie mažesnės žvaigždės, kurios būna santykinai aktyvesnės, esanti planeta atmosferos ir vandens gali netekti vos per milijardą metų. Turint omeny, kad gyvybė Žemėje tik per kelis milijardus metų tapo daugialąste, toks laiko tarpas nėra labai ilgas. Šie rezultatai yra dar vienas smūgis hipotezėms apie gyvybei tinkamų planetų paieškas prie mažų žvaigždžių. Nors prie jų turėtume rasti daugybę planetų, mažai tikėtina, kad kuri nors iš jų bus tinkama gyvybei. Tyrimo rezultatai arXiv.
Vienoje iš karščiausių žinomų egzoplanetų, Keplerio 13Ab, sninga titano oksidu. Tiesa, sninga tik vienoje jos pusėje, amžinai nusisukusioje nuo žvaigždės; dieninėje pusėje, kur temperatūra siekia beveik 3000 laipsnių Celsijaus, titano oksido nėra. Jo nebuvimas nulemia ir neįprastą planetos atmosferos temperatūros profilį - kylant į viršų, ji vis vėsta. Daugumoje planetų-milžinių, taip pat ir Žemėje, atmosfera kylant vėsta tik iki tam tikros ribos, o aukštesniuose sluoksniuose vėl ima kaisti. Planetose-milžinėse šią temperatūros inversiją sukuria titano oksido sugeriama Saulės spinduliuotė, kuri, atspindėta į kosmosą, sušildo išorines planetos atmosferos dalis. Tuo tarpu Keplerio 13Ab yra tokia karšta, kad iš jos dieninės pusės pučiantys vėjai išneša titano oksidą į naktinę pusę, kur jis iškrenta kaip sniegas stiprioje planetos gravitacijoje - jos masė daugiau nei šešis kartus viršija Jupiterio. Šie rezultatai įdomūs ir patys savaime, ir kaip analizės įrankių planetų atmosferoms tirti išbandymas; ateityje analogiški įrankiai galės pasitarnauti tyrinėjant Žemės tipo egzoplanetų atmosferas. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Spirališkas žvaigždės vėjas. Visos žvaigždės pučia vėjus - medžiagos srautus, stumiamus spinduliuotės ir magnetinių laukų. Masyvios žvaigždės į gyvenimo pabaigą tą daro labai sparčiai. Dabar nauji vienos tokios, 60 kartų už Saulę masyvesnės, žvaigždės Laivagalio Zetos, stebėjimai atskleidė, kad dėmės žvaigždės paviršiuje daro tiesioginę įtaką vėjui. Vienu metu atlikti žvaigždės ir jos aplinkos stebėjimai parodė, kad ir žvaigždės, ir jos vėjo skleidžiama spinduliuotė kinta 1,78 parų periodu. Atkūrus tikėtiną žvaigždės dėmių pasiskirstymą, šis puikiai sutapo su stebimomis spiralinėmis struktūromis vėjyje, netgi matėsi kartu su žvaigžde besisukantys sąveikos regionai. Taip pat pastebėta, kad kitas žvaigždės kintamumas yra susijęs su tankesnių medžiagos gumulų išmetimu. Tai yra geriausias įrodymas, kad žvaigždės paviršiuje vykstantys procesai labai stipriai paveikia iš žvaigždės lekiančią medžiagą. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Spiečiuose siūbuojančios galaktikos. Galaktikų spiečiai turi tamsiosios materijos halus, kurių gravitacija išlaiko galaktikas neišsibėgiojančias į šalis. Spiečiaus centre turėtų būti didžiausia tamsiosios materijos koncentracija, o masyviausia spiečiaus galaktika turėtų laikytis jo centre ir praktiškai nejudėti į šalis - bent jau taip teigia teoriniai modeliai. Realybėje, pasirodo, yra kiek kitaip. Ištyrę dešimties masyvių galaktikų spiečių medžiagos pasiskirstymą, mokslininkai nustatė, kad vidutiniškai jų centrinės galaktikos nuo tamsiosios medžiagos halo centro yra nutolusios per beveik 12 kiloparsekų. Tuo tarpu skaitmeniniuose Visatos struktūros formavimosi modeliuose gaunamas atstumas yra mažesnis nei 2 kiloparsekai. Pagrindinis skirtumas tarp skaitmeninių modelių ir tikėtino realios tamsiosios medžiagos pasiskirstymo yra tankio profilis: teorinių halų medžiagos tankis sparčiai auga, artėjant prie centro, o realiuose jis yra gana vienodas dideliame regione aplink centrą. Panašus skirtumas stebimas ir pavienėse galaktikose. Jose jis aiškinamas supernovų sprogimų bei aktyvių galaktikų branduolių tėkmių poveikiu, kuris, laikui bėgant, išpučia tamsiosios materijos halus, bet visai neaišku, ar taip įmanoma paaiškinti neatitikimus galaktikų spiečiuose. Dabartinės dešimties spiečių analizės nepakanka, norint detaliau nustatyti neatitikimo priežastis, bet situaciją pakeisti turėtų didesnės apžvalgos, tokios kaip ateinančiame dešimtmetyje planuojama Euclid apžvalga. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Krosnies spiečiaus dalis. Šaltinis: VLT, ESO
Krosnies spiečiaus dalis. Šaltinis: VLT, ESO
Savaitės paveiksliukas - Krosnies (Fornax) spiečiaus dalis. Į apačią ir dešinę nuo centro matyti galaktika NGC 1316, kurios pakraščiuose matomi įvairūs medžiagos srautai. Tai - prarytų galaktikų ar iš jų nusiurbtų žvaigždžių srautų pėdsakai. Spiečiuose galaktikos sąveikauja ir jungiasi daug dažniau, nei Paukščių Tako aplinkoje, taigi tokios vietos, kaip palyginus netoli esantis Krosnies spiečius, yra puiki vieta tyrinėti galaktikų susiliejimo procesams.
***
Materijos-antimaterijos panašumai. Mūsų Visata sudaryta iš materijos, o antimaterija - identiškos, tik priešingą krūvį turinčios dalelės - egzistuoja tik retomis ypatingomis sąlygomis. Tačiau geriausias šiandieninis supratimas apie Visatos pradžią prognozuoja, kad materijos ir antimaterijos Didžiojo sprogimo metu turėjo susiformuoti vienodai. Yra dvi galimybės, kaip galėjo kilti šiandieninė situacija: arba materija ir antimaterija Visatos pirmosiomis sekundėmis anihiliavo šiek tiek nevienodai, ir materijos liko daugiau, arba mūsų supratimas apie Didįjį sprogimą yra neteisingas ir materijos iš tikro susiformavo daugiau, nei antimaterijos. Abi galimybės įmanomos tik tokiu atveju, jei materija nuo antimaterijos skiriasi kažkuo daugiau, nei elektrinio krūvio priešingumas, kitaip tariant jei tarp jų egzistuojanti simetrija nėra ideali. Ilgą laiką buvo manoma, kad vienas iš skirtumų galėtų būti materijos ir antimaterijos sąveika su magnetiniais laukais, pasireiškianti per dalelių savybę, vadinamą magnetiniu momentu. Dabar pristatyti detaliausi kada nors atlikti antiprotono magnetinio momento matavimai, atlikti CERN esančiame BASE eksperimente. Magnetinis momentas išmatuotas vos su kelių milijardųjų dalių paklaida, ir paaiškėjo, kad jis visiškai tiksliai atitinka protono magnetinio momento dydį. Taigi ši savybė materijoje ir antimaterijoje, atrodo, yra praktiškai identiška ir sunkiai paaiškina, kodėl materijos yra daugiau. Tiesa, dar ne viskas prarasta - galbūt detalesni matavimai atskleis kažkokį neatitikimą. Įdomu tai, kad dabar tikslinti reikėtų ne antiprotono, bet protono magnetinio momento vertę, kuri žinoma ne taip tiksliai, kaip antiprotono (tai yra pirmas toks atvejis, kai antimedžiagos savybė žinoma geriau, nei atitinkama medžiagos savybė). Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.
***
Štai tiek žinių apie Visatą iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.
Laiqualasse

One comment

  1. ,,Abi galimybės įmanomos tik tokiu atveju, jei materija nuo antimaterijos skiriasi kažkuo daugiau, nei elektrinio krūvio priešingumas, kitaip tariant jei tarp jų egzistuojanti simetrija nėra ideali." - Šis sakinys man atrodo klaidinantis, nes, kaip suprantu, jau seniai žinoma, kad antimaterija nuo materijos skiriasi ne tik elektrinio krūvio ženklu. Pvz.: neutrinas ir antineutrinas (https://en.wikipedia.org/wiki/C-symmetry).

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *