Kąsnelis Visatos CCCI: Superplanetos

Tarp praėjusios savaitės naujienų - daug žinių apie masyvias planetas. Ir apie Jupiterį, ir apie į jas panašias, ir apie ryšius tarp planetų ir žvaigždžių vidinių procesų. Taip pat - kosminių skrydžių rekordai, kosmoso poveikis smegenims ir dar visokios įdomybės. Kaip įprasta, skaitykite po kirpsniuku.

***
Rekordiniai SpaceX metai. Atrodo, vos prieš keletą metų kiekvienas SpaceX raketos skrydis buvo ypatinga naujovė ir retas įvykis. Bet dabar tai - jau kasdienybė. Puikiausias to įrodymas - antradienį įvykęs skrydis, kuris SpaceX buvo jau šešioliktas per šiuos metus. Taip kompanija pakartojo vienerių metų skrydžių skaičiaus rekordą, kuris nuo 2009 metų priklausė United Launch Alliance. Rekordiniu skrydžiu į orbitą iškeltas Korėjos palydovas Koreasat, skirtas ryšių ir susijusių paslaugų tiekimui. Per likusius du šių metų mėnesius SpaceX sustoti neplanuoja ir jau ruošiasi dar vienam skrydžiui lapkričio viduryje, taigi greičiausiai senasis rekordas bus ir pagerintas.

***

Kosmoso poveikis smegenims. Seniai žinoma, kad buvimas kosmose įvairiai veikia astronautų sveikatą - silpsta kaulai ir raumenys, prastėja rega ir panašiai. Dabar atlikta detaliausia iki šiol studija, tyrinėjanti poveikį smegenims. Nuskenavus 34 astronautų smegenis praėjus 4-10 dienų po grįžimo į Žemę ir palyginus su atvaizdais, gautais prieš išskrendant, aptikta keletas pokyčių. 18 astronautų vykdė maždaug šešių mėnesių trukmės misijas Tarptautinėje kosminėje stotyje, o 16 - trumpesnes, iki mėnesio trukmės misijas Šatluose. Daugumos ilgas misijas vykdžiusių astronautų smegenys buvo pasislinkusios kaukolės ertmėje į viršų ir šiek tiek išsiplėtusios, aplink jas liko mažiau vietos smegenų skysčiui. Taip pat sumažėjo smegenų viršuje esanti centrinė vaga, atskirianti kaktinę ir momeninę smegenų skiltis. Kol kas nėra aišku, kiek šie pokyčiai yra pavojingi ar kiek pakeičia smegenų funkcijas. Tyrėjai mano, kad šie efektai gali paaiškinti ir suprastėjusį astronautų regėjimą - iš kaukolės ertmės išstumiamas smegenų skystis ima spausti regos nervą, šis ištinsta ir ima prasčiau perdavinėti signalus į smegenis, - tačiau tvirtai teigti, kad šis paaiškinimas teisingas, dar negali. Trumpas misijas vykdžiusių astronautų smegenys pakitimų nerodė, taigi atrodo, kad mikrogravitacijos poveikis pasireiškia per keletą mėnesių. Toliau tyrimas bus tęsiamas ir astronautų smegenys skanuojamos praėjus ilgesniam laikui po grįžimo į Žemę. Tokie tyrimai yra labai svarbi žmonių pasirengimo kelionėms į Marsą ir tolimesnius Saulės sistemos objektus dalis.

***

Nepriklausomos Jupiterio pašvaistės. Pašvaistės planetose susidaro tada, kai Saulės vėjas sąveikauja su planetos magnetiniu lauku. Jupiteryje jos gali būti tokios stiprios, kad prie ašigalių suformuoja karštesnius regionus, aiškiai matomus rentgeno spindulių ruože. Dabar, išnagrinėjus Juno zondo bei Chandra ir XMM-Newton kosminių teleskopų duomenis, paaiškėjo, kad šiaurinė ir pietinė Jupiterio pašvaistės kinta nepriklausomai viena nuo kitos. Šiaurinės pašvaistės kuriamo karštojo taško (angl. hot spot) spinduliuotės intensyvumas kinta netvarkingai, o pietinio yra beveik pastovus ir kinta tvarkingu 11 parų periodu. Tai reiškia, kad magnetiniai procesai šiauriniame ir pietiniame Jupiterio pusrutuliuose bent dalinai yra nepriklausomi vienas nuo kito. Tai labai skiriasi nuo, pavyzdžiui, Žemės magnetosferos, kuri yra vientisa, ir pokyčiai viename pusrutulyje atsiliepia ir kitame. Paaiškinimo tokiam skirtumui kol kas nėra; viena iškelta hipotezė teigia, kad Jupiterio magnetinio lauko linijos vibruoja, o karštųjų taškų spinduliuotės pokyčiai žymi vibruojančių linijų sąveiką su planetos atmosfera. Kol kas neaišku, kiek šių taškų savybes nulemia Saulės vėjo medžiaga, o kiek - palydovo Ijo ugnikalnių išmetamos dalelės, bet ateities tyrimais tą tikimasi nustatyti. Geresnis Jupiterio magnetosferos supratimas padės geriau interpretuoti ir egzoplanetų stebėjimų duomenis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Besisukančių žvaigždžių konvekcija. Į Saulę panašių žvaigždžių išorinėje dalyje energija iš gelmių į paviršių pernešama konvekciniu būdu - karštesnės medžiagos burbulai kyla į viršų, atvėsta ir leidžiasi žemyn, kur vėl įkaista. Šis procesas sukuria margą raštą Saulės paviršiuje, susidedantį iš šviesesnių regionų, atskirtų tamsesnėmis juostomis. Tie regionai vadinami granulėmis, o pats procesas - granuliacija. Granulių dydžiai matuojami šimtais kilometrų, bet taip pat egzistuoja ir didesnio masto jų telkiniai - dešimčių tūkstančių kilometrų dydžio supergranulės. Dabar skaitmeniniais modeliais paaiškinta, kodėl supergranulių dydis yra būtent toks. Šie modeliai yra didesnio projekto, skirto geriau suprasti konvekciją žvaigždžių ir planetų viduje, dalis. Juose apjungiami hidrodinamikos (t.y. žvaigždes ir planetas sudarančių dujų judėjimo), gravitacijos bei magnetinių laukų poveikiai, leidžiantys labai detaliai analizuoti vykstančius procesus. Žvaigždžių modeliai parodė, kad žvaigždei sukantis, jos konvekcinėje zonoje esančios granulės ima elgtis kitaip, nei stacionarioje žvaigždėje. Jei žvaigždė nesisuka, granulės gali formuotis bet kokių dydžių, ir kuo didesnį regioną nagrinėjame, tuo didesnius skirtumus tarp jo ir gretimų regionų temperatūrų galime aptikti. Tuo tarpu sukimasis sukuria dydžio barjerą - didesniais už tam tikrą masteliais konvekcija tampa labai tvarkinga ir skirtumai tarp gretimų regionų temperatūrų, didėjant masteliui, nebeauga. Kuo sukimosi greitis didesnis, tuo mažesnis yra šis mastelis. Saulės atveju mastelis atitinka vieną šimtąją Saulės perimetro - t.y. apie 50 tūkstančių kilometrų. Maždaug tokio dydžio yra ir supergranulės. Tokie modeliai padės geriau interpretuoti ir kitų žvaigždžių stebėjimus bei tiksliau įvertinti jų kintamumą - be kita ko, tai svarbu ir ieškant egzoplanetų bei jas charakterizuojant. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Vandeningos planetos milžinės. Planetos-milžinės, tokios kaip Saturnas ir Jupiteris bei dar masyvesnės, gyvenimo pradžioje kurį laiką galėjo būti apgaubtos supertankiu vandens garų apvalkalu. Toks įdomus rezultatas gautas apskaičiavus, kaip augant planetai turėtų keistis jos atmosferos sudėtis. Planetos auga prisijungdamos įvairaus dydžio uolienas, o šios yra sudarytos iš mineralų - ir tvirtų, tokių kaip olivinas, ir lakių, tokių kaip vandens ledas. Vanduo sukuria vandenyną planetos paviršiuje ir gali lengvai išgaruoti bei papildyti atmosferą. Tokios sąlygos augančioje planetoje egzistuoja, kol jos masė siekia nuo 8 iki 16 procentų Žemės masės. Planetai augant toliau, atmosferos slėgis irgi auga, o kartu kyla ir temperatūra. Vandenynas ima garuoti vis sparčiau, kol galiausiai vanduo pasiekia kritinę būseną - dujinė ir skysta fazės susilieja į vieną. Toks garinis pasaulis auga tolygiai, kol branduolio masė kelis kartus viršija Žemės masę. Tada prasideda nebesustabdoma vis greitėjančio augimo fazė - planetos gravitacija ima vis sparčiau ryti medžiagą iš protoplanetinio disko, kol galiausiai aplink ją nebelieka medžiagos. Šitaip planeta gali užaugti iki dujinės milžinės, kaip kad 300 kartų už Žemę masyvesnis Jupiteris. Tiesa, nežinia, ar toks modelis tinka Jupiteriui, bet Juno zondo duomenys, rodantys, kad Jupiterio branduolys yra didelio tūrio ir mažo tankio, atitinka modelio prognozes. Labai jaunose planetų sistemose garines planetas galima būtų aptikti išmatavus jų spektrus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gyvybės pėdsakai atmosferose. Gyvybei tinkamos planetos greičiausiai turi atmosferas, kuriose turbūt yra vandens garų, taip pat gali būti kažkiek deguonies ir azoto. Tai nėra duotybės, bet bent jau žemiška gyvybė be šių komponentų yra neįmanoma. Taigi vienas iš būdų nustatyti, ar egzoplaneta yra tinkama gyvybei arba netgi turi gyvybės, yra šių dujų paieška. Tačiau aptikti tokias molekules yra sudėtinga, nes jos spinduliuoja labai silpnai. Dabar pasiūlytas alternatyvus metodas, kuris remiasi planetos atmosferos sąveika su žvaigždės vėju. Saulės masės žvaigždės jaunystėje yra gerokai aktyvesnės, nei Saulė, o mažesnės žvaigždės išlieka aktyvios ir didelę savo gyvenimo dalį. Taigi planetos prie mažų žvaigždžių dažnai kenčia nuo žvaigždžių žybsnių ir vainikinės masės išmetimų. Žvaigždės vėjo pliūpsniai, pasiekę planetos atmosferą, suardo ten esančias molekules, o išlaisvinti atomai tada ima formuoti naujas. Taip atmosferoje kurį laiką susidaro nemaži kiekiai azoto oksido, hidroksilo ir kitų trumpalaikių junginių. Šie junginiai skleidžia ir sugeria spinduliuotę daug stipriau, nei ilgalaikės molekulės, taigi ir aptikti juos, bendrai paėmus, yra daug paprasčiau. Be to, net ir ilgalaikės molekulės, pavyzdžiui deguonis, paveiktos žvaigždės vėjo yra sužadinamos ir ima spinduliuoti intensyviau, nei įprastai. Tokios stipriai švytinčios ir sugeriančios spinduliuotę molekulės, pavadintos "atmosferiniais švyturiais", leistų daug paprasčiau nustatyti planetos atmosferos sudėtį ir jos tinkamumą gyvybei. Bent jau panašiai į esančią Žemėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Scientific Reports.

***

Toro šalmo ūkas (NGC 2359). Šaltinis: Adam Block, Mt. Lemmon SkyCenter, University of Arizona

Savaitės paveiksliukas, manykime, yra naujausio Marvelio filmo proga. Toro Šalmu pavadintą ūką kuria masyvi žvaigždė, beveik baigusi savo trumpą, vos kelis milijonus metų trukusį, gyvenimą. Jos vėjas stumia aplinkines dujas ir jas įkaitina, todėl jos ima švytėti įvairių bangos ilgių spinduliuotę. Mėlyną šviesą skleidžia deguonies atomai.

***

Juodosios skylės galaktikų pakraščiuose. Juodųjų skylių poros, susijungdamos skleidžiančios gravitacines bangas, gali gausiai egzistuoti spiralinių galaktikų pakraščiuose. Tokia gana netikėta išvada gauta palyginus šią aplinką su nykštukinėmis galaktikomis. Jau seniai žinoma, kad nykštukinėse galaktikose turėtų būti daugiau juodųjų skylių porų (bent jau skaičiuojant galaktikos masės vienetui), nei didelėse. Taip yra todėl, kad nykštukinėse galaktikose yra mažiau metalų (taip vadinami visi už helį sunkesni elementai), o nemetalingoje aplinkoje gali lengviau formuotis masyvios dvinarės žvaigždės, kurių narės yra labai arti viena kitos. Būtent tokios žvaigždės numirdamos palieka juodąsias skyles, kurios gali susilieti greičiau, nei per Visatos amžių. Taip pat nykštukinėse galaktikose apskritai žvaigždžių formavimasis yra mažiau efektyvus, o tai irgi leidžia formuotis masyvesnėms žvaigždėms, nei intensyviai žvaigždes formuojančiose didelėse galaktikose. Panašios sąlygos aptinkamos ir masyvių spiralinių galaktikų diskų pakraščiuose. Taigi gali būti, kad ten irgi yra daug dvinarių juodųjų skylių. Tyrimo autoriai, išnagrinėję stebėjimų ir skaitmeninių modelių rezultatus, teigia, kad gravitacinių bangų signalai iš spiralinių galaktikų pakraščių turėtų atsklisti panašiai dažnai, kaip ir iš nykštukių. Šį modelį patikrinti bus galima jau artimiausiais metais, kai bus surinkta duomenų apie galaktikas, iš kurių atsklinda gravitacinių bangų signalai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dulkėti aktyvūs branduoliai. Aktyviuose galaktikų branduoliuose esančių supermasyvių juodųjų skylių masės dažnai matuojamos įvertinant aplink jas lakstančių jonizuotų dujų debesų orbitų dydžius. Žinodami orbitos dydį ir debesies greitį - o pastarąjį išmatuoti yra ganėtinai paprasta - galime apskaičiuoti ir masę. Tačiau čia kyla didelė problema: nėra visuotinai priimto būdo nustatyti, kokia to jonizuoto debesies orbitos forma - apskritiminė ar pailga. Kad tą žinotume, reikėtų žinoti, iš kur šie debesys atsiranda. Dabar pasiūlytas jų kilmės modelis. Jis remiasi kitu galaktikų centrų komponentu - toru, kuris supa juodąsias skyles kelis ar keliolika kartų didesniu atstumu, nei jonizuoti debesys. Torą sudaro šalti dulkėtų dujų telkiniai. Kartais jie dėl tarpusavio sąveikų gali nulėkti artyn prie juodosios skylės. Tokį debesį juodosios skylės gravitacija ištampo ir išardo, o jį sudariusios dujos yra jonizuojamos. Dalis tų dujų įkrenta į juodąją skylę, dalis nusistovi daugmaž apskritose orbitose, o dalis yra išmetama tolyn. Modelis leidžia prognozuoti dujų skleidžiamos spinduliuotės spektro linijų formas - gauti rezultatai puikiai atitinka stebėjimų duomenis. Žinodami, kokiomis orbitomis juda jonizuotos dujos prie juodosios skylės, mokslininkai galės daug tiksliau įvertinti jų mases. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Paslaptingai suaktyvinta galaktika. Galaktika NGC 1068 yra labai aktyvi - jos centre esanti dešimt milijonų kartų už Saulę masyvesnė juodoji skylė sparčiai ryja medžiagą, o ta savo ruožtu spinduliuoja ypatingai didelius energijos kiekius. Tačiau visos kitos galaktikos savybės rodo ją esant niekuo neišskirtine spiraline galaktika. Nematyti jokių aiškių galaktikų susiliejimo požymių, o būtent susiliejimai įprastai laikomi atsakingais už tokio galaktikų aktyvumo sukėlimą. Prieš beveik 20 metų iškelta hipotezė, kad aktyvumą sukėlė maža palydovinė galaktika, įkritusi į NGC 1068 prieš kelis milijardus metų; tokio susiliejimo pėdsakai jau galėjo pranykti. Dabar ši hipotezė patvirtinta, pasinaudojus labai detaliais Subaru teleskopo stebėjimais. Stebėjimai atskleidė kelis blausius objektus ir juostas aplink galaktiką - tai greičiausiai yra bangos, sukeltos būtent nykštukinės palydovinės galaktikos įkritimo. Tokios bangos matomos skaitmeniniuose modeliuose kaip paskutinis nedidelių galaktikų susiliejimų pėdsakas. Šie rezultatai parodo, kad mažos galaktikos, susiliedamos su didelėmis, irgi gali turėti reikšmingą įtaką pastarųjų aktyvumui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Seniausia spiralinė galaktika. Visatos jaunystėje galaktikos buvo labai netvarkingos, pilnos masyvių dujų telkinių, lakstančių įvairiomis orbitomis. Laikui bėgant dalis jų nusistovėjo į diskines struktūras, kitos virto elipsinėmis. Dabar aptikta tolimiausia spiralinė galaktika - jos atvaizdą matome tokį, kokia ji buvo kiek daugiau nei prieš 11 milijardų metų, kai Visatos amžius buvo tik apie 2,5 milijardo. Tai yra vos antra žinoma spiralinė galaktika, kurios šviesa iki mūsų keliauja daugiau nei 10 milijardų metų. Šios galaktikos savybės yra labai įdomios ir tarpinės tarp įprastų tam laikmečiui ir dabartinių spiralių. Žvaigždės joje formuojasi 22 Saulės masių per metus sparta, bendra žvaigždžių masė siekia beveik 10 milijardų Saulės masių, o charakteringas dydis šiek tiek viršija 2,5 kiloparseko. Tokie parametrai atitinka kitų to laikmečio panašios masės galaktikų savybes. Tačiau šioje spiralinėje galaktikoje dujos juda labai tvarkingai: sukasi diske 200 km/s greičiu, o greičių sklaida - žvaigždžių judėjimo įvairiomis kryptimis tipinis greitis - siekia tik apie 20 km/s. Tokios savybės būdingos šiandieninių galaktikų diskams. Žinant vos dvi spiralines galaktikas, sudėtinga pasakyti, kodėl jų savybės yra būtent tokios, tačiau netrukus į orbitą kilsiantis James Webb kosminis teleskopas turėtų aptikti dešimtis panašių galaktikų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pastaraisiais metais keletą kartų buvo pranešta, jog pagaliau pavyko atrasti "trūkstamą pusę Visatos medžiagos". Čia nekalbama apie tamsiąją medžiagą - Visatoje trūksta ir pusės regimosios medžiagos. Apie tai, iš kur žinome apie jos trūkumą ir kaip ta paslaptinga medžiaga buvo atrasta, žiūrėkite savaitės filmuke iš PBS SpaceTime programos.

***

Štai ir visos žinios apie lapkričio pradžią. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *