Kąsnelis Visatos CCCIII: Vibracijos

Drebėjimai Veneroje, makalynė tarp Neptūno palydovų, gravitacinių bangų signalai – praėjusios savaitės naujienose daug įvairių vibracijų. Dar tarp jų rasite Saulės aktyvumo ciklų analizę, Plutono paviršiaus temperatūros skaičiavimus ir žvaigždžių formavimąsi labai tolimose galaktikose. Ir dar šio to. Gero skaitymo!

***

Vienodi Saulės minimumai. Mūsų Saulė gyvena 11 metų ciklu, kurio metu patiria aktyvumo maksimumą ir minimumą. Maksimumo metu Saulėje matome žymiai daugiau dėmių, ji dažniau spjaudo žybsnius ir išmetinėja medžiagą. Minimumo metu žvaigždė yra gerokai ramesnė. Skirtumai atsiranda dėl nevienodai susisukusio magnetinio lauko, tačiau detalesnio jų priežasties paaiškinimo kol kas neturime. O turėti reikėtų, nes Saulės aktyvumas gali pakenkti Žemei ir žmonijai. Dabar pristatyti nauji beveik 60 metų trukusių stebėjimų duomenys, kurie parodo, jog Saulės aktyvumo minimumas bent pastaruosius penkerius ciklus yra visiškai vienodas. Minimumą išmatuoti galima įvairiai, šiame tyrime pasirinktas mikrobangų spinduliuotės intensyvumas. Tai yra pirmas atvejis, kai Saulės intensyvumo kitimas tiek ilgai sekamas kitu būdu, nei skaičiuojant dėmes jos paviršiuje. Mikrobangos sklinda iš Saulės atmosferos srities, esančios virš chromosferos; šie rezultatai parodo, kad Saulės atmosferos struktūra kiekvieno minimumo metu nusistovėdavo tokia pati. Taip pat tai reiškia, kad nepriklausomai nuo maksimumo metu susidarančių skirtingų magnetinio lauko struktūrų, minimumo metu magnetinio lauko išlaisvinama energija, kaitinanti atmosferą, yra vienoda. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Saulės nuotraukos, nuo paviršiaus iki viršutinių atmosferos sluoksnių. Šaltinis: NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory
Saulės nuotraukos, nuo paviršiaus iki viršutinių atmosferos sluoksnių. Šaltinis: NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory

Savaitės paveiksliukas - Saulės nuotraukų montažas. Visos nuotraukos darytos orbitine Saulės dinamikos observatorija (SDO). Kairiojoje matome regimųjų spindulių vaizdą - Saulės paviršių. Tolesnės nuotraukos rodo vis kitokį ultravioletinių spindulių vaizdą, atskleidžiantį, kaip skiriasi įvairių atmosferos struktūrų temperatūra. Saulės paviršiaus temperatūra yra apie 5700 laipsnių Celsijaus, o vainiko viršuje siekia virš milijono laipsnių. Kodėl temperatūra išauga, tolstant nuo Saulės paviršiaus, kol kas nėra iki galo aišku.

***

Kosminiai plazmos tornadai. Kai Žemę pasiekia stiprus Saulės vėjas, šiek tiek energingų dalelių prasiveržia pro mus saugančią magnetosferą - šitai galima paaiškinti magnetosferos ir Saulės vėjo magnetinių linijų susivijimu. Bet net kai vėjas yra silpnas ir susivijimas nevyksta, energingos dalelės vis tiek patenka į Žemės atmosferą, nors ir ne taip sparčiai. Dabar pristatyti skaitmeniniai modeliai, paaiškinantys šį efektą. Pasirodo, Saulės vėjas, judantis abipus magnetosferos, suformuoja įmagnetintos plazmos sūkurius, vadinamus Kelvino-Helmholco bangomis. Tokios bangos stebimos daug kur Visatoje - tai yra ir vėjo sukeltos bangos vandens paviršiuje, ir iš arbatinio besiveržiančio garo tumulai. Sumodeliuoti jas skaitmeniškai yra ypatingai sudėtinga, tačiau naudodamiesi vienu galingiausių superkompiuterių pasaulyje, tyrėjai sugebėjo tą padaryti. Nustatyta, kad aplink Žemę formuojasi dviejų dydžių bangos - 15 tūkstančių kilometrų ir 200 kilometrų ilgio. Jos paspartina energingų dalelių pernašą iš Saulės vėjo į Žemės aplinką. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Veneros drebėjimų aidas. Venera neturi tektoninių plokščių, tačiau jos gelmėse taip pat vyksta drebėjimai. Norėdami išsiaiškinti jų priežastis bei panaudoti jų teikiamą informaciją planetos gelmėms tirti, pirmiausiai turime sugebėti užfiksuoti pačių drebėjimų skleidžiamus signalus. Signalai turėtų sklisti ne tik planetos pluta, bet ir atmosferoje, taigi juos galėtų fiksuoti aukštai virš planetos paviršiaus sklandantis zondas. Toks zondas, kybantis 55 km aukštyje, būtų apsuptas žemiško slėgio ir temperatūros atmosferos, taigi galėtų dirbti ilgą laiką, priešingai nei į Veneros paviršių siunčiami zondai, kurių elektronika sugenda vos per keletą valandų. Be to, tokiame aukštyje pro atmosferą dar prasiskverbia nemažai Saulės šviesos, taigi zondas galėtų naudotis Saulės elementais. Praeitame amžiuje Sovietų sąjunga į Venerą buvo nusiuntusi keletą zondų su balionais, kurie sėkmingai dirbo po keletą dienų, kol išsikrovė jų baterijos. Pailginus veikimo laiką iki mėnesių ar metų, tokie zondai galėtų būti labai naudingi tyrinėjant šią planetą. Veneros paviršiuje atmosferos slėgis atitinka slėgį Žemės vandenynuose kilometro gylyje po vandeniu, temperatūra siekia daugiau nei 400 laipsnių Celsijaus, o ją sudarantys junginiai ypatingai greitai ardo bet kokią elektroniką ir metalines detales, taigi paviršių tyrinėti zondais labai sudėtinga.

***

Savaitės filmukas – irgi apie Venerą. Tiksliau apie tai, kaip galėtų atrodyti šios planetos kolonzavimas. Kartu tai yra viso YouTube kanalo reklama: Isaac Arthur išsamiai ir nuodugniai pasakoja apie tokius fantastiškus ir fantastinius dalykus, kokių turbūt pavydėtų daugelis rašytojų. Kolonijos kitose planetose ir prie kitų žvaigždžių, dirbtinis intelektas, megastruktūros, nežemiška gyvybė, egzotiškos technologijos... Daugiau nei šimtas filmukų, ir po naują įkeliama kiekvieną savaitę. Gero žiūrėjimo!

***

Neptūno palydovų sukrėtimas. Uranas ir Neptūnas yra gana panašios planetos - ir mase, ir chemine sudėtimi, ir paviršiaus temperatūra. Tačiau jų palydovų sistemos skiriasi kaip diena ir (vasarvidžio) naktis: Uranas turi 27 įvairios masės palydovus, o Neptūnas - tik 13, tarp kurių dominuoja už kitus gerokai didesnis Tritonas. Dabar pristatyti skaitmeninių modelių rezultatai, paaiškinantys, kaip tokia Neptūno sistema galėjo susiformuoti. Modeliai remiasi seniai iškelta ir daugmaž visuotinai priimta hipoteze, kad Tritonas yra pagautas Kuiperio žiedo kūnas, t.y. jis susiformavo atskirai nuo Neptūno ir prie šio priartėjo bei aplink jį suktis ėmė kažkada vėliau. Hipotezė iškelta siekiant paaiškinti neįprastą Tritono orbitą - ji pasvirusi beveik 30 laipsnių kampu į kitų Neptūno palydovų orbitų plokštumas, be to, Tritonas aplink Neptūną sukasi priešinga kryptimi, nei kiti palydovai. Tokio sukimosi neįmanoma paaiškinti standartinėmis formavimosi teorijomis, kurios teigia, kad palydovai ir planeta formuojasi vienu metu, taigi ir suktis turėtų ta pačia kryptimi. Naujajame tyrime skaitmeniškai sumodeliuota Neptūno palydovų sistemos evoliucija, į ją įsibrovus Tritonui. Daugiau nei dviem šimtais modelių ištirtos galimos sistemos konfigūracijos ir nustatyta, kad palydovų sistema, panaši į Urano, turi daugiausiai šansų tapti tokia, kokią matome dabar. Jei pradinė Neptūno palydovų sistema būtų daug masyvesnė, dabar joje būtų išlikę gerokai daugiau, nei 12 originalių palydovų, o jei būtų mažesnės masės, tai Tritono orbita gerokai skirtųsi nuo dabartinės. Tritonas, sąveikaudamas su originaliais palydovais, dalį jų išmetė iš sistemos, dalies orbitas šiek tiek pakeitė, o kartu ir pats nusistovėjo dabartinėje orbitoje, kuri yra beveik apskritiminė. Tik įlėkęs į sistemą, Tritonas turėjo skrieti labai ištęsta orbita, taigi šis modelis paaiškina ir jo orbitos pokyčius. Šie rezultatai geriau padės suprasti sąveikas tarp dangaus kūnų Kuiperio žiede ir jo prieigose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Plutono paviršiaus temperatūra. Plutoną gaubianti migla, pasirodo, nykštukinę planetą ne šildo, o šaldo. Atmosferos sudėtimi paremti skaičiavimai prognozuoja, kad planetos temperatūra turėtų būti apie 100 kelvinų (-173 laipsniai Celsijaus), arba 55 kelvinais aukštesnė, nei būtų be atmosferos. Tačiau New Horizons stebėjimų duomenys rodo ką kita - Plutono paviršiaus temperatūra siekia vos 70 kelvinų (-203 Celsijaus). Dabar pasiūlytas paaiškinimas, kodėl taip yra. Plutono atmosferoje yra daug kietų mikroskopinių dalelių, sudarančių miglą. Šios dalelės sugeria infraraudonąją spinduliuotę ir išspinduliuoja ją atgal į kosmosą, taip sukeldamos tarsi atvirkštinį šiltnamio efektą. Dalelių atspindimą infraraudonąją spinduliuotę turėtų aptikti James Webb kosminis teleskopas, į kosmosą išskrisiantis jau ateinančiais metais. Tai leis patikrinti šią hipotezę ir geriau suprasti, kaip veikia Plutono atmosfera. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Dvi ekstremalios egzoplanetos. Praeitą savaitę, kaip jau įprasta, paskelbta keletas naujų egzoplanetų atradimų. Pirmasis – HD 76920b; tai yra planeta su labiausiai ištempta orbita, kokią esame aptikę prie žvaigždės-milžinės. Žvaigždė HD 76920 jau baigia savo gyvenimą ir išsipūtė į milžinę, o planeta arčiausiai prie jos priartėja maždaug per keturis žvaigždės spindulius. Didžiausias nuotolis nuo žvaigždės – net septynis kartus didesnis. Planetos masė bent keturis kartus viršija Jupiterio. Nepanašu, kad toje sistemoje būtų daugiau masyvių objektų, taigi planeta tokią orbitą įgavo susidūrimo ar artimo prasilenkimo su kitu objektu metu, o ne lėtomis ilgai trukusiomis sąveikomis su kaimynėmis. Per artimiausius 100 milijonų metų žvaigždė planetą suardys ir praris. Tyrimo rezultatai arXiv.

Kita naujiena susijusi su seniai žinoma ir daug nagrinėta egzoplaneta Vėžio 55e. Kurį laiką buvo manoma, kad ji sudaryta iš deimanto, vėliau – kad jos paviršių dengia lavos sluoksnis. Dabar naujas skaitmeninis modelis parodė, kad lavos paviršiuje greičiausiai nėra, tačiau ši egzoplaneta turėtų turėti tankią, šiek tiek tankesnę nei Žemės, atmosferą. Naudodamiesi Spitzer kosminio teleskopo surinktais duomenimis, mokslininkai išanalizavo, kaip sparčiai planetoje perskirstoma iš žvaigždės gaunama šiluma. Gautas rezultatas parodė, kad ji perskirstoma labai sparčiai, o lavos tėkmės to padaryti negalėtų. Sparčiau energiją perskirstyti gali tik atmosferos sluoksnių judėjimas, taigi planeta turėtų turėti atmosferą. Naudotas analizės metodas ateityje galės būti taikomas daugybės kitų egzoplanetų tyrimams. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Besitraukianti baltoji nykštukė. Baltosios nykštukės yra žvaigždžių, kurių masė neviršija aštuonių Saulės masių, liekanos, atsirandančios žvaigždei baigus savo gyvenimą ir susitraukus iki maždaug Žemės dydžio objekto. Dabar pirmą kartą aptikta baltoji nykštukė, kurios dydis laikui bėgant mažėja. Teoriniai modeliai jau seniai prognozavo, kad per pirmuosius kelis milijonus metų po susidarymo baltosios nykštukės turėtų elgtis būtent taip, bet šių prognozių nebuvo įmanoma patikrinti dėl dviejų priežasčių. Pirma - sunku tiksliai nustatyti nykštukės spindulį; antra - žinomos nykštukės dažniausiai yra gerokai senesnės, nei keli milijonai metų. Bet stebint dvinarę sistemą, sudarytą iš baltosios nykštukės ir mažos pagrindinės sekos (t.y. dar nemirusios) kompanionės, pastebėta, kad nykštukė sukasi vis sparčiau. 20 metų trukę stebėjimai parodė, kad žvaigždės sukimosi periodas mažėja labai tolygiai - maždaug po 7 nanosekundes per metus. Tokį pokytį paaiškinti vien iš kompanionės prisijungiama medžiaga neįmanoma. Tyrimo autoriai teigia, kad vienintelis adekvatus paaiškinimas - nykštukės traukimasis. Nykštukės amžius turėtų būti apie 2 milijonus metų. Šie rezultatai patvirtina teorinę prognozę ir leis vis detaliau nagrinėti nykštukių evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Magnetaro čiurkšlė. Įprastai manoma, kad stiprus magnetinis laukas neleidžia neutroninėse žvaigždėse formuotis medžiagos čiurkšlėms. Iki šiol stebėjimai tokį teiginį patvirtino – santykinai silpną magnetinį lauką turinčios neutroninės žvaigždės būdavo randamos su čiurkšlėmis, o stipriai įmagnetintos – ne. Bet dabar pirmą kartą aptikta radijo bangų spinduliuotė, sklindanti iš ypatingai stiprų magnetinį lauką turinčios neutroninės žvaigždės. Radijo bangas greičiausiai skleidžia čiurkšlė, kuri greičiausiai susidaro, kai neutroninė žvaigždė prisitraukia greta esančios žvaigždės medžiagą ir ją įgreitina. Nors čiurkšlės egzistavimas dar nėra vienareikšmiškai įrodytas, vis tiek tai yra labai įdomus rezultatas, verčiantis permąstyti stiprių magnetinių laukų poveikį plazmos srautams. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių formavimasis senovėje. Aplinkinėje Visatoje žvaigždės formuojasi keleto parsekų skersmens tankių dujų regionuose. Tuo tarpu tolimose galaktikose, kurias matome tokias, kokios jos buvo prieš dešimt milijardų ir daugiau, žvaigždėdara vyksta tūkstančius parsekų apimančiuose gigantiškuose telkiniuose. Bent jau taip atrodo, stebint tų galaktikų atvaizdus. Jei toks skirtumas tikrai egzistuoja, kyla klausimas, ar prieš 10 milijardų metų žvaigždėdarą valdė kitokie procesai, nei dabar. Tačiau stebėjimų duomenys nebūtinai yra teisingi – juos riboja, pavyzdžiui, teleskopo skiriamoji geba. Dabar atliktas tyrimas, kuriame išanalizuota vienos labai tolimos galaktikos struktūra, matoma skirtingai padidintuose gravitacinio lęšio atvaizduose. Skirtingi atvaizdai leido tą pačią galaktiką nagrinėti ir 30 parsekų, ir kiloparseko skiriamąja geba. Nustatyta, kad prasta skiriamąja geba gaunami vaizdai nulemia labai reikšmingą žvaigždes formuojančių regionų dydžio ir masės pervertinimą. Geriausios skyros atvaizduose nustatyti žvaigždėdaros regionai yra šimtą kartų mažesni, nei manyta anksčiau. Taigi ir senovėje žvaigždės formavosi panašiuose regionuose, kaip ir dabar, tiesiog tų regionų buvo gerokai daugiau, nes galaktikose buvo daugiau dujų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Gravitacinių bangų perspektyvos. Kol kas aptikti gravitacinių bangų signalai sklinda iš žvaigždinės masės - keliolika ar keliasdešimt kartų už Saulę masyvesnių - juodųjų skylių susiliejimų. Supermasyvių juodųjų skylių susijungimas paskleistų daugybę kartų stipresnes gravitacines bangas, tačiau jų svyravimų periodas yra žymiai ilgesnis, todėl antžeminiai detektoriai aptikti tų bangų neturi galimybės. Šiuo metu kuriamas kosminis detektorius LISA, bet jis darbą pradės ne anksčiau nei 2034 metais. Šiuo metu vienintelis būdas aptikti supermasyvių juodųjų skylių susiliejimų gravitacines bangas - stebėti jų poveikį pulsarams - jų signalai mus pasiekia tiksliai vienodais intervalais, taigi bet koks erdvės išsikreipimas šį intervalą pakeistų ir galėtų būti aptiktas. Pulsarų laiko matavimo masyvas (Pulsar Timing Array) yra trijų teleskopų tinklas, skirtas būtent šiam tikslui. Praeitą savaitę pristatyti skaičiavimai, rodantys, kad supermasyvių juodųjų skylių susiliejimo signalą jis turėtų aptikti ne vėliau, kaip per dešimt metų. Skaičiavimai remiasi stebėjimų duomenimis, rodančiais aplinkinių galaktikų savybes, ir skaitmeniniais modeliais, nurodančiais galaktikų ir juodųjų skylių tikėtiną susiliejimų dažnį. Taip apskaičiuota, kad aplinkinėje Visatoje yra beveik šimtas gravitacinių bangų šaltinių, o per artimiausius 10 metų bent vieno jų signalas turėtų praeiti tarp mūsų ir kažkurio stebimo pulsaro. Jei gravitacinių bangų per dešimtmetį aptikti nepavyks, tai gali reikšti, kad supermasyvių juodųjų skylių susiliejimai vyksta gerokai rečiau, nei tikėtasi. Gali būti, kad jos suartėja tik iki maždaug vieno parseko nuotolio, o toliau artėja tik spinduliuodamos gravitacines bangas (bet tokias silpnas, kad aptikti jų neįmanoma). Pastarasis procesas yra toks lėtas, kad susilieti joms prireiktų didesnio laiko tarpo, nei dabartinis Visatos amžius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *