Kąsnelis Visatos CCCXII: Navigacija

Maždaug šiandien sueina šešeri metai, kai pradėjau rašyti Visatos kąsnelius. Greitai bėga laikas, sakyčiau. Praėjusios savaitės naujienų dešimtuke rasite lazeriais šaudomų kosminių šiukšlių ir įgreitinamų pavojingų dalelių, naujoviškos navigacijos kosmose, šį tą apie neutronines žvaigždes, ir dar šio to. Kaip visada, gero skaitymo!***

Šiukšles šluosim lazeriu. Šiuo metu orbitoje aplink Žemę šiukšlių tik daugėja. 2013 metais NASA įvertino, kad jų ten yra apie pusę milijono, ir bent 20 tūkstančių yra didesnės už teniso kamuoliuką. Daugumos šiukšlių neįmanoma stebėti – jos yra tiesiog per mažos. Taigi vis ieškoma būdų, kaip jas būtų galima pašalinti iš orbitos – numetant į atmosferą sudegti, sutraukiant į „dulkių siurblius“ ar išstumiant tolyn nuo Žemės. Dabar grupė mokslininkų pristatė skaičiavimus, kaip mažas šiukšles būtų galima pašalinti lazerio spinduliuote. Orbitoje skraidantys lazeriai, šaudantys į pro šalį skrendančias mažas šiukšles, galėtų nustumti jas arčiau Žemės, kur jos sudegtų atmosferoje. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad toks metodas tikrai gali veikti, tačiau tam reikėtų daug lazerių, mat stūmimasyra tuo efektyvesnis, kuo panašesnės lazerio ir šiukšlės orbitos. Tyrimo rezultatai publikuojami Optik.

***

Navigacija pagal pulsarus. Pulsarai – labai reguliariai žybsinčios neutroninės žvaigždės – jau seniai įvardijami kaip galimos tarpplanetinės ar tarpžvaigždinės navigacijos priemonės. Dabar pirmą kartą tokia galimybė išbandyta praktiškai – Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) sėkmingai atliktas eksperimentas, kurio metu stoties padėtis erdvėje sekta labai tiksliai, nežiūrint į Žemę. TKS pernai birželį įrengtas instrumentas NICER, turintis 52 rentgeno teleskopus, skirtus neutroninėms žvaigždėms stebėti. Nuo lapkričio jame vykdomas navigacijos eksperimentas, kurio metu sekamos keturių labai greitai žybsinčių pulsarų padėtys danguje. Per aštuonias valandas stoties padėtis buvo nustatyta su vos 16 kilometrų paklaida, o truputį geriau apdorojus duomenis ją buvo galima sumažinti ir iki 5 km. Ateityje analogiška sistema, tik su mažiau teleskopų, padės erdvėlaiviams orientuotis kosmose toli nuo Žemės. Tyrimo rezultatai pristatyti Amerikos astronomų sąjungos susitikime.

***

Saulės masės pokyčiai. Laikui bėgant, Saulė po truputį netenka masės. Šiek tiek išspinduliuoja, šiek tiek išpučia vėju – teoriniai skaičiavimai rodo, kad per visą 10 milijardų metų gyvenimą turėtų prarasti apie dešimtadalį procento pradinės masės. Dabar pirmą kartą masės netekimo sparta išmatuota stebint ne pačią Saulę, bet kintančios jos masės poveikį planetų, konkrečiai Merkurijaus, orbitoms. Pasinaudoję Merkurijaus stebėjimais iš Žemės bei MESSENGER zondo, 2011-2015 metais sukusio ratus aplink jį, komunikacijų duomenimis, mokslininkai nustatė, kad Saulė masės netenka šiek tiek lėčiau. Pagal šiuos skaičiavimus, Saulė per gyvenimą turėtų netekti maždaug 0,06% masės. Rezultatas atitinka anksčiau gautus įvertinimus, skaičiuojant Saulės vėjo ir spinduliuotės išnešamą masę. Skaičiavimai taip pat leido tiksliau nei bet kada anksčiau įvertinti galimą gravitacinės konstantos kitimo spartą. Šis dydis taip pat gali šiek tiek kisti, nors kol kas visi skaičiavimai rodo, kad jis greičiausiai tikrai yra konstanta. Pagal naujausius skaičiavimus gravitacinė konstanta per visą Visatos amžių galėjo pakisti ne daugiau nei 0,05%. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Gyvybės Marse paieškos. Jeigu Marse yra gyvybės, ją aptikti tikrai nebus lengva. Šiuo metu įprastai mikroorganizmai aptinkami laboratorijose, į kurias atsiunčiami tyrimų vietose paimti mėginiai. Analogiškai planuojama elgtis ir Marso tyrimų atveju – mėginiai iš Raudonosios planetos būtų siunčiami į Žemę ir tiriami laboratorijose. Tačiau dabar pirmą kartą pademonstruota, jog mikroskopines gyvybės formas aptikti įmanoma ir vietoje, nenaudojant masyvios aparatūros. Tam panaudotas miniatiūrinis DNR sekvenavimo prietaisas; technologija išbandyta Kanados arktinėse teritorijose, beveik 80 laipsnių šiaurės platumos. Tokia vieta pasirinkta neatsitiktinai – temperatūra ir amžinasis įšalas daro ją panašią į Marso paviršių. Ateityje tokią technologiją bus galima panaudoti ne tik Marse, bet ir Europos ar Encelado vandenynų tyrimams. Tyrimo rezultatai publikuojami Frontiers in Microbiology.

***

Apie gyvybės paieškas kalbama ir savaitės filmuke. Fraseris Cainas pasakoja apie ledines planetas ir jose esančius vandenynus, bei kaip ten būtų įmanoma aptikti gyvybės pėdsakų:

***

Jūros lygis Titane. Žemėje visos jūros ir vandenynai turi bendrą paviršiaus aukštį – jūros lygį. Jis maždaug atitinka ekvipotencialinį paviršių, t. y. formą, kurią įgytų idealus Žemės dydžio vandens lašas, veikiamas Žemės gravitacinio lauko. Dabar paaiškėjo, kad analogiškas jūros lygis egzistuoja ir Saturno palydove Titane. Pasibaigus Cassini misijai, mokslininkai surinko visus Titano stebėjimų duomenis ir iš jų sukūrė detaliausią Titano paviršiaus žemėlapį. Nors tik 9% Titano paviršiaus nuskanuoti aukštos raiškos radaro signalais, iš jų ir dar 25-30% paviršiaus mažesnės raiškos nuotraukų pavyko interpoliuoti gana gerą vaizdą. Iš jo paaiškėjo, kad Titanas yra labiau suplotas, nei manyta iki šiol – tai reiškia, kad jo ledinė pluta yra minkštesnė, nei manyta. Taip pat paaiškėjo, kad daugumos didelių skysčio telkinių paviršiai yra vienodame aukštyje, o tai reiškia, kad jie susisiekia tarpusavyje. Kai kurie maži ežerai yra gerokai aukščiau už šį jūros lygį, taigi yra izoliuoti. Tokie tyrimai praplečia supratimą apie ekosistemų įvairovę kituose dangaus kūnuose. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters: pirmas straipsnis ir antras.

***

Keistuolė Saulės sistema. Kadaise galvojome, kad visos planetų sistemos turėtų būti panašios į Saulės – arti žvaigždės išsidėsčiusios uolinės planetos, toli – dujinės milžinės. Jau pirmieji egzoplanetų atradimai šią iliuziją sugriovė, o kuo toliau, tuo darosi aiškiau, kad Saulės sistema, lyginant su kitomis, yra neįprasta. Dabar pristatyta analizė, dar vienu aspektu patvirtinanti Saulės sistemos kitoniškumą. Pasirodo, kitose planetų sistemose visos planetos yra panašaus dydžio, taip pat panašūs gretimų planetų orbitų periodų santykiai. Tuo tarpu Saulės sistemoje yra visiškai kitaip: didžiausios ir mažiausios planetų spinduliai skiriasi apie 30 kartų, orbitų periodų santykiai irgi labai įvairūs. Kitos įdomios egzoplanetų sistemų savybės – planetų periodų santykiai didesni ten, kur pačios planetos yra didesnės; atstumai tarp planetų orbitų dažniausiai yra apie 20 kartų didesni už zonas, kuriose dominuoja tų planetų gravitacija. Nagrinėjant planetų poras, toliau nuo žvaigždės esanti planeta dažniau yra didesnė už artesnę, nei atvirkščiai. Šie rezultatai padės geriau suprasti egzoplanetų formavimosi scenarijus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Neutroninių žvaigždžių riba. Neutroninės žvaigždės – 8-10 kartų už Saulę masyvesnių žvaigždžių liekanos – pačios yra maždaug 2 kartus masyvesnės už Saulę. Minimali jų masė turėtų būti apie 1,4 Saulės masės, mat mažesnės žvaigždės virsta baltosiomis nykštukėmis. Viršutinė masės riba ilgą laiką skaičiuota tik teoriškai. Bet dabar, po gravitacinių bangų signalo GW170817 atradimo, skaičiavimus galima patikrinti ir naudojant stebėjimų duomenis. Žinodami, kad neutroninėms žvaigždėms susiliejus atsirado juodoji skylė, mokslininkai apskaičiavo maksimalią įmanomą neutroninės žvaigždės masę. Nustatyta, kad ji yra apie 2,5 Saulės masės. Tai taip pat leidžia nustatyti ir maksimalią nesisukančios neutroninės žvaigždės masę, kuri yra apie 2,1 Saulės masės. Šie rezultatai gerai atitinka naujausius teorinius skaičiavimus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dulkių formavimasis supernovose. Tarpžvaigždinėje terpėje yra nemažai dulkių, kurios sudarytos iš įvairių anglies ir silicio junginių. Kai kurios dulkės formuojasi supernovų liekanose, o dabar pirmą kartą labai tiksliai išmatuota, kiek laiko praeina nuo supernovos sprogimo iki silicio karbido dulkių formavimosi pradžios. Šios dulkės sudarytos ne vien iš silicio ir anglies – jose yra daug priemaišų. Nustatyta, kad tam tikro titano izotopo gausa koreliuoja su vieno silicio izotopo gausa. Tas silicio izotopas iš žvaigždės išmetamas kartu su vanadžiu, o pastarasis skyla ir virsta titanu. Pusė vanadžio suskyla per kiek mažiau nei vienerius Žemės metus, taigi nustatyta korelacija leido apskaičiuoti, kad dulkių formavimasis prasideda praėjus bent dvejiems metams po supernovos sprogimo – priešingu atveju dulkėse matytume gerokai daugiau vanadžio ir mažiau titano. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Infraraudonai švytinčios molekulės. Visatoje skraido daug visokiausių fotonų. Kai kurių iš jų šaltinius mes neblogai žinome, kitus nustatyti yra sudėtinga. Dabar pateikta įrodymų, kad tarpžvaigždinėje terpėje egzistuoja molekulė benzonitrilas. Šios molekulės atomų jungtys virpa įvairiais dažniais, kurių bendra sugertis ir spinduliuotė sukuria stiprų iki šiol neišaiškintą signalą infraraudonųjų spindulių diapazone. Benzonitrilo aptikimas įdomus ir tuo, kad tai yra viena paprasčiausių aromatinių molekulių, savo sudėtyje turinti ir azoto. Sudėtingesnės molekulės tarpžvaigždinėje terpėje gali formuotis būtent iš benzonitrilo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šaltinis: ESA/Hubble & NASA, RELICS
Šaltinis: ESA/Hubble & NASA, RELICS

Savaitės paveiksliukas iš pirmo žvilgsnio atrodo nieko pernelyg ypatingo – kelios galaktikos dangaus tamsybėje. Bet tai yra galaktikų spiečiaus, kurio masė siekia 3 kvadrilijonus Saulės masių, dalis. Tai yra masyviausias žinomas spiečius Visatoje.

***

Dirbtinis gama žybsnis. Gama spindulių žybsniai yra labai masyvių žvaigždžių sprogimai arba neutroninių žvaigždžių susiliejimai, kurių signalai mus pasiekia iš tolimų galaktikų. Kol kas yra dar daug neatsakytų klausimų apie žybsnių spinduliuotės mechanizmą ir kitas detales. Dabar pirmą kartą laboratorijoje pavyko atkurti dalį gama spindulių žybsnio proceso eigos – čiurkšlės formavimąsi. Laboratorijoje čiurkšlė sukurta elektronų-jonų plazmą paveikiant elektronų-pozitronų srove. Susiformavusios čiurkšlės netolygumai bei energijos pasiskirstymas – didžioji dalis energijos liko elektronų-pozitronų srovėje – gerai atitinka realių žybsnių modelius ir stebėjimų duomenis. Tokie tyrimai padeda suprasti žybsnių kilmę ir net atskirti juos nuo galimų protingos gyvybės signalų. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Štai ir visa informacija iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

2 comments

  1. Visų pirma – sveikinu su gimtadieniu! Seku jus nuo pats pradžių ir linkiu išlikti tokiam pačiam įdomiam ir kad tos motyvacijos šviesti mus astrofizikos klausimais užtektų ilgam!

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *