Kąsnelis Visatos CCCXIV: Chemija

Praėjusios savaitės naujienose – daug įvairių cheminių junginių. Tai ir vinilo cianidas Titano atmosferoje, ir organinės molekulės Didžiajame Magelano debesyje, ir molekulių formavimasis greitose galaktinėse tėkmėse. Taip pat, žinoma, ir kitokios naujienos: aptiktas daugiau nei dešimtmetyje mirusiu laikytas NASA palydovas, identifikuota galimai seniausia Paukščių Tako žvaigždė, ir dar visa šūsnis naujienų – po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Aptiktas dingęs palydovas. 2000-2005 metais NASA vykdė misiją IMAGE, skirtą Žemės magnetosferos tyrimams. Aplink Žemę ašigalinėje orbitoje skraidęs zondas tyrinėjo visos magnetosferos sandarą – joje esančių dalelių tankius, temperatūras bei judėjimo trajektorijas. 2005 metų gruodį zondas netikėtai nustojo komunikuoti, taigi misija buvo nutraukta. Jis toliau skraidė tokia pačia ar panašia orbita, bet nebuvo sekamas. O dabar paskelbta, kad zondas netyčia vėl atrastas ir skleidžia radijo signalus. Ir aptiko jį astronomas-mėgėjas, ieškojęs kito, neseniai paleisto, slapto zondo Zuma. Kol kas pavyko nustatyti, kad aptiktasis zondas skleidžia tokio pat dažnio radijo signalus, kaip IMAGE, ir kad jo siunčiamuose telemetrijos duomenyse yra identifikacinis numeris, atitinkantis IMAGE numerį. Bet tai dar šimtu procentų neįrodo, kad ten yra IMAGE; tam reikėtų iššifruoti visą zondo telemetriją. Tą padaryti bus sudėtinga, nes per daugiau nei dešimtmetį nuo misijos pabaigos pasikeitė programinė įranga, tad reikės atkurti tas senąsias programas. Kai tai bus padaryta, galbūt zondą netgi pavyks prikelti naujam gyvenimui.

***

Panorama nuo Veros Rubin kalnagūbrio Marse. ©NASA/JPL-Caltech/MSSS
Panorama nuo Veros Rubin kalnagūbrio Marse. ©NASA/JPL-Caltech/MSSS

Savaitės paveiksliukas – Marso vaizdas, kurį Smalsiukas nufotografavo spalio pabaigoje. Prieš savaitę su trupučiu suėjo 2000-oji Curiosity misijos Marse diena, t.y. jis ten praleido jau beveik penkerius su puse metų. Tai ypač įspūdinga turint omeny, kad planuota misijos trukmė nesiekė dvejų metų nuo pradžios 2012-ųjų rugpjūtį.

***

Per minkšti mėnuliai. Šiuo metu vis dažniau kalbama apie kosmines misija į Jupiterio palydovą Europą ir Saturno palydovą Enceladą, kurie atrodo kaip tinkamiausios gyvybei vietos Saulės sistemoje už Žemės ribų. Tačiau naujas tyrimas rodo, kad jų paviršiai gali būti pernelyg minkšti palydovo nusileidimui. Tyrimas, kaip nedažnai atsitinka astronomijoje, atliktas laboratorijoje. Mokslininkai išnagrinėjo, kaip priklauso paviršiaus atspindimos Saulės šviesos savybės nuo paviršių dengiančių dulkių tankio. Paaiškėjo, kad Europos ir Encelado paviršių greičiausiai dengia dulkių sluoksnis, kurio 95 procentus sudaro tuštuma. Tai yra minkštesnės dulkės, nei ką tik iškritęs sniegas – tikrai per minkštos, kad ant jų galėtų saugiai nutūpti palydovas. Tiesa, neaišku, kokio storio yra šis sluoksnis, o tai yra labai svarbu. Pavyzdžiui, Mėnulio paviršių irgi dengia labai minkštos dulkės, vadinamos regolitu, bet jų sluoksnis yra toks plonas, kad kosminiai aparatai nesunkiai pasiekia tvirtą paviršių. Panašiai gali būti ir didžiųjų planetų palydovuose, bet verta būti atsargiems ir misijoms numatyti papildomas apsaugos priemones, tūpiant ant minkšto dulkių sluoksnio. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Gyvybės komponentai Titane. Titanas yra vienintelis kūnas Saulės sistemoje, neskaitant Žemės, kurio paviršiuje yra skysčio ir vyksta skysčio apykaitos ciklas atmosferoje. Tas skystis yra etanas ir metanas, tad ir cheminės reakcijos ten veikia labai skirtingos nuo veikiančių Žemėje. Nepaisant to, vis kalbama apie tai, kad Titano jūros gali būti tinkama terpė gyvybei formuotis. Viena iš gyvybei būtinų sudėtinių dalių yra medžiaga, galinti veikti kaip ląstelės membrana. Žemėje šią funkciją atlieka lipidai, o prieš trejus metus teoriškai apskaičiuota, kad metano sąlygomis jų vietą galėtų užimti vinilo cianidas (C_2H_3CN). Dabar pristatyti ALMA submilimetrinių bangų teleskopų masyvo stebėjimų duomenys, patvirtinantys, kad vinilo cianidas egzistuoja Titano atmosferoje. Anksčiau Cassini lygtai jau buvo aptikęs šį junginį, tačiau rezultatai nebuvo statistiškai patikimi. Aišku, atradimas nereiškia, kad Titano jūrose egzistuoja gyvybė, bet yra dar viena dėlionės dalis, masinanti vaizduotę. Nauji stebėjimai taip pat atskleidė, kad daugiausiai junginio yra virš pietų ašigalio, kur šiuo metu yra žiema, ir 200 km aukštyje virš Titano paviršiaus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Seniausia Galaktikos žvaigždė. Pirmosios žvaigždės susiformavo praėjus maždaug 100 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Tyrinėti jas tiesiogiai praktiškai neįmanoma, nes didžioji jų dalis gyveno palyginus neilgai ir jau labai seniai sprogo supernovomis ar pavirto baltosiomis nykštukėmis. Tačiau dabar atrasta greičiausiai seniausia Paukščių Tako žvaigždė. Ją nuo mūsų skiria tik 2300 parsekų (palyginimui atstumas iki Galaktikos centro yra apie 8300 parsekų). Žvaigždė, kaip ir daugelis kitų labai senų žvaigždžių, skrieja Paukščių Tako hale – sferiškoje mažo tankio struktūroje, gaubiančioje diską. Žvaigždės masė siekia apie 70% Saulės masės – dėl to ji ir išgyveno iki šių dienų, nes mažesnės žvaigždės gyvena ilgiau. Įdomu tai, kad žvaigždės paviršiaus temperatūra yra keliais šimtais laipsnių didesnė, nei Saulės – sunkesnių už helį cheminių elementų nebuvimas reiškia, kad ji ne taip efektyviai spinduliuoja energiją į aplinką ir yra karštesnė. Geležies žvaigždėje yra apie milijoną kartų mažiau, nei Saulėje, o štai anglies – tik apie 6 kartus mažiau. Detalesnis tokių žvaigždžių tyrimas padės suprasti, kaip Visata prisipildė už helį sunkesniais cheminiais elementais, kurie buvo sukurti būtent žvaigždėse, o ne Didžiojo sprogimo metu. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planetos kitoje galaktikoje. Kol kas visos žinomos egzoplanetos yra mūsų Galaktikoje, Paukščių Take. Kuo toliau yra planetinė sistema, tuo sunkiau aptikti planetos poveikį žvaigždei, tad nenuostabu, kad atradimai kol kas apsiriboja santykinai nedideliais atstumais. Tačiau dabar pirmą kartą patvirtinta, kad planetų yra ir kitoje galaktikoje, nors konkrečios planetos nebuvo aptiktos. Atradimas padarytas tyrinėjant labai tolimą kvazarą RXJ 1131–1231, kurio atvaizdas dangaus skliaute yra gravitaciškai lęšiuotas artimesnės galaktikos. Stebėdami, kaip kinta matoma spinduliuotė, sklindanti iš kvazaro centre esančios aktyvios juodosios skylės prieigų, mokslininkai nustatė, kad šiuos pokyčius įmanoma paaiškinti tik daugybės laisvai skraidančių planetų buvimu lęšiuojančioje galaktikoje. Tyrėjai įvertino, kad toje galaktikoje vienai žvaigždei turėtų tekti apie 2000 laisvai skrajojančių planetų, kurių masė siekia nuo Mėnulio iki Jupiterio masės. Naudojant analogišką metodą, mūsų Galaktikoje kol kas aptiktos 53 planetos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kol kas, nepaisant įvairių paieškų, dar neaptikome gyvybės už Žemės ribų – ar tai būtų mikrobai, ar protingos civilizacijos. Vienas galimas šito paaiškinimas vadinamas "Didžiuoju filtru" – galbūt gyvybė atsiranda daug kur, tačiau nesugeba išsivystyti tiek, kad taptų daugiaplanete civilizacija. Jei toks filtras tikrai egzistuoja, gali būti, kad mums gyventi liko nedaug... Kodėl? Apie tai savaitės filmuke pasakoja Kurzgesagt:

***

Sudėtingos molekulės Magelane. Paukščių Tako palydovinė galaktika Didysis Magelano debesis turi daug mažiau už helį sunkesnių cheminių elementų (astronomų vadinamų metalais). Iki šiol buvo manoma, kad tai sąlygoja ir sudėtingų cheminių junginių nebuvimą. Bet dabar viename žvaigždžių formavimosi regione šioje galaktikoje aptiktos molekulės dimetilo eteris ir metilo formatas. Tai apskritai pirmas kartas, kai tokio sudėtingumo molekulės aptiktos už mūsų Galaktikos ribų. Tokios mažai metalų turinčios galaktikos yra daug kuo panašios į pirmykštes, prieš 10 milijardų metų ir daugiau, egzistavusias, nes jose irgi dar nebuvo sprogę pakankamai supernovų, kurios paskleidžia metalus iš žvaigždžių į aplinką. Taigi šis atradimas papildo mūsų supratimą ir apie chemines reakcijas pirmykštėse galaktikose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supermasyviųjų skylių maitinimasis. Galaktikų centruose esančios supermasyvios juodosios skylės įprastai minta dujomis, kurios kartais atlekia į centrą dėl orbitų pokyčių, kylančių jų telkiniams gravitaciškai sąveikaujant tarpusavyje kitose galaktikos vietose. Bet kartais juodoji skylė suardo ir per arti praskrendančias žvaigždes ir praryja jų medžiagą. Įprastai tokie suardymai vyksta ne dažniau nei kartą per 10 tūkstančių metų, tačiau dabar apskaičiuota, kad ilgą laiką po dviejų galaktikų susiliejimo žvaigždžių prarijimų dažnumas išauga iki vieno per metus. Taip turėtų atsitikti todėl, kad susiliejimo metu dujos visoje galaktikoje yra labai smarkiai sujaukiamos, ir didelis jų kiekis gali nukristi arti centro. Ten į juodąją skylę patenka ne visos dujos – nemažai jų suformuoja diską aplink juodąją skylę, kuriame susiformuoja daug žvaigždžių. Žvaigždės juda elipsinėmis orbitomis, sąveikauja tarpusavyje ir kartkartėmis priartėja pernelyg arti juodosios skylės bei yra suardomos. Procesas tęsiasi tol, kol žvaigždžių diskas sunyksta. Žvaigždžių tarpusavio sąveikos taip pat nulemia, kad diskas visą savo gyvenimą išlieka pailgas ir niekad netampa visiškai apskritu. Anksčiau tokios stebimų diskų savybės paaiškinti nepavyko. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Molekulės galaktinėse tėkmėse. Daugelis mums žinomų aktyvių galaktikų branduolių nuo savęs stumia dujų tėkmes, kurios gali pralėkti per visą galaktiką, išstumti iš jos dujas ir taip reikšmingai paveikti galaktikos evoliuciją. Viena netikėta šių tėkmių savybė yra ta, kad didžiąją jų masės dalį sudaro molekulinės, taigi labai šaltos, dujos. Tėkmė, judėdama per galaktiką, sukuria smūginę bangą, kuri dujas įkaitina iki milijonų laipsnių, taigi visos molekulės turėtų išgaruoti. Kyla klausimas – ar molekulės kažkokiu būdu išlieka nesunaikintos, ar sugeba labai efektyviai susiformuoti jau judančioje medžiagoje. Dabar pristatyti skaičiavimai rodo, kad antrasis paaiškinimas yra tikrai tikėtinas. Skaitmeniniame modelyje buvo sekamas molekulių sunaikinimas ir formavimasis sparčiai judančiose dujose ir nustatyta, kad praėjus smūginei bangai susidaro tinkamos sąlygos įvairioms molekulėms formuotis. Įdomu tai, kad tėkmėse susiformavusios vandenilio molekulės turėtų švytėti infraraudonųjų spindulių diapazone daug ryškiau, nei kitose galaktikose vietose esančios. Šią spinduliuotę užfiksuoti galės James Webb kosminis teleskopas, į kosmosą kilsiantis kitąmet. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Netikėtas galaktikų išsidėstymas. Skaitmeniniai Visatos struktūrų formavimosi modeliai prognozuoja, kad galaktikos turėtų būti išsidėsčiusios vienodai visomis kryptimis. Tas pats galioja ir galaktikų aplinkoms – palydovinės galaktikos aplink didžiąsias turėtų skrieti įvairiose plokštumose. Jau kuri laiką žinoma, kad tai negalioja Paukščių Takui ir Andromedai – daugelis jų palydovių sukasi plokštumose, sutampančiose su dviejų didžiųjų galaktikų tarpusavio orbitos plokštuma. Buvo manoma, kad mūsų Vietinė galaktikų grupė yra tiesiog anomalija. Bet dabar nustatyta, kad panašus palydovinių galaktikų diskas supa ir kitą galaktiką Kentauro A. Iš šešiolikos žinomų Kentauro A palydovių, net keturiolika sukasi vienoje plokštumoje. Skaitmeniniuose modeliuose tokia konfigūracija aptinkama mažiau nei prie vienos iš dviejų šimtų į Kentauro A panašių galaktikų. Šis atradimas verčia abejoti standartinio kosmologinio modelio prielaidomis apie Visatos izotropiškumą (vienodumą visomis kryptimis). Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***
Detaliausias kosmologinis modelis. Kosmologiniai struktūros formavimosi modeliai yra daugiausiai skaitmeninių resursų reikalaujantys astronominiai uždaviniai. Dabar pristatyti naujausio tokio modelio, IllustrisTNG, pirmieji rezultatai. Šiame modelyje buvo sekama daugiau nei 30 milijardų dalelių, atitinkančių tamsiosios ir regimosios medžiagos telkinius, evoliucija per visus beveik 14 milijardų metų nuo Didžiojo sprogimo iki šių dienų. Modeliuojama sritis yra 300 megaparsekų kraštinės ilgio kubas – šis ilgis maždaug devynis kartus viršija Mergelės superspiečiaus, kuriam priklauso ir Paukščių Takas, skersmenį. Šie rezultatai daug geriau atitinka stebėjimus, nei ankstesniųjų modelių – tam padeda ne tik didesnis modeliuojamas regionas ir geresnė raiška, bet ir pagerėjęs mūsų supratimas apie įvairius svarbius procesus, tokius kaip žvaigždžių formavimasis ar supermasyvių juodųjų skylių poveikis galaktikoms. Tarp naujųjų rezultatų kaip svarbiausius patys tyrėjai išskiria tris. Pirmasis – patvirtinimas, jog supermasyvių juodųjų skylių grįžtamasis ryšys yra esminis veiksnys, sustabdantis žvaigždėdarą galaktikose. Antrasis – nustatyta, kaip turėtų švytėti galaktikų haluose ir aplink jas pasklidusios žvaigždės, atplėštos susiliejimo su kita galaktika metu. Trečiasis – dujų telkimasis į galaktikas paveikia ir tamsiosios materijos telkimąsi, taigi kosminių struktūrų tipiniai dydžiai tampa kitokie, nei prognozuojama nagrinėjant vien tamsiosios materijos judėjimą. Visų tyrimų rezultatus rasite arXiv: pirmąjį, antrąjį, trečiąjį.

***

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

Laiqualasse

3 comments

  1. > "USA-280 is or was a classified United States government satellite that was launched by SpaceX on 8 January 2018. The specific agency in charge of the Zuma project has not been disclosed, nor its purpose. "
    Wikipedia

    o_0

  2. "Tyrėjai įvertino, kad toje galaktikoje vienai žvaigždei turėtų tekti apie 2000 laisvai skrajojančių planetų"
    Gal tyrėjams reikėjo paieškoti klaidų modeliavime prieš paskelbiant tokį rezultatą? Tokie dideli skaičiai kalbant apie planetas dar negirdėti. Ar mes tiek mažai dar žinome apie planetų formavimąsi už saulės sistemos ribų, kad bet kokie kraštutiniai skaičiai gali būti tikėtini?

    1. Yra įvertinimų, kad mūsų Galaktikoje gali būti bent tūkstantį kartų daugiau planetų, nei žvaigždžių, nors tokie įvertinimai nėra mainstream'as. Nors toks skaičius laisvai skrajojančių planetų ir man atrodo tikrai labai didelis.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *