Kąsnelis Visatos CCCXVII: Galaktikų augimas

Praėjusios savaitės naujienose – labai daug juodųjų skylių. Tai jos keistai auga, tai magnetiniai laukai aplink jas sukasi, tai padeda reliatyvumo teoriją tikrinti... Aišku, yra ir kitko: naujų kosminių skrydžių ir jų planų, idėjų apie Mėnulį, Plutoną bei egzoplanetų gyvybingumo patikrinimą, ir dar šio to. Kaip visada, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

SpaceX kosminis internetas. Jau ne pirmus metus SpaceX įkūrėjas Elonas Muskas šneka apie planus teikti interneto ryšį neturtingoms šalims, sukūrus dedikuotą ryšio palydovų tinklą Starlink. Praeitą savaitę pirmi du bandomieji tokio tinklo palydovai pakelti į orbitą. Bandymas buvo sėkmingas – abu palydovai veikia ir skrenda taip, kaip ir turėtų. Palydovų orbitos yra gana neaukštos – kiek daugiau nei 1000 km virš Žemės paviršiaus (palyginimui daugelis ryšių palydovų yra geostacionarioje orbitoje, apie 30 tūkst. km virš paviršiaus). Iš viso Starlink turėtų sudaryti apie 12 tūkstančių palydovų – gerokai daugiau, nei šiuo metu iš viso skraido aplink Žemę. Muskas yra sakęs, kad tikisi, jog Starlink veikti pradės apie 2020 metus, o visas tinklas bus užbaigtas ateinančio dešimtmečio viduryje.

Kartu šis SpaceX raketos Falcon 9 skrydis buvo ir bandymas pagauti palydovus dengusią raketos nosį. Vieną kartą toks bandymas sėkmingai atliktas pernai kovą, o šį kartą bandymas nepavyko – nosis nusileido kelių šimtų metrų atstumu nuo taikinio. Ją pagauti turėjo laivas su labai dideliu tinklu, į kurį nosis nusileistų su parašiutu. Nosies pagavimas leidžia sutaupyti apie 10% misijos kainos – šešis milijonus dolerių.

***

NASA Mėnulio planai. Praeitą savaitę NASA dar kartą išbandė raketinius variklius, kurie bus naudojami Space Launch System raketose. Varikliai – modifikuoti Šatlų modeliai – veikė puikiai ir pasiekė net 13% didesnę galią, nei pasiekdavo Šatlų laikais. Taip pat išbandytas patobulintas variklių valdymo įrenginys, kuris irgi, atrodo, veikia taip, kaip ir numatyta. Pirmasis SLS skrydis numatomas sekančiais metais.

Vienas iš Space Launch System tikslų – gabenti astronautus į Mėnulį, Marsą ir kitas Saulės sistemos vietas. NASA administratorius Robertas Lightfootas praeitą savaitę pareiškė, kad per dešimt metų tikimasi vykdyti reguliarius žmonių skrydžius į Mėnulį. Tą įgyvendinti leistų orbitoje aplink Mėnulį įrengta tyrimų stotis, kurios pirmieji komponentai būtų paleisti jau 2022 metais. Tuo tarpu orbitą aplink Žemę NASA ketina užleisti privačiam kapitalui – skrydžius prie planetos po dešimtmečio turėtų vykdyti tik privačios firmos.

***

Vandens pasiskirstymas Mėnulyje. Beveik prieš dešimtį metų nustatyta, kad Mėnulyje yra vandens. Jo ten nedaug ir jis daugiausiai užrakintas uolienose, bet visgi egzistuoja. Bet iki šiol neišsiaiškinta, ar vandens gali būti visoje Mėnulio plutoje, ar tik tam tikrose vietose arba tam tikro tipo uolienose. Dabar nauja stebėjimų duomenų analizė parodė, kad vandens greičiausiai yra visame Mėnulyje. Nagrinėti duomenys surinkti Indijos zondu Chandrayaan-1. Jau seniau jų analizė parodė, kad vandens tikrai yra netoli paviršiaus prie ašigalių, tačiau arčiau pusiaujo buvo sudėtinga atskirti Mėnulio atspindimą ir paties kūno skleidžiamą šviesą, tad ir analizė buvo nepatikima. Naujoje analizėje ši problema išspręsta, pritaikius labai detalų Mėnulio paviršiaus temperatūros modelį. Atskyrus savąją ir atspindėtą šviesą pasirodė, kad vandens yra visose Mėnulio platumose ir visų tipų paviršiuje. Be to, vandens pasiskirstymas nekinta, keičiantis paros metui, taigi molekulės yra tvirtai užrakintos uolienose. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Gegužės mėnesį į Marsą išskris NASA zondas InSight, tyrinėsiantis Raudonosios planetos vidų. Trumpai apie misijos tikslus – savaitės filmuke iš NASA JPL:

***

Jupiterio pietų ašigalis 11 Juno praskridimo metu. ©Gerald Eichstadt/NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Jupiterio pietų ašigalis 11 Juno praskridimo metu. ©Gerald Eichstadt/NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Šios penkios nuotraukos iš pirmo žvilgsnio gali pasirodyti identiškos, tačiau geriau įsižiūrėjus, ypač mėlynojoje dalyje, galite pamatyti skirtumų. Laikas tarp kairiosios ir dešiniosios nuotraukų – apie 40 minučių, per kurias Juno zondas nutolo nuo Jupiterio nuo 85 iki 124 tūkstančių kilometrų. Sūkuriai, matomi arti pietų ašigalio, kartais siekia net Žemės skersmenį, o per tas 40 minučių pajuda gana pastebimai. Ir gražu, ir padeda suprasti, kas dedasi didžiausioje Saulės sistemos planetoje.

***

Anglies sluoksnis Plutone. Plutono paviršius yra geologiškai (hadologiškai?) jaunas – daugelio jo dalių amžius nesiekia 10 milijonų metų. Tai reiškia, kad nykštukinė planeta reguliariai atsijaunina, o tam reikia, kad po jos paviršiumi būtų minkštas ar net skystas sluoksnis. Įprastai teigiama, kad tai turėtų būti skysto vandens ar bent jau minkšto ledo vandenynas, tačiau dabar pasiūlyta gana kitokia idėja: minkštasis sluoksnis gali būti sudarytas iš anglies junginių ir angliavandenilių, taigi panašus į dervą ar asfaltą. Plutonas susiformavo išorinėje Saulės sistemos dalyje, panašiai kaip ir kometos. Kometose randama daug organinių junginių, taigi jų gali būti ir Plutone. Tokie junginiai, jei jų masės dalis būtų panaši į junginių masę kometose, galėtų sudaryti kelių dešimčių kilometrų storio sluoksnį, o slėgis ir temperatūra Plutono gilumoje yra pakankama, kad šis sluoksnis būtų minkštas. Nors tai – tik teoriniai apmąstymai, kol kas ši hipotezė turėtų būti svarstoma panašiai rimtai, kaip ir popaviršinio vandenyno modelis. Nežinia, ar ją pavyks patikrinti be naujos misijos Plutono link, tačiau jos nagrinėjimas gali padėti geriau suprasti galimą planetų ir kitų didelių kūnų struktūros įvairovę.

***

Atmosferiniai gyvybės požymiai. Žemė per savo gyvenimą labai keitėsi. Kito ir jos atmosferos sudėtis, nuo anglies dvideginio ir azoto kupinos ankstyvosios iki azotu ir deguonimi užpildytos dabartinės. Kitos planetos, laikui bėgant, taip pat turėtų kisti, taigi gali būti, kad egzoplanetas aptiksime skirtingose geologinės evoliucijos stadijose. Dabar pristatytas visas rinkinys planetų, panašių į Žemę, atmosferų modelių, šioms planetoms esant skirtingose geologinės-biologinės evoliucijos stadijose prie įvairios temperatūros žvaigždžių. Nustatyta, kad kol planetos atmosferoje deguonies nedaug, jo aptikimui daug įtakos turi debesys bei ozono sluoksnis, susidarantis net ir mažai deguonies turinčiose atmosferose, ypač prie karštesnių už Saulę žvaigždžių. Senesnėse planetose gyvybės pėdsakus aptikti yra lengviau, nei jaunesnėse. Tokie tyrimai padeda geriau numatyti, kokius stebėjimus reikėtų atlikti charakterizuojant egzoplanetas. Tyrimo rezultatai arXiv.

Dažnai gyvybei tinkamų egzoplanetų tikimasi ieškoti bandant aptikti vandens ar deguonies molekulių pėdsakus jų atmosferose. Tačiau galimas ir kitoks būdas – ieškoti deguonies atomų ir jonų planetos jonosferoje. Žemė yra vienintelis Saulės sistemos kūnas, kurio jonosferoje dominuoja deguonies atomai. Taip yra tik dėl to, kad Žemėje gyvybė sukuria labai daug deguonies – tiek daug, kad jis net gali pabėgti į išorinius atmosferos sluoksnius. Tyrimo autoriai teigia, kad būtent deguonies dominavimas tokiame aukštyje, kur elektronų koncentracija jonosferoje yra didžiausia, yra požymis, kad planetoje vyksta biologiniai procesai, ir galėtų būti naudojamas charakterizuojant egzoplanetas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Reliatyvumas Galaktikos centre. Paukščių Tako centre, mažiau nei parseko atstumu nuo juodosios skylės Šaulio A*, sukasi keli šimtai žvaigždžių. Žvaigždė S2 (arba S0-2), aptikta dar 1994 metais, sukasi palyginus trumpa orbita – jai apskrieti vieną elipsę užtrunka apie 15 metų. Šiemet antrą kartą stebėsime, kaip ši žvaigždė priartėja arčiausiai prie juodosios skylės – maždaug keturis kartus didesniu atstumu, nei Neptūnas nutolęs nuo Saulės. Tokiu atstumu turėtų būti įmanoma aptikti žvaigždę veikiančius reliatyvistinius efektus, pavyzdžiui orbitos precesiją. Nenuostabu, kad astronomai į šį įvykį deda daug vilčių, bet tam reikia ir gerai pasiruošti. Praeitą savaitę pristatytoje studijoje nagrinėjama, ar S2 gali būti dvinarė žvaigždė. Analizė rodo, kad jei ji ir turi kompanionę, tai pastarosios masė neviršija pusantros Saulės masės. Turint omeny, kad pačios S2 masė yra apie 15 kartų didesnė, nei Saulės, kompanionės gravitacija neturėtų S2 orbitos paveikti tiek, kad nebūtų įmanoma nustatyti reliatyvistinių efektų poveikio. Dar viena kompanionės paieškų priežastis – tai padeda nustatyti, kaip S2 ir kitos panašios žvaigždės susiformavo. Kol kas tai nėra iki galo aišku, nes žvaigždžių formavimasis taip arti juodosios skylės pagal standartines teorijas yra neįmanomas, o atmigruoti iš toliau joms greičiausiai nebuvo pakankamai laiko. Žinojimas, ar žvaigždė turi dvinarę kompanionę, gali padėti atskirti įvairias atsiradimo hipotezes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos centro magnetizmas. Nors pagrindinė jėga, nulemianti struktūrų formavimąsi Visatoje, yra gravitacija, reikia nepamiršti ir magnetinių laukų poveikio, kuris, ypač mažais masteliais, gali būti labai reikšmingas. "Maži" čia yra keleto ir kelių dešimčių parsekų masteliai, atitinkantys žvaigždėdaros regionus, kuriuose dujos juda ne tik taip, kaip jas traukia gravitacija, bet ir taip, kaip leidžia judėti magnetinio lauko linijos. Magnetiniai laukai svarbūs ir nagrinėjant medžiagos kritimą į juodąsias skyles – akreciją. Dabar pristatytas pirmasis Paukščių Tako centrinio parseko magnetinio lauko erdvėlapis. Magnetinio lauko stiprumas bei kryptis nustatyti matuojant tarpžvaigždinių dulkių spinduliuotės poliarizaciją. Duomenys parodo, kad jaunų žvaigždžių vėjai išpučia burbulus, atsispindinčius ir magnetinio lauko pasiskirstyme, o daugelis prie pat juodosios skylės matomų dujų srautų juda būtent išilgai magnetinio lauko linijoms. Šie rezultatai padeda geriau suprasti, kaip sąveikauja žvaigždės, dujos ir magnetinis laukas ekstremaliomis sąlygomis, kokios yra Galaktikos centre. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aktyvių branduolių poveikis. Aktyvūs branduoliai dažnai kuria tėkmes, kurios išstumia iš galaktikos didžiulius kiekius dujų. Tėkmės daugiausiai susideda iš molekulinių dujų. Tačiau dabar atrasta aktyvi galaktika, kurioje puikiai matoma jonizuotų dujų tėkmė, o molekulinių dujų – nėra. Tiksliau sakant, molekulinių dujų pačioje galaktikoje yra, bet jos juda taip, lyg galaktika būtų neaktyvi. Kol kas nežinia, kaip paaiškinti šią keistą tėkmę – kai kurie mokslininkai teigia, jog galbūt aktyvių branduolių poveikis nėra toks stiprus, kaip galvojama. Taip pat gali būti, kad galaktika tiesiog labai neseniai tapo aktyvi, ir masyvi molekulinė tėkmė joje dar nesusiformavo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodųjų skylių augimas. Supermasyvios juodosios skylės auga kartu su savo galaktikomis. Jau seniai žinoma, kad vidutiniškai žvaigždžių formavimosi sparta galaktikoje yra apie 2000 kartų didesnė, nei juodosios skylės augimo sparta. Dabar nauji tyrimai atskleidė, kaip šis santykis priklauso nuo galaktikos masės. Paaiškėjo, kad kuo masyvesnė galaktika, tuo santykinai svarbesnė ir aktyvesnė joje yra supermasyvi juodoji skylė. Masyviausiose tirtose galaktikose žvaigždėdaros ir juodosios skylės akrecijos spartų santykis nesiekia 500, o mažiausios masės – viršija 10 tūkstančių. Priklausomybės atradimas padės geriau suprasti ryšį tarp galaktikų ir juodųjų skylių bei vienų objektų poveikį kitiems. Tyrimo rezultatai arXiv.

Kitas su juodųjų skylių augimu susijęs atradimas – 72 masyvių galaktikų juodųjų skylių masių įvertinimas. Beveik pusė jų pasirodė esančios masyvesnės, nei 10 milijardų Saulės masių; iki šiol tokių juodųjų skylių buvo žinoma vos keletas. Taip pat paaiškėjo, kad šioms masyviausioms juodosioms skylėms negalioja standartinė koreliacija tarp galaktikos ir juodosios skylės masės – jos yra pernelyg masyvios. Gali būti, kad šios juodosios skylės atsirado ir tokią masę pasiekė gerokai anksčiau, nei aplink jas esančios galaktikos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Patikslintas Hablo parametras. Dauguma galaktikų nuo mūsų tolsta, o jų judėjimo greitis proporcingas atstumui iki jų. Šis sąryšis, vadinamas Hablo dėsniu, prieš šimtą metų padėjo suprasti, jog Visata plečiasi. Santykis tarp galaktikos judėjimo greičio ir atstumo vadinamas Hablo parametru, ir yra lygus maždaug 70 km/s vienam megaparsekui. Kiekvienas Hablo parametro vertės patikslinimas leidžia vis geriau suprasti, kaip veikia mūsų Visata ir kokia ateitis jos laukia, taip pat susieti galaktikų stebimus parametrus, tokius kaip raudonasis poslinkis, su laikotarpiu, iš kurio atkeliauja galaktikos spinduliuotė. Dabar pristatytas naujas, patikslintas Hablo parametro įvertinimas, gautas remiantis Paukščių Take ir kitose galaktikose esančių kintančių žvaigždžių Cefeidžių stebėjimais. Cefeidžių šviesumas kinta periodiškai, o periodas labai gerai koreliuoja su maksimaliu šviesiu, taigi išmatavę periodą, galime nustatyti, kokia ryški yra žvaigždė, o tai leidžia nustatyti ir atstumą. Taip galime rasti atstumą iki galaktikų, kuriose dar matomos pavienės Cefeidės, o matuodami šių galaktikų judėjimo greitį, apskaičiuojame ir Hablo parametrą. Gauta vertė – apie 73,5 km/s megaparsekui – yra gerokai didesnė, nei apskaičiuota remiantis kosminės foninės spinduliuotės stebėjimais. Šis neatitikimas jau keletą metų neramina astronomus, mat jo paaiškinti standartiniu kosmologiniu modeliu nepavyksta. Tai gali reikšti, kad Visatoje veikia dar kažkokie fizikiniai procesai, apie kuriuos kol kas nieko nežinome. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *