Kąsnelis Visatos CCCXIX: Atsiradimai

James Webb kosminis teleskopas, deja, vėluos dar šiek tiek – jo teks palaukti iki kitų metų birželio. Bet kitos praėjusios savaitės naujienos – tikrai neliūdnos. Ir vėl yra laboratorinių eksperimentų, atkuriančių astronomines sąlygas, buvo kalbėta apie gyvybę polediniuose vandenynuose, apie netikėtus kvantinių ir astrofizikinių procesų ryšius, netgi apie Visatos temperatūrą. Kaip įprastai, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Vėluojantis Webbo teleskopas. James Webb kosminis teleskopas, turėjęs jau šiemet pakilti į kosmosą ir užimti deramą vietą šalia Hablo, Čandros bei kitų didžiųjų orbitinių observatorijų, vėl vėluoja. Kai observatorijos statyba buvo patvirtinta, planuojamas paleidimas buvo numatytas 2010 metais, bet, laikui bėgant, jį vis tekdavo atidėti. Pastaruosius keletą metų darbai, atrodė, pagaliau einasi tvarkingai – tik 2016 gruodį, aptikus neaiškias vibracijas, nuspręsta paleidimo datą pavėlinti maždaug keturiais mėnesiais, kad būtų galima jas panaikinti. Tuo metu vis dar buvo kalbama apie skrydį 2018 metais. Praėjusių metų pabaigoje paleidimas vėl atidėtas, iki 2019 metų pavasario. Praeitą savaitę pranešta, kad paleidimas dar pavėlintas; tiesa, visai nedaug – iki 2019 metų birželio. Bet didesnė problema yra ta, kad teleskopo biudžetas nebetelpa į 2011 metais patvirtintą maksimalią ribą – 8 milijardus dolerių. Naujausiu vertinimu, observatorija iš viso kainuos 8,8 milijardo, o tokį biudžeto išplėtimą NASA turės derinti su JAV federaline valdžia. Belieka tikėtis, kad bent po metų su trupučiu šis teleskopas pagaliau pradės darbą.

Vienas iš daugybės klausimų, į kuriuos atsakyti padės Webbo teleskopas, yra vandens molekulių formavimasis kosmose. Šiuo metu gerai žinome, kad vandenį į Žemę atnešė asteroidai ir/ar kometos, taip pat žinome, kad nemažai vandens molekulių yra tarpžvaigždiniuose debesyse. Bet kaip vanduo susiformuoja ir suyra – nežinome. Šie procesai vyksta giliai molekuliniuose debesyse, iš kur mus pasiekia tik didelio bangos ilgio infraraudonoji spinduliuotė. James Webb teleskopas būtent tokią spinduliuotę ir stebės. Planuojama, kad teleskopu bus galima stebėti ir debesis, kuriuose gimsta bei nyksta molekulės, ir protoplanetinius diskus, kur molekules veikia jaunos žvaigždės spinduliuotė. Šių duomenų interpretavimui reikės ir laboratorinių eksperimentų, kad geriau suprastume, kokią spinduliuotę skleidžia vandens bei kitos molekulės tarpžvaigždinėmis sąlygomis.

***

Savaitės filmukas – kiek neįprastas. Jame kalbama ne apie fiziką, bet apie dizainą. Apie tai, kaip kuriamos žmonėms tinkamos erdvės, skirtos kosmosui – ar tai būtų Tarptautinės kosminės stoties interjeras, ar mėnuleigių ir marsaeigių prototipai.

***

Rosettos kometos kilmė. Praėjo jau pusantrų metų nuo Rosettos misijos prie kometos 67P/Čuriumov-Gerasimenko pabaigos, tačiau jos surinkti duomenys vis dar atskleidžia naujų įdomybių. Dabar pristatytas naujas tyrimas, kuriame analizuojama kometos kilmė. 67P forma yra gana netikėta – kometą sudaro dvi stambios dalys, kurias jungia siauras "kaklas". Yra žinoma ir daugiau tokių kometų, ir įprastai manoma, kad jos yra labai senos, mat jose randama daug lengvai garuojančių medžiagų, kurios būtų išlėkusios, jei kometa formuotųsi stipriai susiduriant dviem mažesnėms. Jei susidūrimas yra lėtas, "dvigalvė" kometa gali susiformuoti ir neprarasti garuojančių medžiagų, tačiau tokie susidūrimai, manoma, galėjo vykti tik Saulės sistemos jaunystėje, kai joje buvo daug kometų ir kitokių protoplanetinio disko liekanų. Bet galimas ir kitoks scenarijus. Šiame naujame tyrime skaitmeninių modelių pagalba analizuojamos dviejų objektų katastrofiško susidūrimo pasekmės. Didesnis objektas iš pradžių subyra į gabalus, bet laikui bėgant gabalai, veikiami tarpusavio gravitacijos, suartėja ir susijungia į vieną. Gravitacija yra gana silpna, todėl šie susijungimai vyksta lėtai ir gabaluose užsilikusių lakiųjų medžiagų nebeišgarina. Tokiu būdu įmanoma pasiekti "dvigalvę" kometos formą bet kuriuo Saulės sistemos gyvenimo periodu, ne tik labai anksti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Jupiterio šiaurės ašigalis. ©NASA/SWRI/JPL/ASI/INAF/IAPS
Jupiterio šiaurės ašigalis. ©NASA/SWRI/JPL/ASI/INAF/IAPS

Planuojant Juno misiją Jupiterio link, ilgą laiką į zondą neketinta įdėti kameros. Vėliau visgi nuspręsta, kad Jupiterio nuotraukos padės švietimui ir rezultatų populiarinimui. Ir kaip gerai, kad toks sprendimas priimtas, nes nebelikus Cassini, Juno nuotraukos yra, mano menka subjektyvia nuomone, gražiausia, ką dabar gauname pamatyti iš už Žemės orbitos ribų. Štai čia matote šiaurinį Jupiterio ašigalį, kuriame vieną centrinį sūkurį supa aštuoni mažesni. Pietinis ašigalis daug kuo yra labai panašus, bet ten sūkuriai yra penki, ir ne taip tvarkingai išsidėstę. Kodėl jie taip skiriasi, kol kas nežinome, bet gal Juno misija padės atsakyti į šį klausimą.

***

Kosminės chemijos eksperimentai. Vis dažniau išgirstame žinių apie laboratorinius eksperimentus, kuriais atkuriamos kosmoso sąlygos. Praeitą savaitę paskelbti dviejų tokių tyrimų rezultatai. Pirmajame nagrinėjamos egzoplanetų atmosferų sąlygos, ir tai yra pirmasis tokio tipo laboratorinis eksperimentas. Kai kurios egzoplanetos turi miglos – kietų dalelių, pasklidusių atmosferoje – sluoksnį, o kitos – neturi; kol kas neaišku, kas nulemia jo formavimąsi. Pasirinkę devynias chemines sudėtis, tikėtinas superžemių ir minineptūnų atmosferoms, mokslininkai ištyrė, kaip dujos jose reaguoja tarpusavyje, veikiamos tikėtinos žvaigždės spinduliuotės ir elektrinių procesų. Visi nagrinėti modeliai – nuo 300 iki 600 kelvinų (20 iki 320 Celsijaus lapsnių) temperatūros ir skirtingų cheminių sudėčių – suformavo kietų dalelių, kurios galėtų sudaryti miglą. Šaltesni ir daugiau vandens bei metano turintys modeliai kietų dalelių suformavo daugiau, nei Titano atmosferos modelis; kituose modeliuose kietų dalelių formavimasis buvo labai lėtas. Reikės dar nemažai eksperimentų, kol bus galutinai išsiaiškinta, nuo ko priklauso ir kaip vyksta miglos formavimasis planetų atmosferose, bet šie rezultatai yra pirmas žingsnis to link. Šie ir panašūs rezultatai taip pat padės planuojant ateities stebėjimus, nes geriau suprantant egzoplanetų atmosferos chemiją bus aiškiau, į kurias planetas įdomiausia žiūrėti, norint išsiaiškinti konkrečius dalykus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

Kitame laboratoriniame tyrime nagrinėjami organinių molekulių, vadinamų policikliniais aromatiniais angliavandeniliais, atsiradimo būdai. Šios molekulės aptinkamos tarpžvaigždinėje terpėje bei meteorituose. Dalis jų formuojasi gana gerai suprastu HACA – vandenilio praradimo ir acetileno prijungimo – mechanizmu: maža anglies žiedą turinti molekulė pakartotinai praranda vieną vandenilio atomą ir prisijungia acetileną (C_2H_2). Šitaip gali susiformuoti molekulės iki fenantreno (C_{14}H_{10}), tačiau kosmose aptinkama ir stambesnių. Nauji laboratoriniai tyrimai parodė, kad sudėtingesnės molekulės formuojasi ne tik HACA, bet ir panašiu HAVA (vandenilio praradimo ir vinilacetileno prijungimo) mechanizmu. Šitaip pavyko suformuoti ne tik policiklinių aromatinių angliavandenilių, bet ir grafeną primenančių struktūrų. Šie rezultatai padeda geriau suprasti ir molekulių, ir apskritai anglies evoliuciją kosmoso sąlygomis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Poledinė gyvybė mėnuliuose. Enceladas ir Europa yra laikomi tikėtiniausiomis vietomis Saulės sistemoje aptikti nežemišką gyvybę. Juose gyvybė galėtų egzistuoti prie hidroterminių versmių poledinių vandenynų dugne, panašiai kaip ir Žemės vandenynuose. Bet dabar pristatytas tyrimas, kuriame teigiama, jog vandenynų paviršius, t.y. sluoksnis iškart po ledo uždanga, irgi galėtų būti tinkamas gyvybei. Ties vandenyno paviršiumi įvairių molekulių bei jonų praturtintas iš gilumos kylantis vanduo susiduria su Saulės šviesos ir didžiųjų planetų išmestų elektronų sukeltų cheminių reakcijų padariniais, numigravusiais ledo sluoksniu iš viršaus. Tokiomis sąlygomis gali prasidėti daugybė įvairių cheminių reakcijų, kurių rezultatai gali būti gyvybė. Kitu atveju gyvi organizmai, susiformavę vandenyno dugne, gali pakilti iki paviršiaus ir ten sėkmingai gyventi toliau. Tokia poledinė biosfera būtų labai plona, panaši į biofilmą, tačiau joje galėtų egzistuoti gyvybė, smarkiai besiskirianti nuo to paties vandenyno dugno. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Didžiulis dulkių žiedas. Jaunas žvaigždes supa protoplanetiniai dulkių ir dujų diskai. Per kelias dešimtis milijonų metų jie pranyksta, bet sistemoje kurį laiką dar lieka nuolaužų diskai, sudaryti iš įvairaus dydžio uolienų, panašūs į Asteroidų ar Kuiperio žiedus Saulės sistemoje. Šiuo metu tokių diskų aptikta apie 40. Naujame tyrime pristatyti Hablo teleskopu atlikti labai detalūs nuolaužų žiedo HR 4796A stebėjimai. Šioje sistemoje jau seniau aptiktas nuolaužų žiedas, tačiau jis yra labai siauras, vos kelių astronominių vienetų pločio. Buvo manoma, kad disko plotį nulemia greta besisukančios planetos-milžinės gravitacija. Naujuose stebėjimuose planeta neaptikta – tiesa, to ir nebuvo tikimasi, nes ji turėtų geriau matytis infraraudonųjų, o ne regimųjų spindulių ruože, – tačiau aptiktas didžiulis gerokai blausesnis nuolaužų diskas. Disko spindulys siekia daugiau nei tūkstantį astronominių vienetų. Diską sudaro mikrometro dydžio dulkės, greičiausiai atsiradusios besiformuojant planetoms ir žvaigždės vėjo išpūstos tolyn. Disko pakraštys sąveikauja su žvaigždę supančiomis dujomis, todėl yra labai netvarkingos formos. Tokie stebėjimai padeda geriau suprasti, kaip dulkelės sąveikauja su tarpžvaigždine medžiaga. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Rentgeno dvinarės atsiradimas. Dvinarės žvaigždės, kurių viena narė yra neutroninė žvaigždė arba juodoji skylė, o kita – raudonoji milžinė, dažnai spinduliuoja daug rentgeno spindulių, todėl vadinamos rentgeno dvinarėmis. Raudonosios milžinės vėjas arba netgi išoriniai žvaigždės sluoksniai krenta ant kompaktiškos kompanionės, įkaista ir skleidžia energingus spindulius. Spinduliuotės intensyvumas nuolatos kinta, tačiau įprastai sistema išlieka matoma visą laiką. O dabar paskelbta apie rentgeno dvinarę, kuri ką tik atsirado – stebėjimų duomenų archyve, siekiančiame 15 metų praeitį, toje vietoje nerasta jokio rentgeno spindulių šaltinio. Dvinarė žvaigždė IGR J17329-2731, nuo mūsų nutolusi per beveik 3 kiloparsekus, susideda iš lėtai besisukančios neutroninės žvaigždės ir ją maitinančios raudonosios milžinės. Neutroninės žvaigždės magnetinis laukas yra labai stiprus – tai reiškia, kad ji atsirado palyginus neseniai. Tokia kombinacija yra keista, nes raudonoji milžinė yra labai sena žvaigždė; gali būti, kad neutroninė žvaigždė atsirado ne sprogus masyviai žvaigždei, o gerokai mažesnės žvaigždės paliktai baltajai nykštukei ilgą laiką valgius medžiagą ir išaugus tiek, kadobjektas kolapsavo į neutroninę žvaigždę. Tokia situacija – nesenas neutroninės žvaigždės atsiradimas – paaiškintų ir rentgeno spinduliuotės ankstesnį nebuvimą. Tolesni šios sistemos stebėjimai padės daug geriau suprasti rentgeno dvinarių evoliuciją ankstyvuoju gyvenimo periodu. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Naujoviškos konfigūracijos žvaigždė. Neutroninės žvaigždės gali egzistuoti todėl, kad objekto, 1,5-3 kartus masyvesnio už Saulę, gravitaciją gali atsverti neutronų slėgis. Šis slėgis nėra toks, kaip mums įprastas šiluminis slėgis; jį sukelia ne dalelių judėjimas, o kvantinės jų savybės, neleidžiančios dviems neutronams priartėti pernelyg arti vienam prie kito. Toks "išsigimimo" slėgis palaiko ir baltąsias nykštukes bei netgi planetas-milžines. Bet jei neutroninės žvaigždės masė tampa didesnė, nei trys Saulės masės, net ir išsigimimo slėgis nebenugali gravitacijos ir žvaigždė kolapsuoja į juodąją skylę. Bet galbūt nebūtinai, mat egzistuoja ir kitokių kvantinių procesų, kurie sukuria slėgį. Vienas iš jų yra kvantinio vakuumo poliarizacija, atsirandanti gravitaciniame lauke. Dabar pristatytas darbas, kuriame išnagrinėta šio proceso įtaka žvaigždžių struktūrai ir maksimaliai masei. Paaiškėjo, kad šiek tiek masyvesni nei trijų Saulės masių objektai irgi gali išlikti stabilūs, būdami tik vos vos didesni, nei tokios pat masės juodosios skylės įvykių horizontas. Kol kas neaišku, ar tokie objektai egzistuoja ir realybėje, bet ištirti šio teorinio modelio rezultatus verta. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šriodingerio lygtis diskams. Šriodingerio lygtis yra vienas iš svarbiausių, ir geriausiai žinomų, matematinių sąryšių kvantinėje fizikoje. Ji aprašo sistemos banginės funkcijos evoliuciją ir leidžia nustatyti, pavyzdžiui, kaip juda elektronai atome arba narve uždarytos dalelės. O naujame darbe parodyta, kad analogišką lygtį galima išvesti ir nagrinėjant astrofizikinių diskų, supančių aktyvius galaktikų branduolius ar jaunas žvaigždes, evoliuciją. Diską galima nagrinėti kaip daugybės apskritimo formos siaurų žiedų rinkinį – taip prarandama informacija apie pavienių dalelių judėjimą, bet daug lengviau analizuoti ilgalaikę evoliuciją. Žiedų skaičių didinant iki begalybės, evoliuciją aprašančios lygtys tampa identiškos Šriodingerio lygčiai. Tai nereiškia, kad astrofizikiniai diskai yra kažkaip ypatingai susiję su kvantiniais procesais ar jų valdomi, tačiau Šriodingerio lygties sprendinius galima panaudoti disko evoliucijai nagrinėti. Tame pačiame tyrime parodyta, kad tokiu būdu įmanoma apskaičiuoti disko ilgalaikio stabilumo kriterijus, t.y. nustatyti, kokioms sąlygoms esant diskas išlieka tvarkingos formos ilgą laiką, o kokiais atvejais ima lankstytis ir išsikraipo. Ateityje šis atradimas pasitarnaus geriau suprantant diskų evoliuciją ir jų skleidžiamos spinduliuotės kitimą laike. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aktyvios galaktikos tėkmė. Daugelyje netolimų aktyvių galaktikų stebimos molekulinių dujų tėkmės – didžiules dujų mases iš centro į galaktikos pakraščius pernešantys srautai. Tėkmės turi reikšmingą poveikį galaktikų žvaigždėdarai, nes pašalina žvaigždėms formuotis reikalingą medžiagą – dujas. Beveik neabejojama, kad tėkmes sukuria aktyvūs galaktikų branduoliai, tačiau tvirtų jų ryšio įrodymų yra labai mažai. Dabar pristatyti besijungiančios galaktikos NGC 6240 stebėjimai tokį ryšį gana rimtai patvirtina. Stebėjimai atlikti ALMA teleskopų masyvu, jų metu analizuota anglies moniksido spektrinės linijos spinduliuotė. Taip nustatyta, kad galaktikoje yra molekulinių dujų tėkmė, kurios greitis gali siekti iki 2000 km/s. Svarbiau yra tai, kad molekulinė tėkmė atrasta tose pačiose galaktikos dalyse, kuriose anksčiau aptiktos įvairių jonizuotų dujų tėkmės. Jonizuotų dujų ryšys su aktyviais branduoliais yra gerai žinomas, o šis atradimas sustiprina ryšį tarp jonizuotų ir molekulinių dujų tėkmių. Taigi dabar daug tvirčiau galima teigti, kad molekulines tėkmes taip pat sukuria aktyvūs branduoliai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visatos pusių temperatūra. Jau daugiau nei 40 metų žinome, kad visą Visatą yra persmelkusi mikrobangų spinduliuotė, vadinama kosminių mikrobangiu fonu. Jos temperatūra beveik visomis kryptimis yra vienoda, tačiau nežymūs nukrypimai nuo vidurkio pasako labai daug apie pradines Visatos savybes, kurios nulėmė visų dabar matomų didelių struktūrų formavimąsi. Bene svarbiausias netolygumas yra vadinamas dipoliu – tai reiškia, kad vienoje pusėje foninė spinduliuotė yra šiltesnė, o priešingoje – šaltesnė. Regimasis dipolio netolygumas atsiranda dėl Doplerio poslinkio, Žemei judant didelio masto struktūrų atžvilgiu (sukimosi aplink Saulę, Saulės sukimosi aplink Galaktikos centrą, Galaktikos judėjimo spiečiuje ir taip toliau). Bet gali būti, kad foninė spinduliuotė turi ir "savąjį" dipolį; kaip jį atskirti nuo Doplerio poslinkio sukeltojo? Dabar pristatytas vienas galimas būdas. Pasirodo, jei dipolis egzistuoja, šio netolygumo įtaka turėtų pasireikšti ne tik skirtumu tarp temperatūrų vienoje ir kitoje pusėje, bet ir vidutinės foninės spinduliuotės temperatūros (vadinamos monopoliu) verte bei variacijų statmenomis pagrindinei ašiai kryptimis (kvadrupolio) lygiu. Taigi tiksliai išmatavę šiuos dydžius, galėtume įvertinti ir dipolio netolygumą. Šie rezultatai bus patikrinti naujos kartos foninės spinduliuotės stebėjimų teleskopais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai ir visos žinios iš praėjusios savaitės. Kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *