Kąsnelis Visatos CCCXXI: Šūviai

Kosminių šiukšlių valymas harpūnu – skamba keistai, gal net kiek fantastiškai. Bet tai – visiška realybė, ar bent jos prognozė. Taip pat visiška realybė yra orą kaip išmetamąją medžiagą naudojantis variklis, leisiantis arti Žemės esantiems palydovams vykdyti misijas praktiškai begalinį laiko tarpą. Apie tai, kaip ir apie vandenynus Marse, uolinių planetų cheminę sudėtį ir TRAPPIST-1 pavandenijusias planetas, bei dar šį tą, skaitykite po kirpsniuku.

***

Harpūnas kosminėms šiukšlėms. Kalbos apie kosminių šiukšlių – erdvėlaivių nuolaužų, nebeveikiančių palydovų ir pan. – sutvarkymą po truputį virsta realybe. Praeitą savaitę laboratorijoje sėkmingai išbandyta viena galima jų tinkimo technologija – maždaug metro ilgio harpūnas, kuriuo perverta pusantro metro atstumu buvusi lenta. Šis bandymas, aišku, yra tik pirmas žingsnis, bet dar šiemet jo kūrėjai – kompanija Airbus – ketina išbandyti harpūną realybei artimesnėmis sąlygomis ir šauti į 25 metrų atstumu esantį taikinį. Galutinis projekto tikslas – saugiai deorbituoti nebeveikiantį Europos kosmoso agentūros (ESA) Žemės stebėjimų zondą Envisat, kuris nebeveikia nuo 2012 metų. 8 tonų masės Envisat yra bene didžiausia šiuo metu orbitoje skraidanti kosminė šiukšlė. Harpūnu ginkluotas mažesnis erdvėlaivis prisikabintų prie Envisat ir tada nutemptų jį žemyn, kur jis sudegtų atmosferoje arba saugiai nukristų į vandenyną.

***

Oru varomas variklis. Pagrindinė raketinių variklių problema – jiems reikalinga kokia nors išmetamoji medžiaga, kuri leidžia varikliui stumti erdvėlaivį į priekį, nepažeidžiant judesio kiekio tvermės dėsnio. Didelio kiekio tokios medžiagos gabenimas yra labai brangus, todėl kosminių misijų darbo laikas yra ribotas. Ypač tai svarbu Žemės aplinkoje, kur atmosferos viršutinių sluoksnių pasipriešinimas reikalauja nuolatinių orbitos korekcijų. Dabar pristatytas variklis, kuris šią problemą paverčia privalumu: jis pats naudoja orą kaip išmetamąją medžiagą. Europos kosmoso agentūros sukurtas variklis surenka oro molekules, skrisdamas atmosferoje, tada paverčia jas plazma ir išmeta lauk naudodamas elektrinį lauką. Elektra čia irgi labai svarbi, nes šiuo metu vis dažniau palydovai manevravimui naudoja elektrinius, o ne cheminius, variklius. Jie energiją generuoja praktiškai be atliekų, taigi nelieka ir išmetamosios medžiagos – cheminiuose varikliuose šią funkciją atlikdavo kuro degimo produktai. Gebėjimas pasinaudoti aplinkoje esančia medžiaga leis palydovų misijoms tęstis praktiškai neribotą laiką.

***

Ankstyvi Marso vandenynai. Saulės sistemos jaunystėje Marso paviršiuje plytėjo vandenynai. Šiandien jų seniai nebėra, o kadaise buvęs vanduo yra susikaupęs ašigalių ledo kepurėse, įšale po paviršiumi arba išgaravęs į kosmosą. Tačiau vandenynų masės įvertinimai yra gerokai didesni, negu maksimali galima sušalusio ir išgaravusio vandens masė. Be to, tikėtina vandenyno kranto linija yra labai nevienodame aukštyje – kai kurios jos dalys iškyla daugiau nei kilometru aukščiau už kitas. Dabar pasiūlytas tokių neatitikimų paaiškinimas: Marso vandenynai galėjo susiformuoti gerokai anksčiau, bent prieš 3,7 milijardo metų. Maždaug tuo metu Marse iškilo Tarsidės vulkaninė sritis, kurios atsiradimas galėjo nuspausti aplinkinį paviršių ir taip iškreipti vandenyno liniją. Senesnis vandenynas taip pat reikštų, kad vanduo iš Marso garavo ilgiau, ir jo galėjo išgaruoti tiek, kad būtų paaiškintas apskaičiuotas vandenyno tūris. Šią hipotezę patikrinti padės jau netrukus į Marsą išskrisiantis zondas InSight, tyrinėsiantis raudonosios planetos gelmes. Jis padės nustatyti, kiek ten yra įšalo ir kaip vystėsi Marso paviršius per milijardus metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Priešistorinis žvaigždės vizitas. Praėjusių metų pabaigoje į vidinę Saulės sistemos dalį įskridęs tarpžvaigždinis objektas 1I/2017 U1 'Oumuamua pagyvino diskusijas apie Saulės sistemos ir jos aplinkos sąveiką, ir kaip ji gali atsiliepti Žemei bei kitoms planetoms. Dabar pristatytas darbas, kuriame skaitmeniniais modeliais analizuojama įvairių procesų įtaka kometų ir kitų mažųjų Saulės sistemos kūnų orbitoms. Iš viso nagrinėti keturi procesai, dėl kurių į vidinę Saulės sistemos dalį gali atskristi hiperbolines („nepririštas“ prie Saulės) orbitas turintys objektai: objektų atskridimas iš kitos žvaigždės sistemos, Saulės sistemos objektų tarpusavio sąveika, Saulės sistemos objektų perturbacija dėl Galaktikos disko gravitacijos ir Saulės sistemos objektų sąveika su pro šalį praskrendančia žvaigžde. Kiekvienas procesas sukuria skirtingą mažųjų objektų orbitų pasiskirstymą; modelio rezultatai, geriausiai atitinkantys stebėjimus, leidžia spręsti, kad prieš maždaug 70 tūkstančių metų Saulės sistemą sujaukė praskrendanti žvaigždė. Ta žvaigždė atrasta tik 2013 metais ir pagal atradėjo vardą vardinama Scholzo žvaigžde. Tai yra maža, plika akimi nematoma dvinarė sistema Vienaragio žvaigždyne. Šiuo metu ją nuo mūsų skiria 5-7 parsekai, bet prieš 70 tūkstančių metų ji buvo mažiau nei trečdalio parseko atstumu nuo Saulės (palyginimui šiuo metu artimiausia žvaigždė yra Kentauro Proksima, nutolusi per 1,3 parseko). Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planetų cheminė sudėtis. Saulės sistemos uolinių planetų cheminė sudėtis šiek tiek skiriasi. Tai atrodo keista, nes jos visos turėjo susiformuoti iš to paties protoplanetinio disko. Dabar pasiūlytas galimas šių skirtumų paaiškinimas, kuris remiasi dviejų kalcio izotopų santykiu Žemėje, Marse, Vestoje ir įvairiuose meteorituose. Nustatyta, kad sunkaus kalcio izotopo gausos santykis su pagrindinio izotopo gausa teigiamai koreliuoja su objekto mase – ar tai būtų planeta, ar asteroidas, ar tikėtina meteoritų kilmės šaltinio masė. Tokį izotopų gausos nevienodumą paaiškina skirtingas objektų augimo laikas: Žemė augo ilgiau, nei Marsas, pastarasis ilgiau, nei Vesta, ir taip toliau. Augančių objektų tarpusavio gravitacinė sąveika juos vieną po kito išsviedė iš protoplanetinio disko ir jie nustojo augti. Tuo tarpu diske kalcio izotopų gausa laikui bėgant keitėsi dėl daugiau sunkaus kalcio turinčių dalelių, migruojančių į vidų iš išorinės disko dalies. Visas procesas turėjo vykti gana greitai – protoplanetinis diskas ėmė sklaidytis per penkis milijonus metų po Saulės užsižiebimo, taigi planetos užaugti ir išlėkti iš disko turėjo sparčiai. Šis modelis nepaaiškina visų detalių – pavyzdžiui, jis prognozuoja gerokai didesnę sunkaus kalcio dalį kai kuriuose meteorituose, nei stebima – tačiau yra įdomi Saulės sistemos istorijos dėlionės dalis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Kas yra rudosios nykštukės? Jos vadinamos „nepavykusiomis žvaigždėmis“, nes yra per mažos. Bet jos nėra ir planetos. Kas jas skiria nuo vienų ir nuo kitų? Apie tai – savaitės filmuke iš Minute Physics:

***

Pernelyg vandeningos planetos. Vanduo yra reikalingas gyvybei, bent jau tokiai, kokią mes žinome. Tačiau kartais net ir vandens gali būti per daug. Štai TRAPPIST-1 sistemos planetos f ir g greičiausiai yra apie 50% vandeninės ar ledinės. Tokia išvada gauta sumodeliavus tikėtiną jų cheminę sudėtį – didelis planetų spindulys ir maža masė reiškia, kad jose yra daug mažo tankio elementų ir junginių, iš kurių tikėtiniausias – vanduo. Tiek daug vandens greičiausiai reiškia, kad planeta yra visa padengta vandenynu, kurio dugne dėl didžiulio slėgio susiformavęs egzotiškos struktūros ledo sluoksnis, atskiriantis uolienas nuo paviršiaus. Paviršinių uolienų nebuvimas neleidžia vykti cheminės apykaitos procesams, kurie praturtintų planetos atmosferą kitokiais junginiais, nei vandens garai. Taigi mažai tikėtina, kad tokios planetos paviršiuje galėtų susidaryti koks nors „įdomus“ cheminių reakcijų tinklas, galintis duoti pradžią gyvybei. Kitos TRAPPIST-1 sistemos planetos taip pat greičiausiai turi daug – iki 10% – vandens; palyginimui Žemė vandens turi vos 0,2%. Tai greičiausiai reiškia, kad planetos susiformavo ties vadinamąja ledo linija arba už jos, t.y. protoplanetinio disko dalyje, kurioje ledo luitai neišgaravo dėl žvaigždės spinduliuotės. Vėliau planetos turėjo atmigruoti artyn žvaigždės. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Magelano srauto kilmė. Dvi palydovines Paukščių Tako galaktikas, Didįjį ir Mažąjį Magelano debesis, jungia dujų juosta, vadinama Magelano srautu. Iki šiol buvo atliktas tik vienas dujų cheminės sudėties matavimas Magelano sraute, o dabar pristatyti dar septyni. Visų jų rezultatai – gana įdomūs: deguonies gausa Magelano sraute yra tik 4-12% Saulės. Šie skaičiai gerai atitinka Mažojo Magelano debesies, bet ne Didžiojo, cheminę sudėtį, taigi Magelano srautas sudarytas daugiausiai iš Mažojo debesies medžiagos. Šis atradimas yra svarbus siekiant suprasti, kaip sąveikauja šios dvi galaktikos ir kaip jų medžiaga gali praturtinti Paukščių Taką. Taip pat tyrime nustatyta, kad Magelano srautas yra platesnis, nei manyta iki šiol, nes trys stebėjimų taškai buvo parinkti šalia anksčiau žinoto srauto kraštų, bet juose taip pat aptikta srautui priklausanti medžiaga. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ūkas NGC 602, įvairių bangos ilgių montažas. Šaltinis: X-ray: Chandra: NASA/CXC/Univ.Potsdam/L.Oskinova et al; Optical: Hubble: NASA/STScI; Infrared: Spitzer: NASA/JPL-Caltech
Ūkas NGC 602, įvairių bangos ilgių montažas. Šaltinis: X-ray: Chandra: NASA/CXC/Univ.Potsdam/L.Oskinova et al; Optical: Hubble: NASA/STScI; Infrared: Spitzer: NASA/JPL-Caltech

Savaitės paveiksliukas – tiesiog gražus ūkas Mažojo Magelano debesies prieigose.

***

Žvaigždės suardymo pėdsakas. Žvaigždė, priartėjusi pernelyg arti supermasyvios juodosios skylės, yra suardoma į gabalus. Dalis medžiagos pabėga tolyn, o dalis po truputį sukrenta į juodąją skylę ir paskleidžia savitą spinduliuotės signalą. Signalas susideda iš visų elektromagnetinio ruožo bangų, bet dažniausiai stebimas tik didelės energijos – ulravioletinių, rentgeno – bei regimųjų spindulių diapazone. Kartais aptinkami radijo žybsniai įprastai aiškinami kaip nulekiančios žvaigždės medžiagos smūgio į aplinkines dujas padarinys. O dabar pristatyti stebėjimų duomenys, rodantys, kad kartais radijo spinduliuotė gali kilti ir gerokai arčiau juodosios skylės, panašiai, kaip labiau įprastuose ir gerokai ilgiau gyvuojančiuose aktyvių branduolių akreciniuose diskuose. Potvyninio suardymo žybsnio ASASSN-14li rentgeno spinduliuotės pokyčiai atsikartoja radijo spinduliuotės šviesos kreivėje, praėjus 12 dienų. Tai reiškia, kad rentgeno spinduliuotė, sklindanti iš akrecinio disko, pakeičia radijo spindulius skleidžiančios medžiagos savybes. Jei radijo spinduliuotė sklistų dėl sąveikos su išorine medžiaga, tokių pokyčių nesitikėtume. Greičiausiai radijo spinduliuotę skleidžia nuo juodosios skylės tolstanti medžiagos čiurkšlė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Detaliausias Visatos modelis. Skaitmeniniai modeliai leidžia sekti galaktikų ir Visatos evoliuciją, trunkančią milijardus metų. Neseniai pristatyti pirmieji geriausio kol kas sukurto tokio modelio, Illustris TNG, rezultatai. TNG – naujas projekto Illustris, prasidėjusio daugiau nei prieš ketverius metus, etapas, kuriame didelės Visatos dalies evoliucija skaičiuojama dar tiksliau. Didžiausiame modelyje sekama 300 megaparsekų kraštinės ilgio kubo evoliucija. Pagerintas magnetinio lauko poveikio įtraukimas bei atnaujintas juodųjų skylių akrecijos ir grįžtamojo ryšio receptas leidžia tiksliau atkurti galaktikų žvaigždėdaros istoriją ir išvaizdą. Vienas iš įdomesnių naujųjų rezultatų – tamsiosios materijos halo formos evoliucijos tyrimas. Nustatyta, kad šiandieninių galaktikų net ir centrinėse dalyse turėtų dominuoti tamsioji, o ne regimoji materija. Tačiau situacija pasikeičia tolimose galaktikose, kurių atvaizdus matome tokius, kokie jie buvo prieš 10 milijardų metų. Ten, priešingai, tamsioji materija sudaro mažiau nei pusę galaktikos centrinės dalies masės. Šis rezultatas patvirtina maždaug prieš metus iškeltą hipotezę, kad galaktikų tamsiosios materijos halai savo šiandieninę formą įgijo gerokai vėliau, nei galaktikose susiformavo aktyvūs branduoliai. Tyrimo rezultatai arXiv (du straipsniai).

***

Kaip atrasti multivisatą? Yra nemažai hipotezių apie tai, kodėl įvyko Didysis sprogimas ir kas buvo „iki jo“ (jei taip galima sakyti apie įvykius prieš atsirandant laiko koordinatei). Neretai šiose hipotezėse figūruoja multivisata – daugybės visatų, daugiau ar mažiau panašių į mūsiškę, idėja. Bet yra problema – patikrinti multivisatos idėjų praktiškai neįmanoma, nes neįmanoma aptikti paralelinių visatų, kadangi jos su mūsiške nesąveikauja. Prieš pat mirtį Stephenas Hawkingas dirbo prie rankraščio, kuriame nagrinėjamas vienas multivisatos modelis ir galimybės jį patikrinti. Modelis vadinamas „amžina infliacija“ ir remiasi idėja, kad mūsų Visatos pradžioje vykęs infliacijos periodas, daugybę kartų padidinęs Visatos tūrį, nesibaigė ir tęsiasi toliau kitose visatose. Autoriai šiame darbe aptaria galimybes amžinai infliacijai visgi sustoti ir pasiūlo idėją, kad gretimų visatų burbulai galėjo sustoti ir daugiau nebesiplėsti. Tai sukurtų ne begalinę, bet baigtinę multivisatą, o kai kurių gretimų visatų pakraščiai gali atsitrenkti ir į mūsų Visatą ir tapti matomi kosminėje foninėje spinuliuotėje. Tiesa, kiti mokslininkai teigia, kad šis darbas yra tik pirmas žingsnis bandant įrodyti kažką tokio svarbaus, kaip multivisatos egzistavimas. Tyrimo rezultatus rasite 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 *