Kąsnelis Visatos CCCXXII: Šviesa ir tamsa

Pirmadienio rytą dangus virš Ramiojo vandenyno trumpam buvo nušvitęs krentančios Kinijos kosminės stoties Tiangong-1 liekanų liepsnomis. Visiškai kitoje kosminių mastelių skalės pusėje buvo paskelbta apie atrastą galaktiką, kuri neturi tamsiosios medžiagos. Taip pat praėjusios savaitės naujienose – Tabi žvaigždės pritemimas, vandens atsiradimo Žemėje istorija, labai greitai sprogusi supernova ir dar šūsnis įdomybių. Kaip visada, skaitykite jas po kirpsniuku.

***

Kinų stotis sudegė. Kinijos kosminė stotis Tiangong-1 pastarąsias kelias savaites buvo daugelio naujienų kanalų akiratyje. Ir ne veltui – jos nevaldomas kritimas į Žemę daugeliui klausytojų, skaitytojų ir žiūrovų skambėjo kaip baisus dalykas. Bet 8,5 tonos masės kosminis aparatas – toli gražu ne didžiausias iš orbitos nukritęs objektas: šis rekordas priklauso 2001 metais nukritusiai SSRS/Rusijos stočiai Mir, kurios masė siekė 120 tonų. Tiangong-1, pakilusi į orbitą 2011 metais, buvo bandymų platforma, davusi pradžią Kinijos kosminėms stotims; šiuo metu orbitoje jau pusantrų metų skraido Tiangong-2, o tarp 2019 ir 2022 metų Kinija ketina orbitoje pastatyti ilgesniam laikui ir nuolatiniam žmonių darbui pritaikytą modulinę kosminę stotį. Kaip bebūtų, anksti pirmadienį ryte, maždaug trečią valandą Lietuvos laiku, stotis pasiekė atmosferą, subyrėjo ir beveik visa sudegė virš pietinės Ramiojo vandenyno dalies. Pats faktas, kad stotis nevaldoma įlėkė į atmosferą, nėra labai keistas – gyvenimus taip baigia apie 15% visų Žemės orbitoje dirbusių erdvėlaivių ir palydovų. Pavojaus žmonėms jis nesukėlė, tačiau procesą stebėjo daugybė kosmoso agentūrų – surinkti duomenys padės ateityje prognozuoti panašius įvykius, taip pat padės geriau pasiruošti planuojamam Tarptautinės kosminės stoties nukritimui kažkada po 2024-ųjų metų.

***

Rekordinis pasivaikščiojimas kosmose. Tarptautinė kosminės stotis (TKS) dirba jau 17 metų, o praeitą savaitę 55-osios jos įgulos nariai atliko vertą pažymėjimo misiją – šimtąjį kartą stoties darbo metu išėjo į kosmosą. Pirmą kartą iš TKS į kosmosą išėjo antrosios įgulos darbuotojai 2001-ųjų birželį. Išėjimo, trukusio kiek ilgiau nei šešias valandas, metu buvo atliekami gana rutininiai darbai – pašalintos galimai įplyšusios aušinimo sistemos žarnos, pakeista kamera, pritvirtintos ateityje įrengsimo eksperimento duomenų perdavimo antenos ir panašiai. Taigi svarbus čia būtent rekordas. O turint omeny, kad kiekvienas toks išėjimas papildo mūsų žinias apie darbą kosmose, tai yra dar svarbiau – juk kažkada ateityje panašių darbų reikės tvarkant stotis Marso orbitoje ar laivus pakeliui į Jupiterį. Tiesa, šis išėjimas toli gražu nebuvo apskritai šimtasis, susijęs su TKS – įskaitant astronautų darbą statant stotį prieš prasidedant jos darbui bei aptarnaujančio personalo išėjimus iš Šatlų, iš viso prie TKS nuo 1988 metų gruodžio įvykdyti jau 209 išėjimai.

***

Kinijos kosminė stotis, TKS, daugybė palydovų ir kosminių zondų – kosmose mūsų veiklos produktų yra vis daugiau. Ir ateityje jų tik daugės: daugelis kosmoso agentūrų bei kai kurios privačios kompanijos turi planus per artimiausius 10-15 metų sukurti orbitinę infrastruktūrą, reikalingą ilgalaikėms tyrimų stotims Mėnulyje bei žmonių kelionėms į Marsą. Kaip tai galėtų būti padaryta, savaitės filmuke pasakoja Isaac Arthur:

***

Pirmykštis vanduo Žemėje. Besiformuojanti Žemė greičiausiai patyrė milžinišką susidūrimą su Marso dydžio objektu; šio susidūrimo išmesta medžiaga suformavo Mėnulį. Lakūs cheminiai elementai ir junginiai, tokie kaip vanduo, susidūrimo metu turėjo beveik visiškai išgaruoti ir susimaišyti. Abiejuose po susidūrimo besiformuojančiuose kūnuose – Žemėje ir Mėnulyje – jie turėjo pasiskirstyti vienodai – nebūtinai vienodais kiekiais, tačiau vienodais izotopiniais santykiais. Izotopai yra atomų atmainos, turinčios skirtingą neutronų kiekį, pavyzdžiui įprastas deguonis turi 8 protonus ir 8 neutronus, o deguonis-17 – devynis neutronus. Taigi tik susiformavusiuose Žemėje ir Mėnulyje vandens molekulių dalis su deguonimi-17 turėjo būti vienoda. Dabar, ištyrus Žemės ir Mėnulio uolienų mėginius paaiškėjo, kad skirtumas tarp deguonies-17 gausų vandenyje yra tik 3-4 dalys milijone (t.y. tarp milijono vandens molekulių Žemėje rasime tik 3-4 molekulėmis pasunkinto vandens daugiau, nei Mėnulyje). Toks skirtumas yra labai nedidelis ir leidžia spręsti, kad didžioji dalis vandens Žemėje buvo dar iki Mėnulį suformavusio susidūrimo. Stebimas skirtumas galėjo atsirasti vėliau, kai kometos ir asteroidai toliau atnešė vandens, bet šis vėlesnis vandens papildymas tegalėjo sudaryti tik 5-30% viso Žemės vandens. Šis atradimas padeda geriau suprasti ir Žemės ankstyvąją evoliuciją, ir galimą egzoplanetų evoliucijų įvairovę. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Gyvybė Veneros debesyse? Gyvybės paieškos Saulės sistemos įprastai krypsta tolyn nuo Saulės – į Marsą, Jupiterio ir Saturno palydovus. Bet ir arčiau Saulės egzistuoja terpė, kuri galėtų tikti mikroorganizmams – Veneros debesys. Maždaug 50 km aukštyje virš Veneros paviršiaus, žemutiniame jos debesų sluoksnyje, temperatūra ir slėgis yra panašūs į žemiškus, taip pat ten yra daug sieros rūgšties aerozolių, kurie iš principo galėtų tapti maisto medžiagomis. Naujame tyrime aptariama galimybė, kad gyvybė Veneros debesyse paaiškintų planetos ultravioletinio spektro variacijas, kurios kol kas nėra išaiškintos. Gyvybės egzistavimui reikalingos sąlygos, atrodo, tikrai gali būti pasiekti Veneros debesyse: ten yra pakankamai medžiagos, kad išsilaikytų globalus vandens, mikroorganizmų ir maisto balansas, vėjai gali efektyviai transportuoti medžiagą nuo paviršiaus ir nuo atmosferos viršaus į šį biologiškai aktyvų regioną, o įmanomas biomasės kiekis galėtų paaiškinti ir ultravioletines spektro savybes – kontrasto ir Saulės šviesos atspindėjimo pokyčius laike ir erdvėje. Aišku, tai nėra įrodymas, kad ten egzistuoja gyvybė, bet rezultatai verčia rimtai apsvarstyti tokią hipotezę. Netolimoje ateityje eksperimentais turėtų būti įmanoma patikrinti šią hipotezę. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Saturno žiedų ir mėnulių šešėliai. ©NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute
Saturno žiedų ir mėnulių šešėliai. ©NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Savaitės paveiksliukas – gražus prisiminimas apie Cassini misiją ir jos daugybę nuotraukų. Vienoje iš jų, darytoje 2005 metais, matome palydovus Mimą ir Tetidę abipus žiedų, o žiedai meta šešėlį ant planetos. Šešėliai puikiai atskleidžia žiedų struktūros įvairovę.

***

Merkurijui analogiška egzoplaneta. Merkurijus, vidinė Saulės sistemos planeta, nuo kitų uolinių planetų labai skiriasi savo chemine sudėtimi. Veneros, Žemės ir Marso masė susideda iš maždaug 30% metalinio branduolio ir 70% silikatinės mantijos, tuo tarpu Merkurijaus – atvirkščiai. Tą parodo ir jo tankis – nors jis yra beveik toks pat, kaip Žemės, bet Žemės tankį labai padidina jos gravitacija, o atmetus šį efektą, Merkurijaus tankis tampa beveik pusantro karto didesnis nei mūsų planetos. Yra keletas hipotezių, kodėl Merkurijaus sudėtis taip skiriasi nuo kitų planetų – galbūt jo mantija išgaravo, galbūt ją numušė stiprus smūgis planetos jaunystėje, o gal tiesiog toje protoplanetinio disko dalyje, kurioje jis formavosi, silikatų buvo labai mažai. Bet jas patikrinti sudėtinga, turint tik vieną pavyzdį. Praeitą savaitę pristatyta nauja egzoplaneta, K2-229b, kurios cheminė sudėtis praktiškai atitinka Merkurijaus. Tiesa, jos masė pustrečio karto viršija Žemės masę, bet ji yra arčiausia savo žvaigždei toje sistemoje (joje žinomos dar dvi planetos). Planetos tankis pusantro karto viršija Merkurijaus – vėlgi, dėl gravitacijos, kuri planetą sudarantį metalą ir uolienas verčia susispausti glaudžiau. Kol kas neaišku ir kaip susiformavo K2-229b, tačiau tolesni jos tyrimai padės patikrinti tokių tankių planetų formavimosi hipotezes. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Kompiuterizuota diskų paieška. Kosminių nuolaužų diskai, panašūs į Asteroidų bei Kuiperio žiedus Saulės sistemoje, yra svarbi planetų formavimosi proceso dalis. Juos įmanoma aptikti pagal skleidžiamą infraraudonąją spinduliuotę, tačiau infraraudonus spindulius skleisti gali ir kitos žvaigždės, galaktikos, ūkai ir taip toliau, todėl automatiškai aptikti diskus yra sudėtinga. Iš kitos pusės, žmonės juos nuo netikrų signalų atskiria lengvai, todėl piliečių mokslo projektai, skirti diskų paieškai, yra efektyvūs. Visgi didžiuliai duomenų kiekiai riboja ir piliečių mokslo efektyvumą. Dabar pristatyta kompiuterizuota diskų paieškos sistema, besiremianti piliečių mokslo projektų rezultatais. Rezultatai – identifikuoti nuolaužų diskai ir netikri signalai – iš piliečių mokslo projektų panaudoti besimokančio algoritmo apmokymui. Gautas algoritmas gali labai sparčiai ir efektyviai aptikti diskus. Jo patikimumas toks pat, kaip klasifikaciją vykdančių žmonių, o greitis – žymiai didesnis. Toks duomenų analizės būdas, apjungiantis piliečių mokslo ir automatizuotas sistemas, ateityje galėtų būti pritaikytas ir kitų didelių duomenų rinkinių, pavyzdžiui planetas tyrinėsiančio teleskopo TESS stebėjimų, analizei. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy and Computing.

***

Tabi žvaigždė pritemo. Viena įdomiausių ir keisčiausių Keplerio atrastų žvaigždžių – KIC 8462852, geriau žinoma kaip Tabi žvaigždė pagal jos keistą elgesį atradusios mokslininkės Tabitha Boyajian vardą – prieš dvi savaites vėl pritemo, daugiau nei bet kada nuo 2013 metų balandžio. Pritemimas prasidėjo kovo 16 dieną, o baigėsi tik praeitą savaitę, kovo 28-ąją. Mažiausias šviesis per šį laikotarpį buvo beveik 5% mažesnis už vidutinį – toli gražu ne tiek mažai, kaip per didžiausius užtemimus 2011 ir 2013 metais, bet vis tiek labai daug. Bet kuriai kitai žvaigždei toks pritemimas atrodytų labai reikšmingas. Tokį žvaigždės elgesį paaiškina šiuo metu tikėtiniausia laikoma hipotezė – žvaigždę supa dulkių ir nuolaužų žiedas, kuris kartais pridengia dalį žvaigždės ploto. Įdomu ir tai, kad po pritemimo pabaigos paskutinę savaitę žvaigždės šviesis nusistovėjo maždaug 0,5% mažesnis, nei iki jo – panaši situacija buvo stebėta pernai, kai tarp dviejų gilesnių (1,5-2,5%) pritemimų apie dvidešimt dienų žvaigždės šviesis nekito ir buvo 0,5% mažesnis už ilgalaikį vidurkį. Tokie ilgalaikiai stebėjimai padeda geriau suprasti, kodėl žvaigždė pritemsta ir kodėl tai vyksta nereguliariai. Ateityje šios žinios padės geriau interpretuoti ir kitų žvaigždžių stebėjimų duomenis.

***

Magelano žvaigždė-pabėgėlė. Paukščių Take yra žinomos keliolika žvaigždžių, judančių taip greitai, kad laikui bėgant paliks Galaktiką. Viena iš jų atsiradimo hipotezių teigia, kad jos, ar bent dalis jų, jau yra atlėkusios iš už Galaktikos ribų – iš palydovinių galaktikų Didžiojo ir Mažojo Magelano debesų. Dabar Mažojo Magelano debesies pakraštyje aptikta žvaigždė, judanti Saulės link 300 km/s greičiu – daugiau nei dešimt kartų greičiau, nei įprasta žvaigždėms šioje galaktikoje. Žvaigždės amžius yra apie 30 milijonų metų; ji greičiausiai susiformavo dvinarėje sistemoje viename iš žvaigždėdaros regionų Mažajame Magelano debesyje, o išsviesta iš jo buvo kai jos kompanionė sprogo supernova. Ateityje ši žvaigždė irgi sprogs kaip supernova ir gali praturtinti galaktikos pakraščius sunkiais cheminiais elementais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ypatingai greita supernova. Supernovų sprogimai yra vieni iš greičiausiai kintančių reiškinių astronomijoje, bet ir jie trunka savaites ar mėnesius, o supernovos liekana dažnai būna intensyviai stebima ne vienerius metus. Bet egzistuoja žvaigždžių sprogimų klasė, vadinama greitai evoliucionuojančiais šviesiais trumpalaikiais reiškiniais (angl. fast-evolving luminous transient, arba FELT), kurie nušvinta ir išblėsta per keletą dienų ar savaičių. Dar neseniai juos aptikti ir stebėti buvo labai sudėtinga, nes astronomai ir teleskopai nespėdavo pakankamai greitai sureaguoti, bet dabar jie aptinkami vis dažniau. Dabar pristatyta sprogimo KSN 2015K, atrasto Keplerio teleskopu, analizė. Šis sprogimas sušvito vos per dvi su trupučiu dienos, o paskui išblėso dvigubai per mažiau nei septynias paras. Nors KSN 2015K maksimalus šviesis labai panašus į Ia tipo supernovos, kylančios sprogstant baltajai nykštukei, šviesos kreivė labai skiriasi ir vykstantis procesas neabejotinai yra kitoks. Tyrėjai, remdamiesi skaitmeniniais modeliais, teigia, kad šis sprogimas įvyko aplinkoje, kurią žvaigždė iki sprogdama užpildė santykinai labai tankia medžiaga. Dėl to sprogimo pradžia buvo nelabai matoma, bet suformavo per aplinkžvaigždinę terpę sklindančią smūginę bangą. Šiai išsiveržus iš tankių dujų regiono pamatėme labai greitą šviesio išaugimą, o bangai praėjus – staigų sumažėjimą. Tolesnių šio ir kitų panašių objektų stebėjimų analizė leis patikrinti šią hipotezę ir geriau suprasti, kaip gyvenimus baigia masyvios žvaigždės. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Galaktika be tamsumos. Standartinis kosmologinis modelis teigia, kad galaktikos formuojasi tamsiosios materijos haluose, o galaktikos žvaigždžių masė neviršija kelių (maždaug trijų) procentų halo masės. Net ir ši vertė pasiekiama tik maždaug Paukščių Tako masės galaktikoms, o masyvesnėse ir mažesnėse galaktikose dar labiau dominuoja tamsioji materija. O dabar atrasta galaktika, gerokai mažesnė už Paukščių Taką, kurioje tamsiosios materijos galimai nėra išvis. Galaktika NGC 1052-DF2 priklauso „ypatingai pasklidusių“ (angl. ultra-diffuse) tipui, tai reiškia, kad jos žvaigždės ir dujos pasklidusios gerokai didesniame dangaus plote, nei tokia pati masė žvaigždžių ar dujų, esančių įprastose galaktikose. Šioje galaktikoje aptikta dešimt kamuolinių spiečių ir išmatuoti jų judėjimo greičiai. Jie leidžia nustatyti galaktikos gravitacinio potencialo stiprumą, o šis yra proporcingas masei. Taip apskaičiuota, kad maksimali galaktikos masė neviršija žvaigždžių masės net dvigubai; kitaip tariant, tamsiosios materijos galaktikoje yra mažiau, nei žvaigždžių. Gali būti, kad tamsiosios materijos ten nėra apskritai – mažiausia įmanoma galaktikos masė, apskaičiuota remiantis kamuolinių spiečių judėjimu, yra mažesnė, nei žvaigždžių masė. Toks objektas – kol kas unikalus Visatoje, panašios žvaigždinės masės galaktikose įprastai yra bent 30, o tipiškai – apie 400 kartų daugiau tamsiosios materijos, nei žvaigždžių. Įdomu tai, kad šio atradimo paaiškinti neįmanoma ir alternatyviomis teorijomis, kuriomis siekiama pakeisti tamsiąją materiją kažkuo kitu; netgi priešingai, standartinis modelis ir jo leidžiama tamsiosios materijos bei žvaigždžių masės santykio variacija yra tikėtiniausias paaiškinimas, nors šis objektas yra tikrai ekstremalus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.