Kuo ilgieji gama spindulių žybsniai susiję su superšviesiomis supernovomis? Kaip pagerinti kosminių skrydžių efektyvumą? Iš kur atsirado Marso ir Jupiterio palydovai? Atsakymai į šiuos bei kitus klausimus laukia jūsų kąsnelyje, po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Pradėkime nuo paveiksliuko. Trečiadienį į orbitą sėkmingai pakilo TESS – naujausias egzoplanetų ieškosiantis teleskopas. Čia matome jį keliančios Falcon 9 raketos variklių liepsnas. Apie TESS plačiau parašysiu atskiru įrašu artimiausiu metu.

***

Kosminiai teleskopai – visiems. Pastaruoju metu kosmosas tampa vis prieinamesnis – pingantys skrydžiai ir kitos technologijos leidžia, pavyzdžiui, studentų grupėms paleisti savo palydovus-kubiukus ir atlikti tyrimus kosmose. Bet yra manančių, kad to toli gražu negana. Štai viena Kalifornijos kompanija, SpaceFab, planuoja pagaminti ir į kosmosą iškelti nedidelį, 21 cm skersmens, teleskopą, kuris būtų prieinamas praktiškai kiekvienam norinčiam. Žinoma, tam reikės sulaukti eilės, tačiau iš principo teleskopas turėtų galėti stebėti ir Žemę, ir kosmosą, o jį valdyti būtų galima su išmaniojo telefono programėle. Šiuo metu kompanija pritraukė pradinį finansavimą, o daugiau lėšų renka Kickstarter kampanijoje, siūlydami pasidaryti kosmines asmenukes – nuotraukas, kuriose šalia kosmoso vaizdo matytųsi teleskopo dalis, rodanti jūsų pasirinktą vaizdą. Apskritai teleskopas būtų pritaikomas ir moksliniams tyrimams, nuo egzoplanetų tranzitų stebėjimų iki supernovų gaudymo. Belieka laukti ir žiūrėti, ar planai pavyks – numatoma, kad teleskopas bus paleistas į orbitą 2019 metų pabaigoje.

***

Vandenynų magnetinis laukas. Žemės magnetinį lauką kuria dinamo efektas – skystame branduolyje judančios geležies srovės trinasi tarpusavyje ir generuoja nuolatinį magnetinį dipolį (t.y. šiaurinį ir pietinį polius turinčią magnetinę struktūrą). Taip pat magnetiniam laukui įtakos turi įvairūs kiti efektai – Saulės vėjas, uolienos plutoje bei mantijoje, ir netgi vandenynai. Dabar pirmą kartą išmatuota, koks yra vandenynų poveikio magnetiniam laukui stiprumas. Europos kosmoso agentūros trijų palydovų tinklas Swarm, nuo 2013 metų stebintis magnetinius procesus, vandenynų bei atmosferos cirkuliaciją Žemėje, neseniai buvo sukonfigūruotas taip, kad stebėtų magnetinio lauko pokyčius, atsirandančius dėl vandenynų judėjimo. Sūrus vanduo, judėdamas per Žemės magnetinio lauko linijas, sukuria nedidelę elektros srovę, o ši savo ruožtu sukuria magnetinį lauką, kuris priešinasi pagrindiniam. Vandenynų magnetinis laukas yra palyginus silpnas – nesiekia dešimtadalio vidutinės Žemės magnetinio lauko vertės, – todėl iki šiol ir nepavyko jo išmatuoti. Geresnis supratimas apie magnetinį lauką ir jo kitimą padės geriau prognozuoti ir kosminių orų poveikį Žemei. Tyrimo rezultatai pristatyti Europos geofizikos sąjungos susitikime.

***

Efektyvesni kosminiai skrydžiai. Kosminiai skrydžiai kainuoja labai daug – tai yra viena iš priežasčių, kodėl ši sritis vystosi lėčiau, nei norėtųsi. Vienas iš būdų juos atpiginti – sukurti efektyvesnius kosminių misijų planus, kuriuose būtų įtraukiami keli skrydžiai, skirti vienai misijai įgyvendinti. Dabar grupė mokslininkų pristatė logistinius planus, kaip padidinti skrydžių efektyvumą. Tam reikia apjungti didelės galios raketas, kurios gabena žmones ir kai kurias atsargas, bei gerokai lėtesnių raketų skrydžius, kuriais gabenamos kitos atsargos. Pastarieji skrydžiai išnaudoja gerokai mažiau kuro, todėl yra pigesni, bet žmonėms skristi netinka dėl trukmės. Bet tokiu būdu būtų galima, pavyzdžiui, į Mėnulį ar Marsą nugabenti tyrimų stoties detales, o tada astronautai ten galėtų skristi palyginus greitai ir su mažai bagažo, tad jų skrydis irgi būtų pigesnis nei gabenant viską kartu. Tokius skrydžius planuoti būtų sudėtingiau nei dabartinius pavienius, bet galima išlošti nemažą efektyvumo padidėjimą. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose Journal of Spacecraft and Rockets: pirmasis ir antrasis.

Kitas būdas efektyvumui padidinti – daugkartinio naudojimo raketos. SpaceX jau ne pirmus metus atgauna pirmąsias savo raketų pakopas, tačiau antrosios pakopos, kurios užbaigia krovinio kėlimą į orbitą, kol kas lieka vienkartinės. Bet ir čia SpaceX turi planų: praeitą savaitę Elonas Muskas kiek paslaptingai pranešė, kad bandys atgauti antrąją pakopą naudodami didžiulį balioną ir nutupdyti ją ant „minkšto namo“. Nors daugiau detalios informacijos nepateikta, spekuliacijų kilo įvairių. „Didžiulis balionas“, ekspertų nuomone, yra baliutas – baliono ir parašiuto hibridas, kuriuo naudojantis raketa galėtų būti sulėtinta ir neapvirstų. Taip būtų išvengiama ir apsilydimo dėl karščio įskridimo į atmosferą metu, ir struktūrinių pažeidimų leidžiantis šonu ar aukštyn kojomis. Tuo tarpu ką reiškia nutūpimas ant minkšto namo, lieka visai neaišku. Greičiausiai raketa bus nuleidžiama ant kažkokios minkštos platformos. Kad ir kas planuojama, tai neįvyko su TESS paleidimu trečiadienį, bet artimiausiu metu greičiausiai sužinosime ir daugiau detalių.

***

Marso palydovų kilmė. Mėnulis greičiausiai susiformavo po to, kai į jauną Žemę smogė maždaug Marso dydžio kūnas Tėja. Dalis mokslininkų mano, kad panaši yra ir Marso palydovų Fobo ir Deimo kilmė. Bet tik dabar pristatytas skaitmeninis modelis, pagrindžiantis tokios hipotezės tikėtinumą. Jei į Marsą būtų atsitrenkęs maždaug tūkstantį kartų mažesnės masės kūnas, o smūgis būtų ne tiesiai į planetą, bet daugmaž praslįstų jos pakraščiu, į orbitą išmesta medžiaga galėtų susijungti į tokius mažus palydovus, kaip Fobas ir Deimas. Šis modelis yra priešingas alternatyvai, jog palydovus Marsas pagavo iš Asteroidų žiedo. Ateityje detalesni Fobo ir Deimo cheminės sudėties tyrimai parodys, kuri hipotezė yra teisingesnė. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Palydovų kūrėjas Saturnas. Jupiteris turi keturis labai masyvius palydovus – Kalistą, Europą, Ganimedą ir Iją. Jų susiformavimas kol kas nėra iki galo paaiškintas – neabejojama, kad jaunystėje aplink Jupiterį buvo protoplanetinis diskas, panašus į tą, iš kurio formavosi Saulės sistemos planetos, bet neaišku, ar jis galėjo turėti pakankamai masės, kad leistų susiformuoti tokiems kūnams. Jupiteris besiformuodamas turėjo atverti kiaurymę Saulės protoplanetiniame diske, tad medžiagos kiekis, galėjęs formuoti diską aplink planetą, buvo labai ribotas. Tačiau dabar naujais skaitmeniniais modeliais parodyta, jog Saturno formavimasis galėjo papildyti Jupiterio diską. Auganti Saturno gravitacija perturbavo uolienų orbitas protoplanetiniame diske ir dalį jį įmetė į Jupiterio atidarytą kiauarymę. Dalis tų uolienų pakliuvo į Jupiterio gravitacinį lauką ir prisijungė prie besiformuojančios jo palydovų sistemos. Modelių rezultatai rodo, kad tikėtinos tokių uolienų susitelkimo orbitos gerai atitinka keturių didžiųjų Jupiterio palydovų orbitas. Taip pat Saturno gravitacija galėjo papildyti ir asteroidų kiekį Asteroidų žiede. Taigi ne tik Jupiteris, bet ir Saturnas buvo labai svarbūs Saulės sistemos formavimesi. Šie rezultatai taip pat leidžia spręsti, kad didelių palydovų prie dujinių milžinių kitose planetų sistemose greičiausiai aptiksime tik tuo atveju, jei planetų milžinių konkrečioje sistemoje yra daugiau nei viena. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Didelių planetų branduoliai. Slegiamos medžiagos elgiasi šiek tiek kitaip, nei neslegiamos – šitą dėsnį žinome gerai, tačiau detalius pokyčius nagrinėti dažnai yra sudėtinga, ypač kai kalbama apie milžiniškus slėgius. Pavyzdžiui tokius, kokie būna planetų branduoliuose. Galaktikoje dažniausiai pasitaikančios planetos yra kiek didesnės už Žemę, bet mažesnės už Neptūną. Jos vadinamos superžemėmis ir greičiausiai yra uolinės, su metaliniais branduoliais, panašiai kaip ir mūsų planeta. Dabar pirmą kartą eksperimentiškai nustatyta, kokias savybes turėtų turėti tokių planetų branduoliai. Lawrence Livermore nacionalinėje laboratorijoje, JAV, lazerių pagalba pavyko suslėgti geležies mėginį iki 14 milijonų atmosferų – keturis kartus aukštesnio slėgio, nei ankstesnis rekordas. Toks slėgis maždaug atitinka tikėtiną slėgį 3-4 kartus už Žemę masyvesnės planetos branduolyje. Nors slėgis išlaikytas tik 30 nanosekundžių, tokio laiko tarpo užteko, kad būtų galima nustatyti mėginio tankį ir garso greitį jame. Šie rezultatai padės geriau suprasti egzoplanetų struktūrą ir jas identifikuoti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Nežemiškų civilizacijų skrydžiai. Dauguma žinomų egzoplanetų yra prie raudonųjų nykštukių – už Saulę mažesnių žvaigždžių, kurių gyvybinė zona yra gerokai arčiau žvaigždės, nei Saulės sistemoje. Be to, dažniausiai pasitaikantis planetų tipas Galaktikoje yra superžemės – keletą kartų už Žemę masyvesnės uolinės planetos. Abu šie aspektai daro tarpplanetines ar tarpžvaigždines keliones tų žvaigždžių sistemose mažiau tikėtinas, nei Žemėje. Problema čia yra ta, kad raketa, varoma cheminiu kuru, turi gabentis jį patį, ir masė, reikalinga norint pasiekti kažkokį baigtinį greitį, nuo to greičio priklauso eksponentiškai. Pabėgimo greitis nuo masyvesnės superžemės paviršiaus yra didesnis, nei nuo Žemės, o pabėgimo greitis iš žvaigždės sistemos, kurioje planetos yra gerokai arčiau žvaigždės, taip pat yra didesnis, nei iš Saulės sistemos. Žemė ir Saulės sistema, pasirodo, egzistuoja maždaug ant tos ribos, kai raketų, varomų cheminiu kuru, skrydžiai dar yra praktiškai įmanomi. Didesnėse planetose tokie skrydžiai būtų teoriškai įmanomi, tačiau labai nepraktiški. Taigi gali būti, kad nežemiškos civilizacijos dažnai netampa daugiaplanetėmis tiesiog dėl to, kad nepajėgia įveikti savo planetos ir žvaigždės gravitacijos. Tyrimo rezultatai arXiv: pirmas straipsnis ir antras.

***

Tėkmių drugelis galaktikoje. Galaktinės tėkmės gali reikšmingai paveikti jų evoliuciją – išstumdamos dujas iš galaktikos, suspausdamos jas ir įkaitindamos. Tėkmes gali sukurti ir žvaigždės – supernovų sprogimai, žvaigždžių vėjai, – ir aktyvūs branduoliai. Kuris procesas yra reikšmingesnis, dažnai pasakyti neįmanoma, nes abu veikia kartu ir tėkmės yra neatskiriamai susimaišiusios. Bet dabar atrasta galaktika, kurioje tėkmės aiškiai atskirtos: vienoje pusėje matyti aktyvaus branduolio kuriama tėkmė, kitoje – žvaigždžių. Besijungiančioje galaktikoje NGC 6240 aptikta jonizuoto deguonies tėkmė, žyminti aktyvaus branduolio poveikį, ir, priešingoje pusėje, jonizuoto vandenilio tėkmė, kokias sukuria žvaigždės. Jų masės išmetimo sparta iš galaktikos yra, atitinkamai, 75 ir 10 Saulės masių per metus – jų suma yra panaši į žvaigždžių formavimosi spartą galaktikoje. Tai reiškia, kad tėkmės turi reikšmingą poveikį galaktikai, o aktyvaus branduolio poveikis yra daugiau nei septynis kartus stipresnis. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip evoliucionuoja galaktikos ir kaip susidaro tėkmės jose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Trūkstamos materijos paieškos. Aplinkinėje Visatoje trūksta maždaug pusės įprastos – barioninės – medžiagos. Toks rezultatas gaunamas palyginus medžiagos tankį aplinkinėje ir labai tolimoje Visatoje: tolimoje praeityje barionų buvo dvigubai daugiau, nei randama dabar. Vadinasi, pusė barionų kažkur pasislėpė. Viena hipotezė, kur jie gali būti, yra retos medžiagos halai aplink galaktikas: šią medžiagą aptikti labai sunku, nes ji yra labai karšta (todėl neturi ryškių spektrinių linijų) ir labai reta (todėl apskritai spinduliuoja labai silpnai). Bet halų masių įvertinimai įprastai remiasi ekstrapoliacija – išmatuojamas tik medžiagos tankis centrinėje halo dalyje ir bandoma įvertinti, kiek medžiagos hale gali būti iš viso. Dabar pristatytas tyrimas, kuriame masė įvertinta be ekstrapoliacijos. Šiame tyrime panaudoti šešių spiralinių galaktikų stebėjimai, kurie buvo sudėti vienas ant kito, taip sustiprinant bendrą signalą. Nustatyta, kad halo dujos sudaro mažiau nei 10% trūkstamų barionų, o žvaigždės – dar apie 17%. Taigi iš viso haluose yra vos kiek daugiau nei ketvirtis trūkstamų barionų, tad jų reikia ieškoti kažkur kitur. Gali būti, kad likusi materija yra gijose tarp galaktikų arba kitokioje, rentgeno spindulių neskleidžiančioje, fazėje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gama žybsnių kilmė. Gama spindulių žybsniai yra labai galingi sprogimai. Supernovos taip pat yra labai galingi sprogimai. Vienas iš supernovų tipų, vadinamas ypatingai šviesiomis supernovomis, turi ir daugiau panašumų su gama žybsniais: jų abiejų centre greičiausiai yra labai stiprų magnetinį lauką turinti neutroninė žvaigždė – magnetaras. Dabar pasiūlytas teorinis modelis, apjungiantis tokias supernovas ir ilgai (daugiau nei keletą sekundžių) trunkančius gama žybsnius. Modelio pagrindas yra magnetaro sukimosi ašies ir magnetinės ašies nesutapimas: jei jis nedidelis, tuomet visa žvaigždės kolapso į magnetarą energija išsviedžiama siauru energingų spindulių pluoštu ir yra matoma kaip gama žybsnis. Jei kampas didelis, tuomet didelė energijos dalis išsklaidoma ir išspinduliuojama visomis kryptimis ir mažesnės energijos dalelėmis, ir yra matoma kaip supernova. Įdomu tai, kad modelis prognozuoja, jog net ir supernovos atveju turėtų egzistuoti medžiagos čiurkšlė, nors ji gali būti net 100 tūkstančių kartų silpnesnė už gama žybsnį. Tokių čiurkšlių aptikimas labai sustiprintų tikimybę, kad šis modelis yra teisingas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kaip atsiranda juodosios skylės ir kaip išgauti iš jų energiją, savaitės filmuke pasakoja Kurzgesagt:

***

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

Laiqualasse