Kąsnelis Visatos CCCXXIX: Gama spinduliai

Gama spinduliuotė – ypatingai pavojinga, tad geriau būtų, jei arti mūsų ji neatlėktų. Bet atlekia: net žaibų išlydžiai sukuria gama spindulių. Taip pat kartais (kas keletą milijonų metų) mus pasiekia šiek tiek gama spindulių iš kur nors netoli sprogusios supernovos. O kosmoso tolybėse gama spinduliuotės gali skleisti greitieji radijo žybsniai ir medžiagą ryjančios juodosios skylės. Apie šias ir kitas praėjusios savaitės naujienas bei atradimus skaitykite, kaip visad, po kirpsniuku.

***

Gama spinduliai žaibuose. Prieš maždaug du dešimtmečius netikėtai nustatyta, kad žaibų išlydžiai Žemės atmosferoje sukuria gama spindulius, o tokius žybsnius galima užfiksuoti prietaisais, skirtais stebėti kosminius gama spindulių žybsnius. Pirmieji atradimai padaryti kosminiais detektoriais, bet prieš maždaug penkerius metus atmosferiniai gama žybsniai aptikti ir antžeminio detektoriaus, esančio Jutos valstijoje, duomenyse. Dabar pristatyti nauji dešimties tokių žybsnių duomenys, surinkti tuo pačiu detektoriumi – tai yra didesnis žybsnių skaičius, nei per tą patį laikotarpį aptikta likusioje Žemės dalyje. Šie duomenys padeda žymiai geriau suprasti, kaip susidaro gama spinduliuotė. Nustatyta, kad gama spinduliai atsklinda iš 3-5 km aukščio ir susidaro ten per pirmas 1-2 milisekundes po žaibo pirmtako (siauro jonizuotos medžiagos srauto, judančio iš debesies žemės link) atsiradimo. Kiekvienas žybsnis susideda iš keleto labai trumpų, iki 10 mikrosekundžių, blyksnių, kurie visi pasiekia detektorių per mažiau nei milisekundę. Be to, gana aišku, kad gana spinduliai daugiausiai nukreipti būtent žemyn; tą patvirtina ir skaitmeniniai modeliai, rodantys, kad jie turėtų plisti 16 laipsnių kūgyje. Šie atradimai neleidžia vienareikšmiškai atsakyti, kaip žaibo išlydis suformuoja gama spindulius, ir ypač kodėl ne visi išlydžiai sukuria žybsnius; visgi tai yra reikšmingas indėlis į bendrą supratimą apie šį reiškinį. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research Atmospheres.

***

Supernovos – išnykimų kaltininkės? Prieš pustrečio milijono metų Žemės klimatas pasikeitė – baigėsi plioceno ir prasidėjo pleistoceno epocha. Pastaroji pasižymėjo temperatūrų nukritimu, ledynmečiu, daugelio rūšių išnykimu ir palyginus staigiais biologinės įvairovės pokyčiais. Nors visus šiuos pokyčius didele dalimi galima paaiškinti Žemės orbitos kitimu, iš dalies prie jų prisidėjo ir supernova, kurios sprogimo banga kaip tik prieš 2,5 milijono metų pasiekė Žemę. Ši supernova sprogo už 50-100 parsekų – tokiu atstumu įvykęs sprogimas nebuvo tiesiogiai pavojingas Žemės biosferai. Tačiau supernovos sukurti kosminiai spinduliai galėjo reikšmingai paveikti Žemės ozono sluoksnį. Praėjus šimtui metų po pirmųjų dalelių atskridimo į Žemę, ozono sluoksnis turėtų sumažėti apie 20 procentų, lyginant su laiku prieš supernovą; po trijų šimtmečių sumažėjimas yra dar reikšmingesnis ir siekia apie 25 procentus. Toks staigus ir reikšmingas ozono sluoksnio pokytis gali sukelti daugybę biosferą keičiančių reiškinių, nuo individualiems organizmams pavojingų vėžinių susirgimų padidėjimo iki planktono fotosintezės sulėtėjimo. Šie pokyčiai gali sukurti naujų ekologinių nišų, kurios leidžia išsivystyti naujoms rūšims. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Kol kas daugumai kosminių skrydžių, bent jau nuo Žemės paviršiaus, naudojamas cheminis kuras, kuris yra labai neefektyvus. Daug efektyvesni yra jonų varikliai, naudojami kai kuriuose palydovuose. Kaip jie veikia ir kodėl nėra naudojami plačiau, pasakoja Fraser Cain:

***

Žemė ir Mėnulis iš palydovo-kubiuko Mars Cube One. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech
Žemė ir Mėnulis iš palydovo-kubiuko Mars Cube One. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech

Du taškeliai šioje nuotraukoje – tai Žemė ir Mėnulis. Tikrai ne pirma panaši nuotrauka, ir ne gražiausia, bet ši – padaryta iš palydovo-kubiuko (CubeSat'o), kuris šiuo metu yra pakeliui į Marsą. Jis ją padarė nutolęs per milijoną kilometrų nuo Žemės – toliau, nei bet koks kitas ankstesnis kubiukas. Palydovai Marsą pasieks lapkričio pabaigoje, kur bus bandomi kaip ryšių palydovai.

***

Pataisytas Smalsiuko grąžtas. Prieš daugiau nei pusantrų metų sugedęs pagrindinis marsaeigio Curiosity grąžtas netrukus turėtų būti pataisytas. Dar vasario mėnesį marsaeigio komanda išbandė naują gręžimo metodą, kuriuo Smalsiukas gręždamas panaudoja grąžtą laikančios rankos svorį, taip spausdamas jį žemyn. Toks gręžimo būdas primena įprasto grąžto naudojimą buityje – jį spaudžiame savo kūno svoriu. Tačiau ta sistema neturėjo vienos svarbios dalies – smūginio gręžimo galimybės, labai naudingos gręžiant kietą paviršių, tokį, kaip Marso pluta. Savaitgalį tokia sistema išbandyta. Sugebėti prasigręžti į Marso uolienas yra labai svarbu, norint ištirti planetos paviršių formavimosi istoriją, nes tai, kas matoma ant paviršiaus, yra tik menka dalis visos reikalingos informacijos. Kol kas nepranešama, kaip praėjo šis bandymas, bet reikia tikėtis, kad viskas buvo sėkminga ir Curiosity netrukus vėl galės pradėti gręžimo darbus.

***

Ledynmečiai pasvirusiose egzoplanetose. Žemės ašis į orbitos plokštumą pasvirusi 23,5 laipsnio kampu – kampas nemažas, tačiau išlieka stabilus milijardus metų, nes Mėnulis neleidžia Žemei stipriai svyruoti. Kitų planetų orbitos – ir jų polinkio kampas, ir elipsiškumas – gali kisti daug sparčiau. Dabar labai detaliais skaitmeniniais modeliais parodyta, kad toks kintamumas sukelia ledynmečius net ir planetose, kurios yra gyvybinėje savo žvaigždžių zonoje. Modeliuose, lyginant su ankstesniais darbais, gerokai patobulintas ledynų formavimosi ir tirpimo modelis. Jis leido nustatyti, kad stipriai kintant planetos ašies posvyriui, ledynai labiau linkę nestabiliai augti (t. y. sukurti „sniego gniūžtės“ būseną), negu tirpti (t. y. sukurti visiškai ledynų neturinčią planetą). Šis atradimas padės geriau pasirinkti egzoplanetas tolesniems tyrimams: jei atrasta planeta yra gyvybinėje zonoje, tačiau modeliai rodo, kad jos orbita gali būti nestabili, tikimybė, kad planeta tinka gyvybei, yra gana menka. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Artimos Saulei nykštukės. Baltosios nykštukės – žvaigždžių, mažesnių nei 8 Saulės masės, liekanos – yra labai svarbios Visatos evoliucijos tyrimams, mat jos gali sprogti Ia tipo supernovomis, kurių šviesis visada yra beveik vienodas. Taigi aptikę tokią supernovą, galime nustatyti atstumą iki jos – tai padeda išmatuoti atstumus iki labai tolimų galaktikų ir sukalibruoti Visatos plėtimosi modelius. Tačiau tam reikia gerai suprasti ir supernovų sprogimus, o šiems – suprasti baltųjų nykštukių savybių įvairovę. Dabar pristatytas beveik 14 tūkstančių baltųjų nykštukių, esančių iki šimto parsekų atstumu nuo Saulės, katalogas, gautas iš Gaia kosminės observatorijos duomenų. Iki šiol buvo žinoma tik apie 500 baltųjų nykštukių Saulės aplinkoje, taigi šis atradimas padidina jų skaičių beveik trisdešimt kartų. Turint tiek duomenų, galima daryti išvadas ir apie nykštukių masės pasiskirstymą bei kitas savybes. Nustatyta, kad apie 15 procentų stebimų baltųjų nykštukių susiformavo susijungus dviem mažesnėms – šis skaičius yra gana didelis ir leidžia teigti, jog nemaža dalis Ia tipo supernovų irgi kyla po dviejų baltųjų nykštukių susijungimo, o ne vienai nykštukei išaugus iki pernelyg didelės masės. Taip pat nustatyta, kad apie 36% nykštukių turi helio atmosferas, t. y. iki pavirsdamos nykštukėmis šios žvaigždės nespėjo sudeginti arba išpūsti viso turėto helio. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Keistų žvaigždžių žybsniai. Per pastarąjį dešimtmetį aptikta kelios dešimtys greitų radijo žybsnių – labai trumpų energingų radijo bangų pliūpsnių, atsklindančių greičiausiai iš už Galaktikos ribų. Dažniausiai jie nepasikartoja, ir kol kas visiškai neaišku, kokie procesai juos sukelia; hipotezės apima viską nuo juodųjų skylių akrecijos keistumų iki pulsarų ar žvaigždžių sprogimų. Dabar pasiūlyta dar viena – tiesiogine to žodžio prasme keista – idėja. Gali būti, kad žybsniai kyla žvaigždėse, sudarytose iš neįprastos materijos, turinčios keistųjų kvarkų. Kvarkai yra subatominės dalelės, iš kurių susideda protonai ir neutronai; pastarieji susideda tik iš dviejų kvarkų tipų – aukštutinio ir žemutinio, bet egzistuoja dar keturi, tarp kurių yra ir keistieji. Žinoma daug dalelių, kurios susideda iš aukštutinių, žemutinių ir keistųjų kvarkų. Ekstremalioje gravitacijoje galėtų atsirasti žvaigždė, dar tankesnė už neutroninę, susidedanti iš šių trijų kvarkų tipų, o jos paviršiuje galėtų egzistuoti plona protonų ir neutronų pluta. Medžiagai krintant ant tokios žvaigždės iš aplinkos, jos pluta tampa vis sunkesnė, kol galiausiai kolapsuoja į kvarkų mišinį, kartu išlaisvindama labai daug energijos. Šios energijos pakanka, kad žvaigždės paviršiuje susidarytų daugybė elektronų-pozitronų porų. Tokios žvaigždės, panašiai kaip neutroninės žvaigždės, turėtų turėti labai stiprų magnetinį lauką, kuris įgreitintų elektronus ir pozitronus, o jie, besisukdami magnetiniame lauke, spinduliuotų radijo bangas. Visas procesas truktų labai mažą laiko tarpą, todėl iš toli jį matytume kaip trumpą radijo bangų žybsnį. Priklausomai nuo aplinkos sąlygų, procesas galėtų kartotis ir gana dažnai – jei aplink žvaigždę yra pakankamai medžiagos, kuri gali atauginti plutą, – ir praktiškai niekada. Šis modelis paaiškina stebimas radijo žybsnių savybes ir prognozuoja, kad su jais turėtume matyti ir šiek tiek rentgeno bei gama spindulių, kuriuos turėtų pavykti aptikti ateities teleskopais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Lazeris žvaigždės ūke. Kasdieniame gyvenime su lazeriais susiduriame gana dažnai: apšvietime, komunikacijose ir taip toliau. Kosmose kartais irgi susidaro natūralūs lazeriai – tarpžvaigždinės terpės sąlygos, kuriose sklindanti spinduliuotė yra gerokai sustiprinama. Dabar toks lazeris aptiktas ūke Menzel 3, susidariusiame aplink neseniai mirusią už Saulę truputį masyvesnę žvaigždę. Žvaigždė po savęs paliko baltąją nykštukę, o ją gaubia dujų apvalkalas, dėl istorinių priežasčių vadinamas planetiniu ūku. Lazerio efektas aptiktas stebint neutralaus vandenilio emisijos linijas, kylančias vandeniliui rekombinuojant, t. y. protonui prisijungiant elektroną ir pavirstant neutraliu vandeniliu. Lazerio egzistavimas reiškia, kad aplink baltąją nykštukę yra tankus dujų žiedas, kurį matome iš šono – tik tokiu būdu dujos gali pasiekti pakankamą tankį, kad sukurtų lazerį. Diskas protoplanetiniame ūke šiaip sau nesusiformuoja – dujos tiesiog sukristų į baltąją nykštukę. Greičiausiai nykštukė turi kompanionę, kurios gravitacija ištampė dujas ir leido joms nusėsti į apskritiminę orbitą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ultravioletinės spinduliuotės erdvėlapis. Jaunos žvaigždės spinduliuoja daug ultravioletinių spindulių, todėl kuo geriau žinosime, iš kur ši spinduliuotė atsklinda ir kokios yra jos savybės, tuo geriau galėsime suprasti įvairių galaktikų žvaigždėdaros istorijas per pastaruosius pusę milijardo metų. Tai yra labai svarbu, norint išsiaiškinti detales apie žvaigždžių formavimosi procesą. Dabar pristatytas detaliausias ultravioletinės spinduliuotės šaltinių erdvėlapis. Tai yra LEGUS apžvalgos, skirtos ultravioletinės spinduliuotės už Paukščių Tako ribų nagrinėjimui, naudojant archyvinius Hubble teleskopo duomenis, dalis. Šis erdvėlapis ir jo katalogas apima 39 milijonus žvaigždžių ir daugiau nei 8000 spiečių. Tolesnė katalogo analizė padės geriau suprasti, kaip siejasi žvaigždžių formavimasis su galaktikų struktūra, kaip žvaigždėdaros procesas sklinda galaktikose, bei netgi padės išsiaiškinti daugiau apie pirmąsias Visatos žvaigždes.

***

Šviesiausias kvazaras Visatoje. Kvazarai yra ypatingai šviesūs objektai – aktyvūs galaktikų branduoliai, kuriuose medžiaga sparčiai krenta į juodąją skylę ir spinduliuoja labai daug energijos. Dabar atrastas pats šviesiausias toks objektas, kodiniu numeriu SMSS~J215728.21-360215.1. Plika akimi jo nepamatysite, bet tik todėl, kad jis yra labai labai toli – jo šviesa iki mūsų keliauja daugiau nei 12 milijardų metų. O jo šviesis beveik kvadrilijoną kartų viršija Saulės šviesį, arba šimtą tūkstančių kartų – viso Paukščių Tako. Tokiam šviesiui sukurti į juodąją skylę per metus turi įkristi daugiau nei 400 Saulės masių medžiagos. Nežinia, kokios masės juodoji skylė ten ryja medžiagą, bet ji turi būti bene masyviausia kada nors atrasta – maždaug 20 milijardų kartų masyvesnė už Saulę. Tai, kad tokia masyvi juodoji skylė egzistavo praėjus vos pusantro milijardo metų po Didžiojo sprogimo, apriboja galimus juodųjų skylių formavimosi ir evoliucijos modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tolimiausias Visatos deguonis. Iškart po Didžiojo sprogimo Visatoje buvo tik vandenilio, helio ir šiek tiek ličio. Sunkesni cheminiai elementai atsirado tik vėliau, pirmosiose žvaigždėse. Tam, kad galėtume aptikti šiuos elementus, pavyzdžiui deguonį, konkrečioje galaktikoje, jo ten turi būti pakankamai; vienos žvaigždės neužtenka. Geriausi šiandieniniai modeliai rodo, kad pakankamai deguonies susiformuotų tik per maždaug 250 milijonų metų. O dabar deguonis aptiktas galaktikoje, kurios šviesa iki mūsų keliauja 13.28 milijardo metų. Tai reiškia, kad matome ją tokią, kokia ji buvo Visatai esant vos 500 milijonų metų amžiaus. O žvaigždės joje turėjo pradėti formuotis vos 250 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Tai yra ne pirmas panašus atradimas apie labai ankstyvą žvaigždėdarą – prieš porą mėnesių buvo aptikti netiesioginiai įrodymai, kad žvaigždės ėmė formuotis 180 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Naujasis atradimas sustiprina šiuos įrodymus ir leidžia tikėtis ateityje aptikti daugiau panašių galaktikų bei taip ištirti Visatos cheminės evoliucijos pradžią. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

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 *