Kąsnelis Visatos CCCXLIII: Smūgiai ir dulkės

Kosminių objektų susidūrimai gali tapti katastrofomis, jei tai yra asteroido smūgis į Žemę ar panašią planetą. Iš kitos pusės, jie gali suteikti labai daug informacijos, nes išlaisvina ir į kosmosą paskleidžia dulkes ir uolienas, kurias tyrinėti gali būti paprasčiau, nei pačias planetas. Šiame Kąsnelyje rasite daug naujienų apie dulkes ir smūgius ir Saulės sistemoje, ir už jos ribų – nuo Mėnulio iki gama spindulių žybsnių. Gero skaitymo!

***

Liepą suėjo 49-eri metai nuo Apollo 11 misijos ir žmonių išsilaipinimo Mėnulyje. Taip pat šiemet NASA švenčia 60 metų jubiliejų. Ta proga agentūros atstovai sukūrė trumpą filmuką apie Mėnulį – gražiausius jo vaizdus iš įvairių misijų, daugiausiai Mėnulio apžvalgos zondo (Lunar Reconnaisance Orbiter), sudėjo į vienos Mėnulio dienos pristatymą. Mažiau nei penkios minutės – pažiūrėti tikrai verta:

***

Mėnulio kolonijų planai. Mėnulio kolonizavimas yra laikas nuo laiko prisimenama tema, apie kurią pastaruoju metu irgi šnekama gana daug. Praeitą savaitę ir NASA vadovas Jimas Bridensteinas, ir JAV viceprezidentas Mike`as Pence`as kalbėjo apie žmonių grįžimą į Mėnulį. Pence`as savo kalboje NASA Johnson kosmoso centre šnekėjo apie Mėnulio vartų (Lunar Gateway) programą, kurios tikslas – iki 2024 metų Mėnulio orbitoje pastatyti kosminę stotį su nuolatine įgula. NASA vadovo žodžiais, Mėnulis turėjo tapti JAV prioritetu nuo 2009 metų, kai buvo nustatyta, jog jame yra gausybė vandens. Kolonija Mėnulyje, pasak jo, yra ir įmanomas, ir reikalingas žingsnis, siekiant plėsti žmonijos egzistenciją už Žemės ribų, nes be Mėnulio ir jame gausimų pamokų Marso kolonizavimas gali pasirodyti tiesiog pernelyg sudėtingas.

Kalbant apie vandenį Mėnulyje, praeitą savaitę pristatyti pirmieji tvirti įrodymai, kad vandens ledas egzistuoja ir Mėnulio paviršiuje, nuolat šešėlyje esančiuose krateriuose arti ašigalių. Apie vandens egzistavimą Mėnulyje žinome jau seniai – jo rasta ir Apollo misijų astronautų pargabentuose mėginiuose, ir smūgių į Mėnulį eksperimentų metu – tačiau anksčiau nebuvo aišku, ar vandens ledo yra Mėnulio paviršiuje. Dabar, naudodamiesi Indijos zondo M3 (Moon Mineralogy Mapper, Mėnulio minerologijos skanerio) duomenimis, mokslininkai aptiko vandens sugerties spektrines linijas nuolatiniame šešėlyje esančiose kraterių dalyse. Tiesa, vandens yra nedaug – vos 3,5% šešėlių dengiamo paviršiaus ploto. Tai gerokai mažesnis kiekis nei, pavyzdžiui, Merkurijuje ar Cereroje, ir greičiausiai reiškia, kad Mėnulio paviršiuje ledas susiformavo iš vandens garų ar buvo atneštas smulkių meteoritų, o ne iškilo iš gelmių, kur vandens turėtų būti gerokai daugiau. Tyrimo rezultatai publikuojami PNAS.

***

Minimėnulių eksploatacijos perspektyvos. Žemė turi vieną nuolatinį palydovą – Mėnulį, tačiau reguliariai aplink mus skraido ir įvairūs minimėnuliai. Tai yra mažyčiai, kelių metrų skersmens asteroidai, kuriam laikui gravitaciškai surišti su Žemės-Mėnulio sistema. Kol kas aptiktas tik vienas toks pakeleivis, bet teoriškai skaičiuojama, kad jų vienu metu gali būti dešimtys. Kol kas juos aptikti sudėtinga dėl mažo dydžio ir greito judėjimo, bet netolimoje ateityje teleskopai, tokie kaip Čilėje statomas LSST, turėtų reikšmingai pakeisti situaciją. Aptikus daug minimėnulių, bus galima juos tyrinėti ir iš arčiau: nuskristi iki tokio objekto užtruktų vos kelias dienas. Minimėnulių tyrimai reikšmingai prisidėtų prie Saulės sistemos mažųjų kūnų pažinimo. Priešingai nei meteoritai, jie nėra sąveikavę su atmosfera, todėl juos galima tyrinėti natūralioje ilgalaikėje aplinkoje. Mažas atstumas ir trumpas skrydžio laikas leistų į Žemę pargabenti didelius uolienų mėginius, kuriuos būtų galima tyrinėti laboratorijose. Be to, minimėnuliai būtų puiki platforma bandomosioms asteroidų kasinėjimo misijoms – net jei juose naudingų išteklių nėra daug, lengvas pasiekimas leistų išbandyti technologijas prieš siunčiant jas į tolimesnes keliones. Komerciniai ir moksliniai tikslai galėtų pasitarnauti vieni kitiems – jungtinės kasinėjimo ir tyrimų misijos būtų ir pigesnės, ir efektyvesnės. Perspektyvos apžvelgiamos straipsnyje, publikuotame žurnale Frontiers in Astronomy and Space Scienes.

***

Žemės priešasteroidinė gynyba. Jei Žemės link artėtų pražūtingas asteroidas, kaip galėtume jį sustabdyti? Kol kas parengtų tam sistemų nėra, bet idėjų – apstu. Viena iš jų yra nuskraidinti iki asteroido kokį nors zondą ir trenkti juo į asteroidą, taip pakeičiant pastarojo orbitą. Jei tai būtų padaryta pakankamai anksti – likus metams ar net dešimtmečiams iki susidūrimo su Žeme – užtektų nedidelės orbitos korekcijos, kad katastrofos būtų išvengta. O dabar pasiūlyta idėja, kaip tokį asteroido nukreipimą padaryti daug efektyvesnį: zondas tiesiog galėtų „pasiimti“ mažesnį asteroidą ir į pavojų keliantį objektą trenktis kartu su šia daug didesne mase. JAV kompanija KinetX Aerospace praeitą savaitę pristatė tokio plano detales. Zondas pirmiausiai iš Žemės nuskristų iki palyginus nedidelio, iki kelių dešimčių metrų skersmens, asteroido kažkur Žemės apylinkėse, prisikabintų prie jo arba atskeltos nuo jo uolienos, ir kartu su ja skristų atgal prie Žemės. Apsukęs ratą aplink planetą ir gravitacinės svaidyklės efekto padedamas gerokai pagreitėjęs, zondas nuskristų iki pavojingojo asteroido ir į jį trenktųsi. Gerokai didesnė zondo ir uolienos masė sukeltų gerokai didesnį asteroido orbitos pokytį, taigi katastrofiško smūgio į Žemę būtų galima išvengti net ir likus palyginus mažam laiko tarpui – mėnesiams ar net savaitėms. Kol kas ši idėja yra tik teorinė, ją reikėtų labai nuodugniai išnagrinėti ir išbandyti, prieš taikant praktikoje. Bet gali būti, kad kada nors būtent taip reikės apginti Žemę nuo pavojaus iš kosmoso.

***

Biopėdsakai tarpplanetinėse dulkėse. Planetos, ypač jaunos, kartais patiria didelių asteroidų smūgius. Jie gali į orbitą išsviesti planetos plutos medžiagą, o ši – ilgai skrajoti tarpplanetinėje erdvėje. Iš principo tarpplanetinių dulkių stebėjimai gali padėti nustatyti, iš kokių junginių susideda planetų plutos, arba netgi ar toje planetinėje sistemoje egzistuoja gyvybė. Dabar pristatyta tokių tyrimų galimybių studija. Joje įvertinta, kiek medžiagos iš Žemės tipo planetos gali išmušti įvairaus dydžio asteroidų smūgiai, kiek ilgai tos dulkės galo išlikti orbitoje aplink žvaigždę ir kaip sudėtinga būtų nustatyti jų sandarą. Skaičiavimai rodo, kad 20 km skersmens asteroidas išmestų apie 40 trilijonų tonų medžiagos. Panašiai tiek yra tarpplanetinių dulkių Saulės sistemoje. Tokį dulkių debesį galėtume aptikti šiuolaikiniais teleskopais, tačiau nustatyti jų cheminei sudėčiai reikėtų gerokai jautresnių prietaisų, kokių dar neturime. Visgi netolimoje ateityje planetinių sistemų dulkių tyrimai gali reikšmingai pagelbėti nustatant ir planetų savybes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Astrometriškai pasverta planeta. Planetų masės įprastai nustatomos radialinių greičių metodu, išmatavus greitį, kuriuo aplink bendrą su planeta masės centrą sukasi žvaigždė. Bet jei žvaigždė yra labai jauna, ji gali būti stipriai dėmėta, greitai suktis ir pulsuoti, o tai labai apsunkina greičio matavimą. Dėl šios priežasties iki šiol nebuvo nustatyta nei vienos jaunos planetos masė. Dabar tai padaryta kitu metodu – išmatavus žvaigždės judėjimą dangaus skliaute. Žvaigždės judėjimą nulemia trys veiksniai – jos savasis greitis judant aplink Galaktikos centrą, paralaksas dėl Žemės judėjimo aplink Saulę ir refleksinis judėjimas dėl sukimosi aplink masės centrą. Naudodamiesi Gaia ir Hipparcos teleskopų, kuriais labai tiksliai matuojamos žvaigždžių padėtys, duomenimis, mokslininkai nustatė, kad žvaigždės Tapytojo betos kompanionė yra 9-13 kartų masyvesnė už Jupiterį. Planeta atrasta dar 2008 metais ir jau seniau žinoma, kad ji yra dujinė milžinė; naujasis atradimas tą patvirtina. Tapytojo betos amžius yra vos 21 milijonas metų, apie 225 kartus mažesnis, nei Saulės. Planetos masės nustatymas leidžia patikrinti planetų formavimosi modelius – gautas rezultatas atitinka „karštojo formavimosi“ modelį, pagal kurį dujinės planetos iškart susiformuoja karštos ir vėliau tik vėsta. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature astronomy.

***

Galaktikos žvaigždėdaros etapai. Mūsų Galaktikos, Paukščių Tako, žvaigždes pagal įvairius požymius galima suskirstyti į dvi grupes. Viena grupė yra jaunesnė, metalingesnė (turi daugiau už helį sunkesnių elementų), buriasi į mažesnius spiečius ir turi mažesnį alfa-elementų ir geležies santykį, o kita – priešingai. Alfa-elementais vadinami cheminiai elementai anglis, deguonis, neonas, magnis ir tolesni, susidarantys prie ankstesnio prijungiant vis naują helio branduolį (alfa dalelę). Daug alfa-elementų turinčios žvaigždžių populiacijos turėjo susiformuoti greitai, per mažiau nei milijardą metų, kol nepradėjo sproginėti Ia tipo supernovos, išmetančios daug geležies. Taigi Paukščių Take dalis žvaigždžių formavosi seniai ir greitai, o dalis – vėliau ir lėčiau. Dabar pristatytas teorinis Galaktikos evoliucijos modelis, paaiškinantis šiuos populiacijų skirtumus. Modelis remiasi ankstesniais darbais, kuriuose jau buvo nagrinėta Galaktikos evoliucija ir žvaigždžių formavimasis dviem etapais, bet čia šios idėjos patikslinamos ir duodamos aiškios prognozės apie žvaigždžių ir dujų cheminės sudėties kitimą. Pirmasis žvaigždžių formavimosi etapas vyko Galaktikos jaunystėje, kai į ją krito šalti tarpgalaktinių dujų srautai. Šie pasiekdavo centrinę Galaktikos dalį ir ten formavo žvaigždes. Vėliau šaltos dujos baigėsi ir prireikė laiko – bent dviejų milijardų metų – kol karštos dujos Galaktikos hale atvėso pakankamai, kad irgi imtų formuoti žvaigždes. Dviejų etapų žvaigždėdaros intensyvumo pikus skiria maždaug penki milijardai metų. Modelio prognozuojami žvaigždžių cheminės sudėties skirtumai puikiai atitinka stebėjimų duomenis. Saulė yra antrojo etapo vaisius – prieš penkis milijardus metų, kai ji formavosi, šaltų srautų kritimas jau buvo seniai pasibaigęs. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Pasislėpęs galaktikų spiečius. Galaktikų spiečiai -gravitaciškai surišti šimtų ir daugiau galaktikų telkiniai – turėtų būti nesunkiai aptinkami, ypač jei yra kosminėse apylinkėse – šimtų milijonų parsekų atstumu ir arčiau. Tačiau kartais juos aptikti trukdo labao ryškus centrinės galaktikos branduolys, kurio šviesa išsilieja detektoriuje ir uždengia aplink esančius objektus. Dabar pristatyta Chandra rentgeno spindulių teleskopo duomenų analizė, kuria aptiktas vienas toks pasislėpęs spiečius. Seniau kataloguose buvo identifikuota tik aktyvi galaktika, o spiečius – ne. Naujame darbe pavyko apskaičiuoti aktyvaus branduolio įtaką gretimų detektoriaus pikselių šviesumui ir ją atmesti. Tada paaiškėjo, kad centrinę aktyvią galaktiką supa daugybė kitų. Spiečių nuo mūsų skiria 930 megaparsekų. Jo masė – 700 trilijonų Saulės masių – ir rentgeno spindulių šviesis (neskaitant centrinio šaltinio) yra pakankami, kad spiečius būtų buvęs aptiktas jau seniai, jei ne centrinio šaltinio įtaka. Taip pat nustatyta, kad spiečius turi šaltą branduolį, t. y. tarpgalaktinės dujos spiečiaus centre yra šaltesnės nei pakraščiuose. Tai yra gana netikėtas rezultatas, nes aktyvus branduolys turėtų įkaitinti dujas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Netikėtai masyvi juodoji skylė. Dauguma, o gal ir visos, galaktikos centre turi supermasyvią juodąją skylę. Pastarųjų masės matuojamos milijonais-milijardais Saulės masių, bet sudaro tik nedidelę motininės galaktikos masės dalį. Įprastai galaktika už juodąją skylę masyvesnė 300-500 kartų. Bet kartais randama reikšmingų nukrypimų nuo šios taisyklės. Štai dabar paskelbta, kad mažoje Krosnies (Fornax) UCD3 galaktikoje esanti juodoji skylė sudaro 4% visos galaktikos masės. Fornax UCD3 – jos pavadinimas reiškia „ypatingai kompaktiška nykštukė“ (ultra-compact dwarf) yra gerokai mažesnė už Paukščių taką – jos žvaigždžių bendra masė nesiekia 70 milijonų Saulės masių; mūsų Galaktikoje žvaigždžių yra apie 200 milijardų Saulės masių. UCD3 skersmuo siekia vos kelis šimtus parsekų, irgi gerokai mažiau nei Paukščių tako 30 kiloparsekų. O štai išmatuota juodosios skylės masė yra 3,3 milijono Saulės masių, nedaug mažiau nei mūsiškės 4,3 milijono. Tai nėra pirmas toks radinys – žinomos dar trys ultrakompaktiškos nykštukės, kurių juodosios skylės yra netikėtai didelės. Šie atradimai, bei pernelyg masyvių juodųjų skylių neradimas didesnėse galaktikose, aiškinamas hipoteze, kad ultrakompaktiškos galaktikos atsiranda iš didesnių, kai didžiąją jų žvaigždžių dalį nutraukia greta praskrendančios masyvesnės galaktikos gravitacija. Tyrėjai dabar tikisi šią hipotezę patikrinti sistemingai ieškodami pernelyg masyvių juodųjų skylių truputį didesnėse elipsinėse nykštukinėse galaktikose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktika ESO 137-001 spiečiuje Abell 3267. Sudėtinis regimųjų ir rentgeno spindulių vaizdas. ©NASA, ESA, CXC
Galaktika ESO 137-001 spiečiuje Abell 3267. Sudėtinis regimųjų ir rentgeno spindulių vaizdas. ©NASA, ESA, CXC

Galaktikos, esančios spiečiuose, patiria įvairių sukrėtimų, judėdamos pro palyginus tankias tarpgalaktines dujas. Čia matome galaktiką ESO 137-001, kuri krenta į spiečiaus Abell 3267 centrą daugiau nei 2000 kilometrų per sekundę greičiu. Iš galaktikos požiūrio taško, aplink ją pučia stiprus vėjas, nunešantis išorinėje dalyje esančias dujas ir suformuojantis uodegą už galaktikos, matomą rentgeno spindulių diapazone, čia pažymėtame mėlyna spalva.

***

Gama žybsnių simetrija. Gama spindulių žybsniai yra vieni energingiausių reiškinių Visatoje. Per kelias sekundes jie į aplinką paskleidžia daugiau energijos, nei Saulė per visą savo gyvenimą. Egzistuoja du jų tipai – ilgieji žybsniai įvyksta sprogus labai masyviai žvaigždei, trumpieji – susijungus dviem neutroninėms žvaigždėms. Ilgą laiką manyta, kad žybsniai turi gana aiškią laikinę struktūrą – spinduliuotės intensyvumas iš pradžių išauga, paskui nuslopsta. Bet dabar, išanalizavus aukštos kokybės žybsnių duomenis, paaiškėjo, kad dauguma jų turi tris, o kartais net keturias, smulkesnes komponentes, tarsi atskirus žybsnelius. Maža to, žybsnio pradžios komponentės struktūra atrodo kaip veidrodinis pabaigos komponentės struktūros atspindys. Nežinia, ar tai yra visų gama spindulių žybsnių savybė, tačiau ji tikrai pasireiškia visuose šešiuose, kurių duomenys buvo pakankamai geri šiai analizei. Paaiškinti tokią laiko simetriją galima keliais būdais: galbūt žybsnį sukelia sprogimo išsviesta medžiaga, judanti pro simetrišką apvalkalą; galbūt išsviesta medžiaga yra simetriška; o galbūt išsviesta medžiaga juda iš pradžių į vieną pusę, o vėliau – į priešingą. Visi šie paaiškinimai atrodo gana netikėti ir parodo, kad apie gama spindulių žybsnius dar daug ko nesuprantame. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kvazarai patvirtina supynimą. Viena iš keisčiausių kvantinės fizikos prognozių yra kvantinis supynimas (angl. quantum entanglement) – dviejų dalelių savybių susietumas, kurį jos išlaiko nepriklausomai nuo atstumo. Turėdami dvi supintas daleles, kurių savybės nėra iš anksto žinomos, ir patraukę jas bet kokiu atstumu vieną nuo kitos, galime būti tikri, jog išmatavę (ir tokiu būdu užfiksavę) vienos dalelės savybes, iškart užfiksuosime ir kitos – šis ryšys perduodamas begaliniu greičiu. Ne vieną dešimtmetį atliekami bandymai, kuriais siekama patikrinti, ar kvantinis supynimas tikrai veikia taip, kaip aprašo kvantinė fizika, ar jį galima paaiškinti kokia nors alternatyva, kuri nepažeidžia reliatyvumo teorijos prognozių apie informacijos perdavimą didesniu nei šviesos greičiu. Juk gali būti, kad dalelės, kurias kvantiškai supiname, buvo „užfiksuotos“ kokiu nors nuo mūsų paslėptu procesu, iki jas atskiriant. Pernai eksperimentiškai įrodyta, kad jei toks paslėptas procesas ir veikia, tai jis turėjo prasidėti bent 600 metų iki atliktų bandymų, nes bandymams buvo naudojama šviesa iš žvaigždžių, nutolusių nuo mūsų ir viena nuo kitos per 600 šviesmečių arba daugiau. Dabar eksperimentas pakartotas, naudojant gerokai tolimesnių kvazarų spinduliuotę – artimesnio iš jų šviesa iki mūsų keliavo 7,8 milijardo metų. Kvazarų spinduliuotė buvo naudojama kaip atsitiktinių skaičių generatorius, reguliuojantis detektorių padėtis: jei ateinantis kvazaro fotonas raudonesnis už tam tikrą ribą, detektorius nustatytas vienaip, jei mėlynesnis – kitaip. Klasikinė ir kvantinė teorijos duoda labai skirtingas prognozes apie tai, kaip turėtų koreliuoti supintų fotonų, nusiųstų į du detektorius, stebėjimų duomenys, priklausomai nuo detektorių tarpusavio padėčių. Taigi turėdami du detektorius, „valdomus“ skirtingų kvazarų, mokslininkai galėjo patikrinti šias prognozes nebijodami, kad eksperimento sandarą nulėmė koks nors nekvantinis veiksnys. Gauti rezultatai puikiai atitinka kvantinės teorijos, bet ne klasikines, prognozes. Tai reiškia, kad jei koks nors paslėptas procesas ir valdo eksperimento eigą, tai tas procesas turėjo vykti bent 7,8 milijardo metų – nuo tada, kai išspinduliuota artimesnio kvazaro spinduliuotė. Tai yra kol kas geriausias įrodymas, jog kvantiniai reiškiniai tikrai pažeidžia reliatyvumo teorijos nustatytus priežastingumo dėsnius. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *