Kąsnelis Visatos CCCLII: Debesys

Tarpplanetinių dulkių debesys seka Mėnulio orbitą aplink Žemę, o molekulinių dujų debesys laksto aplink Paukščių Tako centrinę juodąją skylę. Dar praėjusią savaitę buvo naujienų apie debesis Marse, žvaigždes formuojančius debesis ir Magelano debesų susidūrimą. Kaip įprastai, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Žemės palydovai - dulkių debesys. Jupiteris turi du pseudo-palydovų debesis: asteroidų grupes, vadinamas Graikais ir Trojėnais. Jos sukasi aplink Saulę tokiu pačiu atstumu, kaip Jupiteris, šeštadaliu orbitos prieš planetą arba už jos. Būtent tose vietose egzistuoja du taškai, vadinami Lagranžo ketvirtuoju ir penktuoju taškais, kuriuose Saulės ir Jupiterio gravitacija sukuria beveik stabilias orbitas. Analogiški taškai egzistuoja kiekvienoje dviejų kūnų poroje, taip pat ir Žemės bei Mėnulio. Nors šios paoros Lagranžo taškai nėra labai stabilūs dėl Saulės gravitacijos įtakos, visgi pro juos lekiančios tarpplanetinės dulkės turėtų kauptis į debesis. Dar 1961 metais lenkų astronomas Kazimierzas Kordylewskis paskelbė aptikęs vieną tokį debesį, bet iki šiol atradimas buvo vertinamas kontroversiškai. Dabar paskelbti nauji stebėjimų duomenys, patvirtinantys, kad Kordylewskio debesis tikrai egzistuoja. Stebėjimai buvo atlikti polarimetru - prietaisu, kuris leidžia išmatuoti atsklindančios spinduliuotės poliarizaciją, arba elektromagnetinio lauko vektorių kryptį. Tiesioginė Saulės ar žvaigždžių šviesa yra nepoliarizuota, bet atsispindėdama nuo bet kokio objekto, ji tampa šiek tiek poliarizuota, todėl polarimetras leidžia atskirti atspindėtą ir tiesioginę šviesą. Žemės-Mėnulio sistemos penktojo Lagranžo taško kryptimi tikrai aptikta poliarizuota šviesa, kurios savybės atitinka tikėtinas tarpplanetinių dulkių debesies savybes. Be to, skaitmeniniai modeliai parodė, kad net ir Saulės gravitacijos poveikis neištempia tarpplanetinių dulkių iš L5 taško pakankamai greitai - debesis gali išsilaikyti dešimt metų ir ilgiau. Per tiek laiko jį papildo pakankamai naujų dulkių, kurios kompensuoja išlekiančias, tad Kordylewskio debesis greičiausiai yra nuolat kintanti, bet ilgalaikė struktūra. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose MNRAS.

***

Elektringos Marso audros. Marso paviršiuje yra netikėtai daug perchloratų - junginių, turinčių vieną chloro ir keturis deguonies atomus. Tokie junginiai yra nuodingi daugeliui žemiškos gyvybės formų, tačiau kai kurie mikrobai gali juos naudoti kaip energijos šaltinį. Nenuostabu, kad perchloratų egzistavimas yra daug nagrinėjama tema, bet kol kas nebuvo paaiškinimo, iš kur jų Marso paviršiuje tiek daug - jie sudaro 0,5-1% paviršių dengiančių dulkių. Dabar eksperimentiškai rastas galimas jo kilmės paaiškinimas. Marso paviršius yra ypatingai sausas, todėl dulkių audrų metu vyksta nuolatiniai statinės elektros išlydžiai. Tai nėra žaibai, kaip mes juos suprantame, o procesas, panašesnis į kibirkščiavimą, braukiant per vilną ar panašią įsielektrinančią medžiagą. Laboratorijoje atkūrus sąlygas, artimas Marso paviršiui, aptikta, kad šis kibirkščiavimas sukuria labai daug laisvųjų radikalų, kurie gali formuoti perchloratus. Šitaip sukurta tūkstantį kartų daugiau perchloratų, nei vien fotocheminėmis reakcijomis, kurios yra pagrindinis perchloratų formavimosi mechanizmas Žemėje. Tiesa, nėra aišku, ar ir kibirkščiavimas pajėgus prigaminti pakankamai perchloratų - skaičiuojama, kad Marse jų yra dešimt milijonų kartų daugiau, nei galėtų pagaminti fotocheminės reakcijos. Visgi Marso sąlygomis, kur globalios dulkių audros vyksta kas porą metų, perchloratų gamyba gali būti pakankamai sparti. Tyrimo rezultatai publikuojami Earth and Planetary Science Letters.

Marso audros kartais sukelia ir įdomius atmosferinius reiškinius - pavyzdžiui, jau pusantro mėnesio nuo Arsia ugnikalnio viršūnės driekiasi kone tūkstančio kilometrų ilgio debesis. Iš pirmo žvilgsnio jis atrodo panašiai į ugnikalnio išsiveržimo padarinį, bet taip nėra - Arsia ugnikalnis, kaip ir visi kiti Marse, jau seniai užgesęs. Debesies formą nulemia kalno aukštis - jis iškilęs bent 9 km virš aplinkinių lygumų, todėl oras, kildamas per jį, labai atvėsta ir susispaudžia. Tokios sąlygos yra puikios debesims formuotis, o persiritusi per kalną atmosfera dar kurį laiką banguoja ir formuoja tolesnius debesis. Įsižiūrėjus į debesį matyti, kad jis susideda iš atskirų fragmentų - kiekvienas toks fragmentas žymi vieną atmosferos bangą. Debesims formuotis padeda ir dulkės, pakeltos į atmosferą paskutinės didžiulės audros metu - jos veikia kaip kondensacijos branduoliai, aplink kuriuos kaupiasi vandens ir anglies dvideginio molekulės.

***

Deguonis Marso gelmėse. Marso atmosferoje šiuo metu deguonies beveik nėra. Tačiau iš Marso atlėkusių meteoritų uolienose matyti daug oksidacijos požymių, taigi kažkada jos su deguonimi sąveikavo. Gali būti, kad tai buvo deguonis vandenyje, bet galėjo deguonies būti ir atmosferoje. Dabar pristatyti skaičiavimai, rodantys, kad reikšmingi deguonies kiekiai galėjo "paskęsti" Marso plutoje ir sukurti ten sąlygas, tinkamas deguonimi kvėpuojančiai gyvybei. Skaičiavimuose nagrinėta, kiek deguonies gali ištirpti druskingame vandenyje Marso sąlygomis; toks vanduo vėliau gali patekti į popaviršines ertmes ir ten išsilaikyti daugybę milijonų metų. Gauti rezultatai - popaviršinėse terpėse Marse deguonies gali būti pakankamai, kad jose vyktų aerobinis (t.y. deguonimi paremtas) kvėpavimas. Visame Marse sąlygos yra tinkamos, kad ištirpusio deguonies koncentracija viršytų tą, kokia Žemėje buvo iki didžiojo deguonies kiekio padidėjimo prieš pustrečio milijardo metų. Kai kur, ypač arti ašigalių, deguonies koncentracija šią ribą gali viršyti net milijoną kartų - tokie deguonies kiekiai yra palyginami su šiandieninės Žemės jūromis. Taigi, jei Marse kada egzistavo deguonimi kvėpuojanti gyvybė, ji galėjo pasislėpti po planetos paviršiumi. Nors tikimybė nėra didelė - kol kas neturime jokių tvirtų gyvybės egzistavimo Raudonojoje planetoje įrodymų - šis atradimas skatina pagalvoti apie popaviršinio Marso sluoksnio tyrimus ateityje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Keisti dryžiai Dionėje. Cassini misija, pasibaigusi prieš daugiau nei metus, surinko tiek duomenų, kad jų analizė užtruks ne vieną dešimtmetį, o naujų atradimų apie Saturno sistemą dar bus ne vienas. Štai praėjusią savaitę paskelbta, kad Saturno palydovo Dionės paviršiuje aptikta daug keistų tiesių šviesių dryžių. Dryžių ilgiai siekia dešimtis-šimtus kilometrų, pločiai mažesni nei 5 km. Kai kurie dryžiai grupuojasi į lygiagrečius kompleksus. Vienas toks kompleksas yra lygiagretus palydovo pusiaujui. Dryžiai šiek tiek primena anksčiau aptiktas struktūras kitame Saturno palydove Rėjoje. Atradėjų teigimu, šios juostos greičiausiai yra išorinės kilmės: Saturno žiedų, pro šalį lekiančių kometų arba kitų palydovų medžiaga, nukritusi ant Dionės paviršiaus. Šis atradimas dar kartą patvirtina, kad Saturno palydovai sąveikauja tarpusavyje ir su pačia planeta. Ateityje šiuos rezultatus bus galima panaudoti tyrinėjant ilgalaikę Saturno palydovų evoliuciją, nes juostų kryptis nurodo, kaip kito Dionės posvyris į orbitos aplink Saturną plokštumą. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Egzoplanetų sistemų įvairovė. Šiuo metu žinomi jau beveik 5000 egzoplanetų - planetų prie kitų žvaigždžių, nei mūsų Saulė. Jų konfigūracijos - labai įvairios: nuo pavienių karštųjų Jupiterių, skriejančių labai arti savo žvaigždžių, iki penkių ar daugiau planetų, telpančių į erdvę, mažesnę už Merkurijaus orbitą aplink Saulę. Įdomu, kad šie du tipai - karštieji Jupiteriai ir kompaktiškos daugelio planetų sistemos - praktiškai niekada nesutinkami toje pačioje sistemoje. Dabar pristatyta daugiau nei 700 planetinių sistemų analizė, atskleidžianti šių dviejų sistemų tipų priklausomybę nuo motininės žvaigždės metalingumo. Metalingumu vadinamas santykinis cheminių elementų, sunkesnių už helį, kiekis žvaigždėje; mūsų Saulėje tokių elementų yra apie 2%, o Paukščių Tako žvaigždėse šis parametras svyruoja nuo <10^{-5} iki 0,1. Tyrimas atskleidė, kad kompaktiškos planetų sistemos labiau linkusios formuotis prie žemo metalingumo žvaigždžių, kuriose metalų yra bent du kartus mažiau, nei Saulėje. Tuo tarpu prie didesnio metalingumo žvaigždžių kompaktiškų sistemų dalis yra vienoda ir nuo metalingumo nepriklauso. Karštieji Jupiteriai, atvirkščiai, dažniau sutinkami prie metalingesnių žvaigždžių. Daugiau metalų už Saulę turinčios žvaigždės dažniau turės karštą Jupiterį, nei kompaktišką planetų sistemą. Šis atradimas svarbus dėl kelių priežasčių. Pirma, kol kas egzoplanetų paieškos koncentruotos į panašias į Saulę, t.y. metalingas, žvaigždes, todėl greičiausiai kompaktiškų planetinių sistemų Galaktikoje yra daugiau, nei būtų galima tikėtis sprendžiant pagal dabartinius stebėjimų duomenis. Antra, planetų formavimosi modeliai turi paaiškinti, kodėl žvaigždės metalingumas nulemia planetinės sistemos konfigūraciją; kol kas šie modeliai į metalingumą daug dėmesio neatkreipdavo, bet dabar tai turės keistis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kodėl vis dar nerandame nežemiškos gyvybės, ar net jos pėdsakų, Paukščių Take? Apie tai vis kartais pakalbama jau daugiau nei pusšimtį metų. Truputį plačiau apie šį neatitikimą, vadinamą Fermi paradoksu, pasakoja PBS Spacetime:

***

Visuotinis žvaigždėdaros dėsnis. Žvaigždės formuojasi iš tankių dujų telkinių. Jau porą dešimtmečių žinoma, kad žvaigždėdaros sparta gerai koreliuoja su tankių dujų mase, ir kad ši koreliacija galioja ir visos galaktikos mastu, ir pavieniams galaktikoje esantiems dujų debesims. O dabar nustatyta, kad lygiai tokia pati koreliacija egzistuoja ir pavienių žvaigždžių mastu - medžiagos, krentančios į labai jauną žvaigždę, sparta koreliuoja su žvaigždę supančio ir ją maitinančio protoplanetinio disko mase. Taigi vienas sąryšis tarp masės ir žvaigždėdaros spartos galioja nuo astronominio vieneto dydžio ir dar mažesnių diskų iki dešimtimis kiloparsekų matuojamų galaktikų diskų. Tai yra 16 eilių masės skirtumas - didžiausių ir mažiausių koreliaciją sudarančių objektų masės skiriasi 10^{16} kartų. Tyrėjų teigimu, tokį sąryšį greičiausia paaiškinti gana paprasta: dideliais mastais stebima koreliacija tiesiog susideda iš daugybės mažesnių taip pat koreliuojančių objektų. Pavienės žvaigždės sudaro debesis, debesys - galaktikas. Didžioji dalis tankių dujų bei didžioji dalis žvaigždėdaros galaktikoje sutelkta būtent debesyje, o debesyje tankios dujos telkiasi aplink besiformuojančias žvaigždes ir šias maitina. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Paukščių Tako centras. Šaltinis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ J. R. Goicoechea (Instituto de Física Fundamental, CSIC, Ispanija)
Paukščių Tako centras. Šaltinis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ J. R. Goicoechea (Instituto de Física Fundamental, CSIC, Ispanija)

Savaitės paveiksliukas – geriausia pačios centrinės mūsų Galaktikos dalies nuotrauka, neseniai padaryta ALMA teleskopų masyvu Čilėje. Nuotraukoje matome mažesnę nei parseko skersmens sritį aplink centrinę supermasyvią juodąją skylę (pažymėta oranžiniu apskritimu). ALMA duomenys rodo, kad dujos juodosios skylės aplinkoje susideda iš pavienių debesų, kurie laksto įvairiomis orbitomis. Anksčiau tokių smulkių struktūrų išskirti nebuvo įmanoma.

***

Palydovinių galaktikų susidūrimas. Dvi didžiausios Paukščių Tako palydovės - nykštukinės galaktikos Didysis ir Mažasis Magelano debesys - beveik neabejotinai susidūrė prieš 100-200 milijonų metų. Tokia išvada gauta ištyrus Mažojo Magelano debesies žvaigždžių judėjimą. Naudodami Gaia teleskopo surinktus duomenis, astronomai nustatė, kad dvi nykštukinės galaktikos dalys - centre esanti skersė ir pakraštyje esantis Sparnas - tolsta viena nuo kitos. Tai reiškia, kad galaktika yra reikšmingai dinamiškai sujaukta. Be to, Sparno žvaigždės juda tiesiai Didžiojo Magelano debesies link maždaug 64 km/s greičiu. Menkai tikėtina, kad judėjimo kryptis su kaimyninės galaktikos kryptimi sutaptų atsitiktinai; daug didesnė tikimybė, kad Sparną nuo likusio Mažojo debesies atplėšė artima sąveika su kita galaktika. Galaktikų susiliejimo modeliuose tokios struktūros, jungiančios besiliejančias galaktikas, yra įprastas reiškinys; dažnai jos matomos ir realiose besijungiančių galaktikų porose. Magelano debesų atveju tai yra kol kas tvirčiausias įrodymas, kad šios galaktikos praeityje sąveikavo, ir kad tai įvyko taip neseniai (kalbant kosminiais mastais). Tyrimo metu taip pat aptikta keletas ypatingai greitų dvinarių žvaigždžių, pabėgančių iš Mažojo Magelano debesies. Tarp jų yra ir įprastų dvinarių, kuriose abi žvaigždės yra pagrindinėje sekoje, ir rentgeno spindulių dvinarių, kuriose viena žvaigždė yra pavirtusi juodąja skyle. Skirtingas dvinares iš galaktikos išmeta skirtingi procesai: rentgeno spindulių dvinarės išlekia supernovos sprogimo, sukuriančio juodąją skylę, metu, o įprastines išsviedžia gravitacinė sąveika su kitomis žvaigždėmis spiečiuje. Abiejų tipų dvinarių skaičiai maždaug vienodi - tai reiškia, kad jas išmetantys procesai Mažajame Magelano debesyje yra panašiai reikšmingi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždėdaros sulėtėjimo priežastis. Kai galaktika įkrenta į spiečių, žvaigždžių formavimasis joje po kurio laiko sustoja. Egzistuoja kelios hipotezės, kodėl tai įvyksta. Galbūt galaktika tiesiog suvartoja turėtas dujų atsargas, o naujos dujos iš spiečiaus aplinkos į ją neįkrenta. Galbūt sąveika su spiečiaus tarpgalaktinėmis dujomis išstumia dujas iš galaktikos. Galbūt pačios besiformuojančios žvaigždės išmeta didelę dalį dujų iš galaktikos, o tarpgalaktinėje erdvėje jos lieka karštos ir atgal į galaktiką nenukrenta. Skaitmeniniai modeliai ir analitiniai skaičiavimai rodo, kad šie trys procesai vyksta skirtingu greičiu, taigi jei galėtume išmatuoti, kaip sparčiai galaktikose sustoja žvaigždėdara, galėtume nustatyti ir kuris iš trijų procesų yra svarbiausias. Dabar pristatyti 14 galaktikų spiečių stebėjimų duomenys, kuriais bandoma būtent tą padaryti. Spiečių spinduliuotė iki mūsų keliavo 7-10 milijardų metų. Palyginus žvaigždes formuojančių ir neformuojančių galaktikų skaičių šiuose spiečiuose bei arti mūsų esančiuose nustatyti, kad, Visatai senstant, žvaigždėdaros sustojimo laikas ilgėja. Kai Visatos amžius buvo 4 milijardai metų, šis laikas siekė 1,1 milijardo metų; Visatos amžiui esant 6 mlrd. m., laikas pailgėjo iki 1,3 milijardo metų; o dabartinėje Visatoje žvaigždėdaros gesimo laikas siekia net 5 milijardus metų. Tai leidžia spręsti, kad žvaigždėdaros sustabdymas labiau priklauso nuo spiečiaus, o ne nuo pačios galaktikos savybių, mat spiečių savybės Visatai senstant kinta labiau, nei į juos įkrentančių galaktikų. Be to, kiekviename Visatos amžiaus intervale masyvesniuose spiečiuose žvaigždėdara sustodavo greičiau, nei mažesniuose - tai irgi byloja, kad spiečiaus savybės yra esminis žvaigždėdarą stabdantis veiksnys. Šis rezultatas padės geriau suprasti, kaip Visatoje formavosi žvaigždės ir kaip jos Visatą praturtino sunkesniais už helį cheminiais elementais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dvinarės supermasyvios juodosios skylės. Vos prieš kelias dienas dalinausi naujiena apie kintantį blazaro šviesį, kuris leidžia spėti, jog toje galaktikoje egzistuoja dvinarė supermasyvi juodoji skylė, o dabar paskelbti kito tyrimo rezultatai, rodantys, kad dvinarės juodosios skylės galimai egzistuoja kone trijų ketvirčių aktyvių galaktikų centruose. Tyrimas atliktas stebint aktyvių galaktikų radijo spinduliuotę: iš centro lekiančias čiurkšles ir galaktikos pakraščiuose esančius radijo kokonus. Kokonus sukuria tos pačios čiurkšlės, per milijonus metų išpučiančios dujų burbulus ir užpildančios juos energingomis dalelėmis. Jei čiurkšlės kryptis laikui bėgant išliktų pastovi, čiurkšlė ir kokonas būtų nukreipti viena kryptimi nuo galaktikos centro. Tačiau net 24-ose iš 33 tirtų galaktikų čiurkšlių kryptis skiriasi nuo kokono krypties. Tai reiškia, kad čiurkšlių išmetimo kryptis nuolatos kinta; įvertintas kitimo periodas yra 1-10 milijonų metų. Kryptis gali keistis todėl, kad čiurkšlę išmetančios juodosios skylės sukimosi ašis precesuoja - linguoja panašiai kaip besisukančio vilkelio ašis. Precesiją gali sukelti aplink besisukanti kita masyvi juodoji skylė - apskaičiuoti precesijos periodai leidžia spręsti, kad antra juodoji skylė nuo pirmosios nutolusi mažiau nei vieno parseko atstumu. Taip arti esančias juodąsias skyles atskirti vieną nuo kitos galaktikos nuotraukose ar netgi stebint jos spektrą būtų labai sudėtinga, taigi patvirtinimo, kad šių galaktikų centruose tikrai yra dvinarės juodosios skylės, gali tekti palaukti. Taip pat mažai tikėtina, kad šias juodąsias skyles pavyks aptikti pagal jų skleidžiamas gravitacines bangas: jų galia kol kas yra gerokai per silpna netgi planuojamam kosminiam LISA detektoriui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Labai tolimas galaktikų spiečius. Vos prieš savaitę rašiau apie tolimoje Visatoje aptiktą besiformuojantį galaktikų superspiečių, o dabar pranešta apie kitą rekordininką. Aptiktas galaktikų protospiečius, kurio šviesa iki mūsų keliauja 12,7 milijardo metų; kitaip tariant, matome jį tokį, koks jis buvo Visatai esant vos milijardo metų amžiaus. Spiečius aptiktas ieškant tolimų Laimano-alfa spektrinę liniją spinduliuojančių šaltinių. Ši spektrinė linija atsiranda įkaitintų dujų telkiniuose, taigi žymi spartų žvaigždžių formavimąsi. Jau anksčiau buvo žinomos kelios protospiečių sudarančios galaktikos, bet dabar nustatyta, kad jame galaktikų yra bent 41, o vidutinis galaktikų tankis daugiau nei 6 kartus viršija tuometinės Visatos vidurkį. Kol kas stebimas protospiečius nėra iki galo susiformavęs - galaktikos tik krenta į jį, jo centre nėra karštų tarpgalaktinių dujų debesies. Laikui bėgant, jis turėtų pavirsti į 3,6 kvadrilijonų Saulės masių spiečių - panaši yra didžiausių šiandieninių galaktikų spiečių masė. Paaiškinti tokį greitą tokio masyvaus darinio susiformavimą bus iššūkis Visatos struktūros formavimosi modeliams. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *