Kąsnelis Visatos CCCXLVIII: Audros

Titane siaučia dulkių audros – tai yra dar viena savybė, kuo Saturno palydovas panašus į Žemę. Audros siaučia ir žvaigždėse; kartais jos tokios stiprios, kad pagrįstai vadinamos geizeriais, o praeitą savaitę pateiktas jų atsiradimo paaiškinimas. Kitose naujienose – nežemiškos gyvybės paieškų įvertinimas, dulkėti aktyvūs galaktikų branduoliai, Marso kolonizavimo planai ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Marso kolonizavimo planai. NASA praėjusių metų pabaigoje gavo JAV Prezidento nurodymą vystyti inovatyvią ir tvarią kosmoso tyrimų programą, kuri leistų žmonijai išsiplėsti Saulės sistemos ribose. Praeitą savaitę pristatytas planas, kaip tikimasi to siekti per artimiausius 15-20 metų. Planą sudaro trys dalys-etapai: artimų Žemei darbų, Mėnulio tyrimų ir Marso tyrimų. Pirmiausiai, per artimiausią dešimtmetį NASA plės partnerystę su privačiomis kompanijomis, vystant žemosios Žemės orbitos tyrimus ir įsisavinimą. 2025 metais Tarptautinė kosminė stotis turėtų pereiti į privačias rankas, arba vietoj jos turėtų būti pastatyta kita kosminė stotis. NASA galėtų būti tokio projekto partneris arba, daug labiau tikėtina, nuomotis laiką ir pirkti skrydžius, kad galėtų stotyje vykdyti tyrimus. Toks netiesioginio finansavimo modelis padėtų vystytis privačiam kosmoso verslui. Vėliau, iki 2030 metų, žmonės turėtų grįžti į Mėnulį – ir tai turėtų būti ne keleto valandų trukmės išsilaipinimai, o gerokai ilgesnės tyrimų misijos, kurių galutinis tikslas – įrengti bazę Mėnulio paviršiuje. Šio etapo metu taip pat būtų pastatyta kosminė stotis Mėnulio orbitoje. Trečiasis etapas – žmonių skrydis į Marsą ketvirto dešimtmečio pirmoje pusėje. Tam reikės ir tyrimų, atliekamų Žemės bei Mėnulio orbitoje, ir tolesnių robotinių misijų į Marsą, kurios pratęs dabartinius Curiosity, Opportunity ir orbitinių misijų tyrimus. Pagrindinė šio etapo dalis irgi bus kosminės stoties pastatymas – šįkart orbitoje aplink Marsą. Tokia stotis leis astronautams praleisti ilgesnius laikotarpius arti Marso, nusileisti į planetą ir grįžti iš jos, pasiimti mėginių tolesniems detaliems tyrimams.

Vienas iš dalykų, ko reikės astronautams Marse (taip pat ir Mėnulyje) – vanduo. Vandens abiejuose kūnuose yra daug, tik jis nėra paviršiuje, o sustingęs į ledą bent keleto metrų gylyje. Grupė mokslininkų neseniai išbandė skanerį, kuris ateityje galėtų padėti atrasti vandens telkinius ar netgi kadaise egzistavusio vandens paliktus pėdsakus. ScanMars instrumentas yra panašus į paprastą metalo detektorių, tačiau radaro signalais ieško vandens ir geologinių struktūrų, kurias galėjo palikti tekantis vanduo. Taigi jis būtų naudingas ir ieškant vandens išteklių žmonių gyvenamai bazei aprūpinti, ir siekiant nustatyti vandens telkinių evoliuciją praeityje. Svarbu tai, kad prietaisą valdyti astronautai gali praktiškai be papildomo pasirengimo – tam nereikia ruošti atskirų specialistų, todėl jį būtų nesunku pridėti prie Marso tyrinėtojų įrankių arsenalo.

NASA – ne vienintelė organizacija, planuojanti siųsti žmones į Marsą. Štai SpaceX vadovas Elonas Muskas praeitą savaitę pareiškė, kad tikisi, jog jo kompanija pirmą koloniją Marse įkurs 2028 metais. Žinoma, tai yra optimistiškas planas, turint omeny, kad jam įgyvendinti reikės raketos Big Falcon Rocket, kurios pirmieji bandomieji skrydžiai numatyti kitąmet, o pirmasis komercinis skrydis – tik 2022 metais. Bet kol kas raketos vystymas vyksta pagal planą, taigi yra priežasčių išlaikyti ir optimizmą.

***

Asteroido Ryugu paviršius. Šaltinis: JAXA
Asteroido Ryugu paviršius. Šaltinis: JAXA

Savaitės paveiksliukas – pirmoji nuotrauka iš asteroido Ryugu paviršiaus, padaryta vieno iš prieš savaitę ten nusileidusių Japonijos zondų. Joje gal nieko ypatingo ir nematyti – tiesiog uolienos, ir tiek; tačiau tai yra daug žadančio asteroido tyrimo pradžios ženklas. Artimiausiais mėnesiais panašių, ir daug įdomesnių, nuotraukų turėtume pamatyti daug daugiau.

***

Dulkių audros Titane. Jos vyksta Žemėje. Jos vyksta Marse. O dabar sužinojome, kad dulkių audros vyksta ir Saturno palydove Titane. Nagrinėdami Cassini zondo duomenis, surinktus dar 2009-2010 metais, astronomai aptiko įrodymų, kad arti Titano pusiaujo tuo metu atmosferoje buvo daug dulkių. Dulkių egzistavimą atskleidė atmosferos pašviesėjimas, kurį sukėlė nuo dulkių atsispindinti Saulės šviesa. Dulkės Titane yra įvairios organinės molekulės, kurias vėjas pakėlė nuo palydovo paviršiaus, analogiškai kaip įvairias mineralines dulkes vėjas pakelia Žemėje ir Marse. Keli aptikti pašviesėjimai buvo trumpalaikiai – matėsi nuo 11 valandų iki 5 savaičių. Ši savybė leido atmesti galimą alternatyvią interpretaciją, kad tai yra naujai susiformavusios paviršiaus struktūros; pastarosios išliktų matomos daug ilgiau. Dulkės audrų metu pakilo net į dešimties kilometrų aukštį; tai reiškia, kad vėjai jas gali pernešti dideliais atstumais nuo pakilimo taško. Galimas globalaus dulkių apykaitos rato egzistavimas Titane daro jį dar panašesnį į Žemę: mūsų planetos ekologiniams ciklams labai svarbi organinių medžiagų pernaša atmosferoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Dar neseniai apie Plutoną nežinojome beveik nieko. Prieš trejus metus pro jį praskridęs New Horizons pakeitė mūsų supratimą apie šią nykštukinę planetą, o dabar skrenda kito Kuiperio žiedo objekto, 2014 MU69 arba Ultima Thule, link. O kaip su Plutonu? Ar galime tikėtis daugiau misijų jo link? Apie tai – savaitės filmuke:

***

Gyvybės komponentai kosmose. Visai gyvybei Žemėje reikalingas fosforas – jo junginiai randami ir ląstelių struktūriniuose komponentuose, ir energiją kaupiančiose bei pernešančiose molekulėse. Bet ankstyvos Žemės sąlygomis fosfatai yra menkai tirpūs junginiai, todėl kyla klausimas, kaip jie galėjo prisijungti prie besiformuojančių pirmų gyvų organizmų. Dabar pristatytas tyrimas, rodantis, kad kai kurie sudėtingesni fosforo junginiai gali susiformuoti tarpžvaigždinėje terpėje. Net ir labai šaltoje, vos 5 laipsniai virš absoliutaus nulio, aplinkoje, veikiant jonizuojančiai spinduliuotei, fosfino (PH_3) molekulės, sąveikaudamos su vandens ledu, suformuoja fosforo rūgštį (H_3PO_4), fosfoninę rūgštį (H_3PO_3) ir pirofosforinę rūgštį (H_4P_2O_7). Šie junginiai, bendrai vadinami okso-rūgštimis (arba deguoninėmis rūgštimis), yra daug reaktyvesni, taigi jaunoje Žemėje galėtų dalyvauti gyvybės formavimesi. Panašiai galėjo nutikti ir kitose egzoplanetose, taigi šios gyvybei reikalingos komponentės egzistavimas gali menkai priklausyti nuo konkrečios planetinės sistemos sąlygų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Egzoplanetų klasifikacijos schema. Šiuo metu žinoma jau daugiau nei 4000 egzoplanetų. Tokių skaičių daugiau nei pakanka, kad būtų galima jas įvairiai klasifikuoti ir nagrinėti pasiskirstymą pagal įvairius parametrus. Dabar, remdamiesi Gaia teleskopo duomenimis apie žvaigždžių spindulius, mokslininkai patikslino daugybės Keplerio atrastų egzoplanetų spindulius ir nustatė, jog planetas galima sugrupuoti į tris arba keturias grupes. Planetų spinduliai nėra nustatomi tiesiogiai – išmatuojamas tik jų santykis su žvaigždės spinduliu, todėl žvaigždės spindulio matavimo paklaidos yra labai svarbios. Gaia duomenys reikšmingai patikslino žvaigždžių spindulių matavimus, taigi pagerėjo ir planetų spindulių informacija. Taip paaiškėjo, kad visas žinomas egzoplanetas galima suskirstyti į mažas, vidutines ir dideles, o tarp šių grupių egzistuoja pastebimi skirtumai. Mažos planetos yra tos, kurių spindulys neviršija keturių Žemės spindulių. Tarp jų dar galima išskirti tikrai uolines – iki 2 Žemės spindulių – ir galimai vandenines – 2-4 Žemės spindulių. Tokių planetų yra daug; taip pat daug yra ir didelių planetų, dujinių milžinių, kurių spindulys viršija 10 Žemės spindulių. Tarp jų patenka ir Saturno, ir Jupiterio dydžio planetos, ir rudosios nykštukės. O štai tarpinio dydžio, 4-10 Žemės spindulių, planetų yra palyginus nedaug. Tai beveik neabejotinai reiškia, kad besiformuojančios planetos, užaugusios iki 4 Žemės spindulių, pajėgia išlaikyti storą atmosferą, todėl lengvai išauga iki dešimties ir tampa dujinėmis milžinėmis. Todėl planetų, kurių augimas sustojo tarp 4 ir 10 Žemės spindulių, yra labai nedaug. Šis atradimas padės patobulinti ir patikrinti planetų formavimosi modelius, be to, ateityje padės lengviau klasifikuoti egzoplanetas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gyvybės paieškų apimtys. Nežemiškos protingos gyvybės paieškos, arba SETI, vykdomos jau daugiau nei pusšimtį metų. Per tą laiką jokių signalų, kurių nebūtų įmanoma paaiškinti natūraliais procesais, neaptikta, todėl vis dažniau kalbama, kad gyvybė (ypač protinga ir komunikuojanti) Visatoje yra labai retas reiškinys. Bet ar tikrai toks teiginys pagrįstas? Praėjusį mėnesį paskelbtame darbe nagrinėjama, kokią dalį kosminės šieno kupetos mes išnaršėme, ieškodami bent vienos adatos, žyminčios protingą gyvybę. Šiai daliai nustatyti tyrėjai aprašė galimų protingos gyvybės signalų savybes devyniais parametrais – spinduliuotės intensyvumu, bangos ilgiu, padėtimi erdvėje ir kitais – kurių galimus intervalus įmanoma palyginti su mūsų ištirtais. Jų vertinimu, dabartiniai tyrimai kol kas išnagrinėjo tik galimos parametrų erdvės dalį, už visą erdvę mažesnę maždaug du šimtus tūkstančių trilijonų kartų. Šis santykis palyginamas su nedidelio baseino ir visų pasaulio vandenynų tūrių santykiu. Taigi lygiai kaip neradę žuvų baseine (ar vandenyno dalyje, kurios tūris prilygsta baseinui) negalime pagrįstai teigti, kad žuvys neegzistuoja, taip ir remdamiesi kol kas atliktais tyrimais negalime teigti, kad protinga gyvybė Visatoje neegzistuoja. Belieka tikėtis, kad artimiausioje ateityje nauji stebėjimai gerokai praplės ištirtą šieno kupetos dalį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių išsiveržimo priežastys. Labai masyvios žvaigždės, vadinamos šviesiomis mėlynosiomis kintančiomis žvaigždėmis (angl. Luminous blue variables, LBV), yra apie milijoną kartų šviesesnės už Saulę. Nuo jų pučia stiprūs vėjai, o kartais kyla išvis masyvūs išsiveržimai, kurių metu per kelias dienas iš žvaigždės gali išlėkti medžiagos masė, prilygstanti Žemės masei. Kol kas nebuvo aišku, kas sukelia šiuos išsiveržimus – hipotezė teigė, kad žvaigždžių išoriniuose sluoksniuose esantys helio atomai gali sugerti iš centro sklindančią spinduliuotę ir įgyti pagreitį, įveikiantį gravitaciją ir dėl to išlėkti į aplinką, tačiau skaitmeniniai modeliai to nepatvirtindavo – tiesiog helio tankis nebuvo pakankamas. Dabar nauji modeliai parodė ankstesniųjų klaidą ir pateikė paaiškinimą – pasirodo, helis šių žvaigždžių išoriniuose sluoksniuose gali susikaupti į palyginus tankius telkinius, kuriuos spinduliuotė gali pastumti pakankamai stipriai. Ankstesni modeliai buvo sferiškai simetriški – juose buvo daroma prielaida, kad medžiagos pasiskirstymas priklauso tik nuo atstumo iki žvaigždės centro, bet kiekviename sferiniame sluoksnyje yra tolygus. Nauji, trimačiai, modeliai parodė, kad taip nėra: konvekcija išoriniuose žvaigždės sluoksniuose sukuria labai netolygią struktūrą, o heliu praturtinta plazma susikaupia „kišenėse“. Helis ten nėra pilnai jonizuotas, todėl labai efektyviai sugeria žvaigždės gelmių spinduliuotę ir jaučia jos slėgį; tuo tarpu vandenilis yra jonizuotas, su fotonais beveik nesąveikauja ir slėgio beveik nejaučia. Heliu praturtinta medžiaga įgreitinama ir gali išlėkti stipriais išsiveržimais. Gautieji rezultatai gerai atitinka LBV žvaigždžių stebėjimų duomenis. Taip pat modelis prognozuoja didelį žvaigždžių šviesio kintamumą dienų-savaičių bėgyje; kol kas nežinia, ar taip yra iš tiesų, bet artimiausiu metu planuojami ilgalaikiai įvairių žvaigždžių stebėjimai leis šią prognozę patikrinti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Neutroninės žvaigždės čiurkšlė. Neutroninės žvaigždės yra 8-10 kartų už Saulę masyvesnių žvaigždžių liekanos. Jų dydis siekia vos kelias dešimtis kilometrų. Tik susiformavusios jos įprastai turi labai stiprų magnetinį lauką, kuris, laikui bėgant, po truputį silpsta. Kartais neutroninės žvaigždės randamos dvinarėse sistemose, kur gali ryti kompanionės žvaigždės medžiagą. Medžiaga, krentanti į neutroninę žvaigždę, susisuka į diską, o centre gali išlėkti statmenai disko plokštumai nukreiptomis čiurkšlėmis. Iki šiol buvo manoma, kad čiurkšlės formuojasi tik „pagyvenusiose“ neutroninėse žvaigždėse, kurių magnetinis laukas yra ganėtinai silpnas, bet dabar aptiktas čiurkšlę turintis objektas, kurio magnetinio lauko stipris siekia trilijoną gausų (Žemės magnetinio lauko stipris yra šiek tiek mažiau nei 1 gausas). Šis objektas medžiagą ryja labai sparčiai, taip pat spinduliuoja daug rentgeno spindulių, o jo čiurkšlė yra šimtą kartų silpnesnė, nei panašių neutroninių žvaigždžių, turinčių silpnesnį magnetinį lauką. Taigi magnetinis laukas greičiausiai tikrai stabdo čiurkšlės formavimąsi, neleisdamas dujų diskui priartėti pakankamai arti neutroninės žvaigždės paviršiaus, tačiau to stabdymo ne visada pakanka. Šis rezultatas padės geriau suprasti ekstremalius astrofizikinius procesus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Cheminių elementų gamyba supernovose. Nemaža dalis cheminių elementų sukuriami supernovų sprogimų metu. Vienas iš supernovų tipų, Ia (pirmasis a), įvyksta, kai baltoji nykštukė užauga iki didesnės nei 1,4 Saulės masės. Tada joje prasideda nevaldomos termobranduolinės reakcijos, kurios žvaigždės liekaną ištaško į šipulius, pakeliui sukurdamos daug elementų, periodinėje lentelėje esančių šalia geležies – geležies, nikelio, kobalto, mangano ir kitų. Kol kas nėra vienareikšmiškai sutariama, kaip nykštukės viršija masės ribą – ar užauga po truputį rydamos žvaigždės-kompanionės medžiagą, ar susijungia su kita nykštuke ir masę viršija staigiai bei reikšmingai. Be to, stebėjimai rodo, kad skirtingose supernovose pagaminamų cheminių elementų kiekių santykiai labai nevienodi. Dabar pristatyti skaitmeninių modelių rezultatai, paaiškinantys šiuos skirtumus. Labai detaliais skaičiavimais sekant daugybės cheminių elementų gamybos procesus sprogstančioje žvaigždėje nustatyta, kad nykštukės masė ir metalingumas (sunkesnių už helį elementų masės dalis nykštukę suformavusioje žvaigždėje) turi labai didelę įtaką galutiniams rezultatams. Kuo masyvesnė ir metalingesnė yra nykštukė, tuo santykinai daugiau jos sprogimas pagamina mangano ir nikelio ir mažiau – kitų gretimų elementų. Taigi išmatavę mangano bei geležies ir nikelio bei geležies gausų santykius supernovų liekanose, galime nustatyti, kokios yra šiuos sprogimus sukėlusių nykštukių savybės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dulkėti aktyvūs branduoliai. Dauguma galaktikų turi centrines supermasyvias juodąsias skyles, kurių masės siekia nuo šimtų tūkstančių iki dešimčių milijardų Saulės masių. Kartais jos tampa aktyvios – ima sparčiai ryti aplinkines dujas, o pastarosios pradeda švytėti ryškiau už visas galaktikos žvaigždes; tokios galaktikos vadinamos aktyviomis. Kai kuriose galaktikose aptinkami dvigubi aktyvūs branduoliai – dvi supermasyvios juodosios skylės, besisukančios viena aplink kitą. Tai gali būti palyginus neseniai įvykusio galaktikų susiliejimo padarinys: galaktikos jau susijungė į vieną, o juodosios skylės – dar ne. Jei juodosios skylės yra pakankamai toli viena nuo kitos – dešimčių parsekų atstumu ir toliau – jas stebime kaip atskirus, erdviškai išskiriamus, aktyvius branduolius; jei atstumas tarp jų nedidelis, atskirti branduolius galime tik spektroskopiškai, t. y. stebėdami sistemos spektro pokyčius. Du branduoliai mūsų atžvilgiu juda ne visai vienodais greičiais, todėl jų spektro linijos dėl Doplerio efekto pasislenka nevienodai, ir galime jas atskirti. Bet dabar pateikti įrodymai, kad panašų spektro linijų išsiskyrimą gali sukelti ir dulkių debesys, supantys vieną aktyvų branduolį. Daug dulkių turintys santykinai nedideli debesys, išmetami iš dujų disko, supančio juodąją skylę, gali uždengti dalį disko ir aplink juodąją skylę besisukančių karštesnių debesų, bei sukelti stebimus spektro pokyčius. Aktyvaus branduolio spinduliuotė, praėjusi dulkių debesį, tampa silpnesnė ir raudonesnė. Tyrime šis efektas įvertintas, pasitelkiant skaitmeninį spinduliuotės pernašos modelį. Nustatyta, kad dulkių debesys gali paaiškinti ir daugiau aktyvių branduolių savybių, kurios iki šiol nedavė ramybės, pavyzdžiui neaiškius spinduliuotės intensyvumo kitimus, vykstančius nepriklausomai skirtingose branduolio vietose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Medžiagos pasiskirstymas Visatoje. Visata yra labai netolygi – didžiuliuose tarpuose tarp galaktikų medžiagos gali būti milijardus kartų mažiau, nei galaktikose, o ką jau kalbėti apie planetų ir tarpžvaigždinės erdvės tankių skirtumus. Šie skirtumai susiformavo per milijardus metų iš pirmykščių netolygumų, gravitacijai traukiant medžiagą į telkinius. Dabar pristatytas kol kas detaliausias Visatos medžiagos pasiskirstymo žemėlapis, padarytas remiantis silpno gravitacinio lęšiavimo duomenimis. Silpnas lęšiavimas – tai galaktikų atvaizdų iškreipimas dėl tarp jų ir mūsų esančios medžiagos gravitacinio lauko, kuris iškreipia fotonų trajektorijas. Galaktikų vaizdai nepasidalina į keletą (tai būtų stiprus lęšiavimas), tačiau tampa šiek tiek netvarkingi, o stebėdami daugybės galaktikų formas, astronomai gali apskaičiuoti vidutinį iškreipimą ir, kartu, vidutinį medžiagos tankį konkrečia kryptimi. Šiame tyrime nagrinėta maždaug viena trišimtoji dangaus ploto dalis ir atrinktos galaktikos, kurių spinduliuotė iki mūsų keliauja nuo 3,5 iki 9,5 milijardo metų (palyginimui Visatos amžius yra 13,8 milijardo metų). Pagrindinis šio tyrimo rezultatas – apskaičiavimas, kiek labai netolygus medžiagos pasiskirstymas Visatoje. Šis netolygumas yra svarbus kosmologinis parametras, nusakantis mūsų Visatos evoliuciją. Gautieji rezultatai atitinka kelių kitų tyrimų, kuriais buvo matuojamas galaktikų pasiskirstymas aplinkinėje Visatoje, rezultatus, tačiau ne visai atitinka Planck teleskopo duomenų duodamą vertę, galiojusią Visatos jaunystėje. Pastaroji yra šiek tiek didesnė, kitaip tariant, pagal Planck duomenis medžiaga Visatoje turėtų būti susitelkusi šiek tiek labiau, nei yra iš tiesų. Kol kas skirtumas nėra toks didelis, kad vertėtų nerimauti dėl kosmologinio modelio teisingumo, bet netolimoje ateityje skirtumas gali tapti ir reikšmingesnis. Šis tyrimas padarytas naudojant vienerių metų apžvalginių stebėjimų duomenis, o numatyta stebėjimus vykdyti dar ketverius metus, taigi rezultatų statistinis patikimumas taps gerokai didesnis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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 *