Kąsnelis Visatos CCCLIII: Misijos

Praeitą savaitę netekome Keplerio ir Dawn – dviejų misijų, kurios praplėtė mūsų akiratį apie egzoplanetas ir Asteroidų žiedą. Bet kitos misijos vyksta sėkmingai – Parker zondas priartėjo prie Saulės, taip pat patvirtinta misija į Jupiterio orbitoje esančius asteroidus. Kitose naujienose – netikėta galaktinė tėkmė, senovinių ežerų Marse kilmė, baltųjų nykštukių atgimimo galimybės ir dar šis tas. Kaip visada, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Neutrinai yra ypatingai silpnai su kita materija sąveikaujančios dalelės, susiformuojančios įvairių energingų procesų metu, pavyzdžiui žvaigždėse, supernovų sprogimuose ir panašiai. Viena iš jų paieškos laboratorijų Žemėje yra Antarktidoje, kur į kubinį kilometrą ledo prikaišiota detektorių, siekiančių užfiksuoti retas neutrinų sąveikas su vandens molekulėmis. Apie IceCube pasakoja Fraser Cain:

***

Parker zondo kelionė. Rugpjūtį Saulės link išskridęs Parker zondas praeitą savaitę priartėjo arčiau mūsų žvaigždės, nei bet koks kitas ankstesnis žmonių sukurtas prietaisas. Tai buvo jo pirmasis artimas praskridimas šalia Saulės, kurio metu zondą nuo jos skyrė 42,73 milijono kilometrų, arba maždaug 28% atstumo nuo Saulės iki Žemės. Ir tai – ne pabaiga. Per šešerius metus truksiančią misiją Parker zondas priartės vos 7 milijonų atstumu nuo Saulės ir skris pro jos vainiką. Būtent su vainiku susiję pagrindiniai misijos tikslai – nustatyti, kaip energija pernešama nuo Saulės paviršiaus į aplinką, kaip formuojasi Saulės vėjas, kaip jį veikia magnetinio lauko konfigūracija. Per visą misiją zondas arti Saulės praskris 24 kartus; ilgai išbūti prie pat žvaigždės jis nepajėgs, todėl reguliariai turės atsitraukti. Pirmi keli ratai skirti orbitos korekcijoms, pasinaudojant Veneros gravitacija, kurios leis galiausiai priartėti darbiniu atstumu. Kiekvieno praskridimo metu bus surenkama vis naujų duomenų, kurie pagerins supratimą apie Saulę ir jos poveikį mums.

***

Hellas baseino ežerai. Pietiniame Marso pusrutulyje egzistuoja didžiulis Hellas krateris, arba baseinas, suformuotas seno kometos ar asteroido smūgio. Naujame tyrime pristatomi įrodymai, kad šiaurės rytiniame baseino krašte kadaise egzistavo daugybė ežerų. Jau seniai žinoma, kad baseine ir jo apylinkėse yra daug senovinių upių vagų, tačiau iki šiol jos nebuvo tyrinėtos kaip vandens apytakos sistemų dalys. Dabar mokslininkai ištyrė vagų kryptis ir struktūrą ir nustatė, kur, tikėtina, jos vedė, iš kokių telkinių tos upės galėjo ištekėti ir į kokius įtekėti. Taip aptiktos trys tikėtinos paleoežerų grupės baseino kraštą ribojančiose aukštumose ir viena grupė žemumoje. Pirmos trys grupės buvo upių šaltiniai, ketvirtoji – pabaigos taškai. Kiekvienos ežerų grupės kilmė – skirtinga: vieni upių šaltiniai formavosi vandeniui sunkiantis iš po paviršiaus, kiti – iš lietaus vandens, dar kitus formavo abu procesai. Upių pabaigoje buvę ežerai formavosi šių upių dėka. Pačių upių pobūdis irgi skirtingas: kai kurios buvo staigių potvynių kanalai, kitos – ramios srovelės, dar kitos galėjo tekėti ilgai ir galingai, panašiai kaip šiandieninė Misisipė. Kai kurie ežerai ir upės yra greta Hadriacus vulkaninio regiono, kuris senovėje buvo aktyvus. Ten nuolatos keitėsi paviršiaus struktūros, dėl to upės, keisdamos vagas, dažnai palikdavo daug nuosėdų. Šis regionas gali būti labai turtingas ir geologiniais, ir gal net biologiniais Marso praeities pėdsakais. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Dviejų misijų pabaiga. Praeitą savaitę baigėsi dvi ilgametės kosminės misijos – Keplerio ir Dawn. Kepleris, nuo 2009 metų ieškojęs egzoplanetų, radikaliai pakeitė mūsų supratimą apie planetų dažnumą ir planetinių sistemų įvairovę. Didžioji dalis šiuo metu žinomų egzoplanetų aptiktos būtent Keplerio teleskopo dėka. Jo misija buvo planuota vos trejiems metams, bet vėliau pratęsta. 2013 metų viduryje sugedo antrasis iš keturių reakcijos ratukų, leidžiančių teleskopui išlaikyti nekintančią orientaciją, taigi pagrindinę misiją teko nutraukti, bet po metų Kepleris atgimė kaip K2 – modifikuota misija, stebinti vis kitus dangaus lopinėlius 90 dienų intervalais. Dabar misija nutraukta, nes baigėsi kuras, reikalingas valdyti teleskopui. Tai nebuvo netikėta – jau prieš porą mėnesių nutraukti stebėjimai, nes kuro likučių užteko tik teleskopui pakreipti į Žemę, kad būtų galima atsiųsti paskutinius surinktus duomenis. Keplerio duomenys dar toli gražu nebaigti analizuoti – juose rasime ne vieną dešimtį, o gal ir šimtą ar tūkstantį, naujų planetų. Visi šie duomenys bus prieinami viešai.

Dawn misija, išskridusi 2007 metais, dvejus metus sukosi aplink asteroidą Vestą, o vėliau, nuo 2015-ųjų – aplink nykštukinę planetą Cererą. Ši misija planuota tik metams, bet pratęsta iki baigsis erdvėlaivio kuras. Būtent tai ir įvyko praeitą savaitę, todėl misiją teko užbaigti. Dawn aptikodiferenciacijos (uolienų išsiskirstymo) įrodymų Vestoje, daugybę ledo ir organinių junginių Cereroje, ir gerokai praplėtė mūsų supratimą apie Asteroidų žiedą formavusius procesus. Jis liks skrieti stabilia orbita aplink Cerera bent keletą dešimtmečių, o gal ir ilgiau, priklausomai nuo Cereros sąveikų su kitais Saulės sistemos kūnais. Panašiai kaip ir Keplerio, taip ir Dawn duomenys dar ne vienerius metus suteiks pagrindo naujiems atradimams.

***

Septynių asteroidų misija. Po trejų metų, 2021-ųjų spalį, Jupiterio link išskris zondas Lucy, kuris savo misijos metu aplankys net septynis asteroidus. Praeitą savaitę NASA patvirtino, jog misija tikrai bus vykdoma, skyrė jai biudžetą ir numatė paleidimo datą. Tokia misija – beprecedentė: iki šiol vienintelis Dawn aplankė daugiau nei vieną aplink Saulę besisukantį kūną, kuris nėra planeta; New Horizons netrukus prisijungs prie jo, tačiau iki septynių objektų kitoms misijoms dar labai toli. Lucy tikslai – vienas asteroidas pagrindiniame žiede tarp Marso ir Jupiterio, keturi asteroidai telkinyje vienoje Jupiterio pusėje ir du – kitoje. Šie du telkiniai, vadinami Jupiterio asteroidais-trojėnais (arba, tiksliau, trojėnais ir graikais), egzistuoja Jupiterio orbitoje, maždaug šeštadaliu orbitos prieš planetą ir už jos; juos ten išlaiko bendra Jupiterio ir Saulės gravitacija. Misija pavadinta pagal garsiąją australopitekės fosiliją, atrastą Etiopijoje 1974 metais. Panašiai, kaip fosilija Lucy padėjo suprasti žmonijos evoliuciją, taip zondas Lucy turėtų padėti suprasti planetų formavimosi eigą Saulės sistemoje.

***

Tarpplanetinė gyvybės sklaida. Asteroidų smūgiai neretai išmuša uolienas iš planetų ir išmeta jas į kosmosą. Po milijonų ar milijardų metų šios uolienos gali nukristi kitoje planetoje. Uolienose, bent jau teoriškai, galėtų išlikti ir gyvybė ar gyvybei formuotis reikalingi sudėtingi junginiai – taip gyvybė gali persikelti iš planetos į planetą. Toks procesas, vadinamas panspermija, teoriškai nagrinėjamas ne vieną dešimtmetį. Panspermijos hipotezė sulaukė naujo dėmesio, kai buvo aptiktos pirmosios daugelio egzoplanetų sistemos, mat jose dažnai planetos yra gerokai arčiau viena kitos, nei Saulės sistemoje. Tokiose sistemose ir uolienų pernaša iš vienos planetos į kitą turėtų vykti sparčiau. Naujame tyrime nagrinėjama, kokie galėtų būti panspermijos mastai panašiose sistemose. Saulės sistemai pritaikyti skaičiavimai apibendrinami ir pritaikomi bet kokiai planetinei sistemai. Nagrinėjami trys esminiai panspermijos etapai: gyvybės išlikimas išmetimo iš planetos į orbitą metu, gyvybės išlikimas tarpplanetinėje kelionėje, ir gyvybės išlikimas uolienai krentant į kitą planetą. Pirmų dviejų etapų skaičiavimai yra paremti ir stebėjimų duomenimis – šį tą žinome apie mikroorganizmų išgyvenimą asteroidų smūgių metu bei apie mikroorganizmų išlikimą kosmoso sąlygomis. Tik trečiasis etapas paremtas vien teoriniais svarstymais. Šie skaičiavimai padės charakterizuoti egzoplanetų sistemas ir geriau pasirinkti, kurias planetas ar sistemas verta tyrinėti detaliau. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Ryškiausių žvaigždžių pasiskirstymas. Kuo žvaigždės masyvesnės ir šviesesnės, tuo mažiau jų būna. Pavyzdžiui, dešimt kartų už Saulę masyvesnės žvaigždės šviečia keturis tūkstančius kartų ryškiau už mūsų žvaigždę, bet jų yra du šimtus kartų mažiau, nei Saulės masės žvaigždžių. Šios žvaigždės dar ir gyvena trumpai – vos kelis milijonus metų, palyginus su Saulės dešimčia milijardų, – bet gali turėti labai reikšmingą poveikį aplinkinės galaktikos dalies evoliucijai. Jų vėjai ir spinduliuotė, o gyvenimo pabaigoje – ir supernovų sprogimai, išblaško dujų telkinius, paspartina žvaigždėdarą aplinkiniuose regionuose, gali kita linkme pakreipti visos galaktikos evoliuciją. Manoma, kad masyviausios žvaigždės gyvenimo pabaigoje pereina keletą evoliucijos etapų: Ryškių mėlynųjų kintančiųjų (Luminous Blue Variable, LBV) ir Wolfo-Rayeto žvaigždžių (Wolf-Rayet, arba tiesiog WR star). Tačiau ilgą laiką šiai interpretacijai nedavė ramybės kai kurių stebėjimų duomenys, rodantys, kad LBV žvaigždes vieną nuo kitos skiria daug didesni atstumai, nei pagrindinės sekos (jaunas) masyvias žvaigždes ar WR žvaigždes. Jei LBV žvaigždės tikrai yra šių masyvių žvaigždžių evoliucijos etapas, jos turėtų būti erdvėje pasklidusios panašiai, kaip kitų etapų tos pačios masės žvaigždės. Be to, masyvios žvaigždės per savo keleto milijonų metų gyvenimus negali pabėgti labai toli nuo masyvių tarpžvaigždinių dujų debesų, kuriuose gimsta grupėmis. Dabar nauji stebėjimai šią problemą išsprendė. Pasirodo, anksčiau naudoti kriterijai, atpažįstant ir identifikuojant masyvias žvaigždes, buvo labai netikslūs. Jie rėmėsi žvaigždžių spektrais, kurie gali būti gana įvairūs dėl medžiagos maišymosi tokių masyvių žvaigždžių paviršiuje ir branduolyje. Pakeitus atrankos kriterijų į fotometrinius duomenis, apimančius platesnį elektromagnetinio spektro ruožą nei spektrinės linijos, atrasta daugiau žvaigždžių ir nustatyta, kad LBV žvaigždės pasiskirsčiusios panašiai, kaip ir WR bei masyvios jaunos žvaigždės. Taip pat LBV žvaigždės daugiausiai aptiktos šalia masyvių jaunų žvaigždžių grupių, vadinamų OB asociacijomis; LBV žvaigždės greičiausiai gimė tose pačiose asociacijose ir nespėjo nuo jų labai nutolti. Taigi atrodo, kad evoliucinė seka visgi yra teisinga. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Įsižiebiančios baltosios nykštukės. Baltosios nykštukės yra į Saulę panašių žvaigždžių gyvenimo pabaiga – maži labai karšti objektai, dažniausiai sudaryti iš deguonies ir anglies mišinio. Jų masė pernelyg maža, kad šiuos elementus suspaustų ir įžiebtų jų termobranduolines reakcijas, taigi žvaigždė tiesiog spinduliuoja ir per milijardus metų vėsta. Kartais joje termobranduolinės reakcijos visgi gali įsižiebti: pavyzdžiui, jeigu ji susijungia su kita baltąja nykštuke arba jei prisirenka medžiagos iš kompanionės dvinarėje sistemoje. Tokiais atvejais įvyksta supernovos sprogimas. Dabar skaitmeniniais modeliais pasiūlytas dar vienas mechanizmas, kaip baltoji nykštukė gali vėl įsižiebti: praskridimas arti tarpinės masės juodosios skylės. Tarpinės masės juodosios skylės yra 100-100 tūkstančių Saulės masių objektai, galimai egzistuojantys kamuoliniuose spiečiuose ar nykštukinių galaktikų centruose. Arti tokio objekto skrendančią baltąją nykštukę juodosios skylės gravitacija ištemptų viena kryptimi ir suspaustų kita. Būtent suspaudimo gali pakakti, kad nykštukėje vėl prasidėtų termobranduolinės reakcijos ir deguonis bei anglis imtų formuoti sunkesnius elementus. Nagrinėjant modelius su skirtingomis pradinėmis sąlygomis nustatyta, kad jeigu nykštukė suspaudžiama silpnai, joje formuojasi daugiau kalcio grupės elementų – t.y. tokių, kurių atominiai skaičiai artimi kalciui. Tuo tarpu stipriai suspaustos nykštukės gali suformuoti elementų iki geležies. Kalciu gali pavirsti iki 15% nykštukės masės, o geležimi – net iki 60%. Taip pat sąveikos metu sistema išspinduliuoja gravitacinių bangų, kurias ateityje galėtų aptikti kosminis detektorius eLISA. Tokie susidūrimai galėtų vykti senuose žvaigždžių spiečiuose, kurių centruose masyvių žvaigždžių paliktos juodosios skylės gali susijungti į masyvesnes. Charakteringi regimųjų ir gravitacinių bangų žybsniai gali padėti patvirtinti tarpinės masės juodųjų skylių egzistavimą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Paukščių Tako formavimosi pradžia. Visos galaktikos per savo gyvenimus patiria įvairių susiliejimų su kitomis. Paukščių Takas – ne išimtis: seniai žinoma, kad mūsų Galaktika per pastaruosius keletą milijardų metų prarijo bent kelias nykštukines palydoves. Jų pėdsakai matomi kaip žvaigždžių srautai Galaktikos hale. Dabar pateikti įrodymai, kad Galaktikos jaunystėje, prieš 10 milijardų metų, į ją įkrito maždaug keturis kartus mažesnės masės galaktika. Ši atklydėlė, atradėjų praminta „Gaja-Enceladu“, greičiausiai pataikė beveik tiksliai į Paukščių Tako centrą. Jos masė buvo kiek didesnė nei dabartinė Mažojo Magelano debesies masė – apie 60 milijardų Saulės masių. Paukščių Takas tada buvo mažesnis, nei dabar, o Gaja-Enceladas suformavo nemažą dalį struktūrų, matomų ir dabar: centrinę halo dalį ir storąjį diską. Tiksliau sakant, storasis Galaktikos diskas egzistavo ir tada, bet susidūrimas jį „išpūtė“ ir pavertė storuoju. Atradimą padaryti leido Gaia teleskopo duomenys, kuriuose aptiktos halo ir storojo disko žvaigždžių populiacijos, judančios kitokiomis orbitomis, nei dauguma. Šios žvaigždės taip pat yra šiek tiek chemiškai skirtingos nuo likusių Galaktikos žvaigždžių – tai byloja, kad jos susiformavo kitokioje aplinkoje ir tik vėliau prisijungė prie Paukščių Tako. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Tėkmė netikėtoje galaktikoje. Jau daugiau nei dešimt metų žinome, kad nemažai aktyvių galaktikų turi molekulines tėkmes – struktūras, sudarytas iš greitai judančių tankių ir šaltų dujų, tolstančių nuo galaktikos centro šimtų ar net tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Teoriniai modeliai aiškina, kad tėkmes sukelia aktyvaus branduolio spinduliuotė, išpučianti dar keliasdešimt kartų greitesnį vėją, kuris efektyviai perduoda energiją aplinkinėms dujoms. Prieš trejus metus pirmą kartą vėjas ir tėkmė aptikti toje pačioje galaktikoje, o jų savybės puikiai atitiko teorinių modelių prognozes. Dabar tokia pati konfigūracija aptikta trečią kartą, bet ji rasta gerokai kitokioje galaktikoje, nei pirmos dvi. Pirmosios dvi galaktikos su užfiksuotais tėkme ir vėju buvo pilnos dujų ir turėjo labai ryškius aktyvius branduolius. Būtent tokiuose objektuose ir tikimasi stipriausių tėkmių. Naujame tyrime nagrinėjama galaktika IRAS 17020+4544 taip pat yra aktyvi, bet gerokai blausesnė už ankstesnes. Ji daug kuo panaši į mūsų Paukščių Taką: yra diskinė, o jos branduolio šviesis yra toks, kokį galėtų pasiekti ir mūsų Galaktikos centrinė juodoji skylė, jei tik į ją įkristų daug dujų. Anksčiau buvo manoma, kad tokiose galaktikose dujų nėra pakankamai daug, kad išpūsta tėkmė galėtų atvėsti, sutankėti ir suformuoti molekulinius debesis, kurie ir yra stebimi. Pasirodo, tokia situacija tikrai įmanoma, o procesai, vykstantys didelėse daug dujų turinčiose galaktikose, iš esmės nesiskiria nuo vykstančių Paukščių Tako analoguose. Šis atradimas padės geriau suprasti galaktikų evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktika PGC 42871. Šaltinis: Hubble Legacy Archive, NASA, ESA; Domingo Pestana
Galaktika PGC 42871. Šaltinis: Hubble Legacy Archive, NASA, ESA; Domingo Pestana

Kodėl ši galaktika atrodo tarsi sudaryta iš kevalų? Tai yra susiliejimų pasekmė – nuo kitos galaktikos nutrauktos žvaigždės sukasi aplink galaktiką srautais, o jų orbitos susiprojektuoja į tokius kevalus. Šios galaktikos pakraščių stebėjimai gali padėti išsiaiškinti jos augimo istoriją – kevaluose yra kamuolinių spiečių, kurių savybes nustatyti lengviau, nei pavienių žvaigždžių.

***

Automatizuota galaktikų paieška. Naujos apžvalginių stebėjimų misijos atranda, ar artimiausiais metais atras, dešimtis milijonų galaktikų, kurias identifikuoti ir klasifikuoti reikia naujų automatinių įrankių. Dabar grupė mokslininkų pristatė neuroniniais tinklais paremtą algoritmą, skirtą aptikti bei klasifikuoti radijo galaktikoms. Radijo galaktikos yra galaktikos, kurių aktyvūs branduoliai kuria čiurkšles, nusidriekiančias tūkstančius parsekų ir neretai net išsiveržiančias iš galaktikos ribų. Tradiciniais algoritmais dažnai sudėtinga nustatyti, kur prasideda ir baigiasi pati galaktika, o kur yra jos čiurkšlė, ir susieti objektą su jo atvaizdais kituose – ne radijo – bangų ruožuose. Naujasis metodas remiasi Facebook ir Google naudojamais veidų atpažinimo neuroniniais tinklais, kurie net ir daug objektų turinčioje nuotraukoje atpažįsta tai, ko reikia. Šiuo atveju algoritmas apmokytas nagrinėti radijo ir infraraudonąsias nuotraukas, nes radijo galaktikos dažnai ryškiai šviečia infraraudonųjų spindulių ruože. Algoritmo efektyvumas – tikrai neblogas: vienai galaktikai atpažinti ir jos padėčiai pažymėti užtenka mažiau nei 0,2 sekundės, o atpažinimo tikslumas viršija 90%. Ateityje autoriai ketina patobulinti algoritmą, kad jis gerai atpažintų galaktikas ir tokiose nuotraukose, kuriose jų matoma ne viena. 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 *