Kąsnelis Visatos CCCLIV: Žvaigždžių istorijos

Praėjusios savaitės naujienos beveik visos yra iš už Saulės sistemos ribų; vos vienintelis tyrimas apie Žemės vandens kilmę kalba apie artimesnius objektus. Kitose naujienose bus ir egzoplanetų, ir juodųjų skylių, bet labai daug – žvaigždžių. Tai ir žvaigždėdaros proceso detalės, ir žvaigždžių amžių nustatymas, ir vienos žvaigždės-pabėgėlės kilmės istorija, ir žvaigždžių liekanų magnetosferos... Kaip įprastai, dešimt naujienų rasite po kirpsniuku. Gero skaitymo!

***

Žemės vandens kilmė. Įprastai teigiama, kad Žemė susiformavo praktiškai sausa, o vandenį į ją atnešė asteroidai ir kometos, kritę pirmuosius kelis šimtus milijonų metų. Šis teiginys grindžiamas vandens izotopų santykiu, t.y. vandens molekulių, turinčių sunkesnio vandenilio izotopo deuterio atomą, dalis. Žemės vandenynuo sunkiojo ir įprasto vandens santykis yra beveik lygus asteroiduose randamų vandens molekulių santykiui. Bet pastaraisiais metais keli atradimai privertė suabejoti šios teorijos teisingumu. Pirma, Žemės mantijos uolienose aptikto vandens izotopų santykis yra kitoks, nei vandenynuose, o mantijoje greičiausiai yra trigubai daugiau vandens, nei Žemės paviršiuje. Antra, nustatyta, kad meteoritai, kilę iš asteroidų, greičiausiai atnešusių vandenį į Žemę, yra chemiškai beveik identiški seniausiems Saulės sistemos meteoritams, iš kurių motininių asteroidų formavosi ir Žemė. Taigi visai tikėtina, kad vanduo Žemę pasiekė jau planetos formavimosi metu. Dabar pristatytas naujas modelis, kuriuo siekiama detaliau nustatyti, kiek vandens Žemė galėjo gauti iš protoplanetinio disko. Pagal šį modelį, Žemę formavusios protoplanetinės uolienos buvo "šlapios" - išlaikė dalį vandens. Vanduo, sąveikaudamas su geležimi, išliko Žemės branduolyje ir mantijoje. Vėliau kažkiek vandens pateko į paviršių, bet taip pat nemažai vandens atnešė ir asteroidai ir kometos, kuriose izotopų santykis buvo kitoks, nei Žemėje. Įvertinę, kiek galėjo maišytis vanduo mantijoje ir paviršiuje, mokslininkai nustatė, jog labiausiai tikėtina, kad pirmykštis, iš protoplanetinio disko pasiimtas, vanduo sudaro apie 1% Žemės vandens. Tačiau darant skirtingas prielaidas, pirmykščio vandens kiekis gali išaugti net iki 5%. Šis atradimas įdomus ir kalbant apie egzoplanetas - jei uolinės planetos gali prisirinkti vandens formavimosi metu, tai padidina tikimybę, kad įvairios uolinės egzoplanetos yra vandeningos. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research Planets.

***

Ką mums davė Keplerio misija? Apie praeitą savaitę pasibaigusią planetų paiešką pasakoja SciShow News:

***

Skirtingų egzoplanetų gyvybingumas. Astronomai, ieškodami galimai gyvybei tinkamų planetų, paprastai koncentruojasi į planetas, panašias į Žemę. Tai yra uolinės planetos, dydžiu ir mase panašios į mūsiškę, kurių atstumas nuo žvaigždės patenka į gyvybinę zoną - jų paviršiaus temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Bet pastaruoju metu aptiktos kelios planetos, kurių nemažą masės dalį sudaro vanduo. Visą tokių planetų paviršių greičiausiai dengia kilometrų storio vandenynas, o sausumos nėra apskritai. Naujame tyrime nagrinėjama, kaip tikėtina biomasės augimo sparta galėtų priklausyti nuo sausumos ir vandens ploto planetos paviršiuje. Kuo planetoje vandens mažiau, tuo daugiau joje bus dykumų, o dykumose biomasė auga lėtai, todėl ir planeta greičiausiai bus mažai gyvybinga. Tuo tarpu daug vandens turinčiose planetose nėra iš kur atsirasti fosforui, kuris yra būtinas elementas visai gyvybei Žemėje. Nors kitose planetose gyvybė nuo žemiškosios gali skirtis kardinaliai, visgi panašiai gyvybei vystytis aukšta tikimybė yra tik planetose, kurių paviršiuje vandens yra nuo 30 iki 90%. Artimoje ateityje naujos stebėjimų misijos leis tyrinėti pavienių egzoplanetų savybes; šis atradimas padės geriau atsirinkti, kuriose iš jų verta ieškoti gyvybės pėdsakų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Lazerių aptikimas tarpžvaigždiniais atstumais. Breakthrough Starshot projekto tikslas yra nusiųsti spiečių mažyčių zondų į Kentauro Proksimą. Zondus įgreitinti bus naudojamas lazeris; jo galia turėtų siekti apie 100 gigavatų (palyginimui vidutiniškai Lietuvoje naudojama apie 1,5 gigavato elektros energijos). Tokį lazerį būtų įmanoma aptikti net ir iš kitos galaktikos, jei tik kas nors stebėtų Žemę. Tiesa, kol kas tokio galingo lazerio niekas nesukūrė, bet net ir dabartinius lazerius galima sukonfigūruoti taip, kad jų spinduliuotę matytų trečdalio Galaktikos atstumu nutolusių žvaigždžių stebėtojai. Naujame tyrime nagrinėjami būtent tokie lazerinio tarpžvaigždinio signalizavimo aspektai. Jame kalbama apie 1-2 megavatų galios lazerį, kurio spindulį fokusuoti padėtų 30-45 metrų skersmens teleskopas. Ir viena, ir kita technologija dar neegzistuoja, bet per artimiausius penketą metų taps realybe. Tokia sistema leistų paskleisti aptinkamą signalą šešių kiloparsekų nuotolio – tai yra trys ketvirčiai atstumo nuo mūsų iki Galaktikos centro. Signalą galėtume išskleisti tiek, kad jis aprėptų žvaigždžių gyvybines zonas, taigi nereikėtų taikytis į konkrečias egzoplanetas, užtektų signalą siųsti žvaigždės link. Taip signalizuojant teoriškai įmanoma su kita civilizacija susisiekti per dešimtmečius ar šimtmečius, priklausomai nuo atstumo iki jų planetos. Be to, lazeris galėtų pasitarnauti ir kaip megabitų per sekundę spartos duomenų perdavimo kanalas, taigi susisiekę su nežemiška civilizacija galėtume su ja ir bendrauti. Aišku, tik jei tokių civilizacijų kur nors netoliese yra. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Žvaigždžių formavimosi pradžia. Žvaigždės formuojasi iš molekulinių dujų debesų, kurie byra į vis mažesnius fragmentus, o fragmentai traukiasi, kol galiausiai jų tankis išauga pakankamai termobranduolinėms reakcijoms prasidėti. Pagrindinį vaidmenį debesies evoliucijoje vaidina gravitacija, tačiau taip pat svarbūs ir magnetiniai laukai ir dujų turbulencija. Bet izoliuotas debesis gali labai ilgai išlikti beveik stabilus ir žvaigždžių praktiškai neformuoti. Tad kas paskatina juos subyrėti? Skaitmeniniai modeliai rodo, kad greičiausiai pagrindinis kaltininkas yra debesų susidūrimai. Praeitą savaitę paskelbtame straipsnyje pateikiami kol kas geriausi šią prognozę patvirtinantys stebėjimų duomenys. Stebėjimams pasirinktas tankus žvaigždes formuojantis dujų telkinys, kurį gaubia jonizuotos anglies dujų apvalkalas. Apvalkalo dujos juda panašiu greičiu, kaip ir pats debesis - tai rodo, kad jos yra susijusios su debesiu. Tačiau jonizuota anglis yra gerokai labiau turbulentiška, be to, didžioji dalis apvalkalo dujų yra vienoje debesies pusėje. Skaitmeniniai modeliai prognozuoja būtent tokį medžiagos pasiskirstymą, jei debesis ima fragmentuoti po susidūrimo. Tada tankūs fragmentai ir juos gaubiantys retesnių dujų apvalkalai ima judėti šiek tiek skirtingai ir pasislenka vieni kitų atžvilgiu. Taigi panašu, jog bent kai kuriais atvejais molekuliniai debesys ima fragmentuoti ir formuoti žvaigždes tik tada, kai juos supurto susidūrimas su kaimynais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių amžiai spiečiuje. Žvaigždės įprastai formuojasi spiečiuose, kur grupė žvaigždžių gimsta vienu metu iš to paties dujų debesies. Vieni spiečiai greitai subyra, kiti išlieka ilgai - šimtus milijonų ar milijardus metų. Gali būti, kad kartais spiečiuose egzistuoja keleto populiacijų žvaigždės, t.y. žvaigždės ten gali formuotis ilgą laiką po paties spiečiaus atsiradimo. Bent jau taip atrodo, tyrinėjant spiečiaus žvaigždžių savybes. Vienas iš geriausių būdų nagrinėti spiečiaus žvaigždės yra ryškio-spalvos diagrama, kuri parodo žvaigždžių šviesį (jis proporcingas matomam ryškiui) ir temperatūrą (nuo jos priklauso spalva). Vienodo amžiaus žvaigždžių populiacija šioje diagramoje turėtų išsidėstyti ant vienos linijos, kurios didžiąją dalį sudaro pagrindinės sekos žvaigždės, o baigiančios gyvenimą žvaigždės išsibarsto dešinėje nuo pagrindinės sekos. Taškas (ryškis arba šviesis), ties kuriuo baigiasi pagrindinė seka, nurodo žvaigždžių populiacijos amžių. Bet, kaip minėta, kai kuriuose spiečiuose žvaigždės nuo pagrindinės sekos nutolsta įvairiose vietose, tad atrodo, lyg juose būtų keleto populiacijų žvaigždžių. Dabar pateiktas galimas alternatyvus šio reiškinio paaiškinimas - pasirodo, analogišką efektą sukelia žvaigždžių sukimasis. Tyrimui pasirinktas Laukinės Anties, arba M11, spiečius, kuriame priskaičiuojama apie 2900 žvaigždžių. Išmatavę detalius žvaigždžių spektrus astronomai pastebėjo, kad žvaigždės spiečiuje sukasi nevienodais greičiais. Taip pat pastebėta, kad greičiau besisukančios žvaigždės atrodo raudonesnės. Žvaigždžių evoliucijos modeliai jau seniai prognozuoja, kad greitesnis sukimasis geriau išmaišo cheminius elementus žvaigždėje, todėl jos centrinėje dalyje vandenilio būna daugiau ir žvaigždė ilgiau lieka pagrindinėje sekoje. Būtent toks efektas čia pirmą kartą ir užfiksuotas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Žvaigždė kanibalė pabėgėlė. Paukščių Take žinomos kelios dešimtys žvaigždžių, judančių neįprastai dideliais greičiais ir galbūt net pabėgančių iš Galaktikos. Viena tokia žvaigždė, CPD-64 2731, juda maždaug 160 km/s greičiu tolyn nuo Galaktikos disko. Nors tokio greičio neužtenka pabėgti iš Paukščių Tako, jis vis tiek yra netikėtai didelis. Dar įdomiau tai, kad tikėtinas žvaigždės skrydžio laikas nuo Galaktikos disko yra bent 6 milijonai metų, tačiau ši žvaigždė yra tokia masyvi, kad neturėtų gyventi ilgiau nei 3-4 milijonus. Dabar pasiūlytas galimas jos atsiradimo paaiškinimas: ši žvaigždė kadaise buvo dvinarė sistema, tačiau ją sudarančios žvaigždės susijungė į vieną masyvesnę. Žvaigždžių susijungimai yra retas, tačiau ne visiškai negirdėtas reiškinys. Taip gali įvykti, kai viena iš žvaigždžių dvinarėje sistemoje išsiplečia į milžinę ir apgaubia kompanionę; pastaroji tada nuskęsta milžinėje ir abi žvaigždės susijungia į vieną. Susijungimo metu susiformavusi žvaigždė atjaunėja - atrodo tarsi būtų gerokai jaunesnė, nei yra iš tiesų. Be to, tokia žvaigždė turėtų greitai suktis, o aplink ją turėtų plėstis susijungimo metu išmestų išorinių žvaigždės-milžinės sluoksnių dujos. Abu šie reiškiniai stebimi žvaigždėje CPD-64 2731. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Maža nemetalinga žvaigždė. Pirmosios žvaigždės Visatoje formavosi vien iš vandenilio ir helio - sunkesnių cheminių elementų, astronomijoje vadinamų "metalais", tuo metu tiesiog nebuvo. Ilgą laiką manyta, kad šios žvaigždės buvo vidutiniškai masyvesnės už dabartines, todėl gyveno trumpai ir iki šių dienų neišliko. Bet kartais vis aptinkamos labai senos ir labai nemetalingos žvaigždės, kurios verčia abejoti tokia interpretacija. Dabar pranešta apie aptiktą dar vieną, ypatingai mažos masės, labai nemetalingą žvaigždę. Žvaigždė atrasta dvinarėje sistemoje labai ilgu kodiniu numeriu 2MASS J18082002--5104378 (numeris nurodo apžvalginių stebėjimų projektą, kurio metu žvaigždė atrasta, ir žvaigždės koordinates). Jau seniau žinoma, kad visos sistemos masė nesiekia vienos Saulės masės, o mažesnioji sistemos narė, pasirodo, yra septynis kartus lengvesnė už Saulę. 14% Saulės masės yra arti žemutinės žvaigždžių masių ribos - jei objekto masė nesiekia 8% Saulės, jame nevyksta vandenilio sintezė ir jis niekada netampa žvaigžde, o lieka rudąja nykštuke. Metalų abiejose sistemos žvaigždėse yra apie 1000-10000 kartų mažiau, nei Saulėje, kitaip tariant, mažesniojoje žvaigždėje metalų masė sudaro tik apie dešimtadalį Žemės masės. Taigi atrodo, kad bent kartais ir seniausios Visatos žvaigždės galėjo būti labai mažos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Baltųjų nykštukių magnetosfera. Baltosios nykštukės yra į Saulę panašių žvaigždžių paskutinė evoliucijos stadija - kompaktiškos ir karštos žvaigždžių liekanos. Jų paviršiaus temperatūra siekia iki 100 tūkstančių laipsnių (palyginimui Saulės paviršiaus temperatūra yra vos 5500 laipsnių). Tačiau kai kurių nykštukių spektre yra randama labai stipriai jonizuotų metalų pėdsakų. Nuo šių elementų branduolių yra atplėšti visi išskyrus vieną elektronai, o tam reikalinga temperatūra yra maždaug milijonas laipsnių - gerokai didesnė, nei nykštukių paviršiuje. Dabar pateiktas galimas paaiškinimas, kaip elementai jonizuojami taip stipriai. Stebint nykštukė GALEX J014636.8+323615 nustatyta, kad ypatingai stipriai jonizuotų elementų spektras kinta labai greitai, maždaug tokiu pačiu periodu, kaip ir žvaigždės sukimosi periodas - 5,8 valandos. Kitų elementų pėdsakai spektre beveik nekinta. Tai reiškia, kad labai jonizuoti elementai yra ne žvaigždės paviršiuje, kuris visas daugmaž vienodas, o jos aplinkoje. Tikėtiniausias paaiškinimas - elementus jonizuoja žvaigždės magnetosfera, kurioje medžiagos temperatūra gali pasiekti reikalingą milijoną laipsnių. Magnetinio lauko ašis yra pasvirusi sukimosi ašies atžvilgiu, todėl magnetinis laukas nuolatos juda pro žvaigždės išmetamą medžiagą ir gali ją stipriai paveikti. Taip aplink baltąją nykštukę susiformuoja labai energingų dalelių vainikas, šiek tiek panašus į Saulės vainiką. Ši nykštukių savybė teoriškai prognozuojama jau seniai, bet tik dabar aptiktas jos egzistavimo įrodymas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikų spiečiaus Abell 2597 centrinė galaktika submilimetriniuose (geltona), regimuosiuose (raudona) ir rentgeno (violetinė/mėlyna) spinduliuose. Šaltinis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tremblay et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/VLT
Galaktikų spiečiaus Abell 2597 centrinė galaktika submilimetriniuose (geltona), regimuosiuose (raudona) ir rentgeno (violetinė/mėlyna) spinduliuose. Šaltinis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tremblay et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/VLT

Daugelio elektromagnetinio spektro ruožų informacija, sudėta į bendrą vaizdą, gali atskleisti naujų žinių apie procesus Visatoje. Vienas to pavyzdys - galaktikų spiečius Abell 2597, kurio centrinėje galaktikoje aptikti šaltų dujų fontano pėdsakai. Paveiksliuke matote trijų nuotraukų montažą. Geltonai pažymėtos šaltos dujos, esančios galaktikos diske ir aplink jį. Raudonai pažymėtos kiek šiltesnės iš galaktikos lekiančios dujos, sudarančios fontaną. Šios dujos yra išsidėsčiusios statmenai šaltosioms - būtent tai yra vienas iš įrodymų, kad stebime fontaną, kuris yra išmetamas statmenai galaktikos diskui, mažiausio pasipriešinimo kryptimi. Nors galaktiką supa tarpgalaktinės karštos dujos (matomos rentgeno spinduliuose ir pažymėtos mėlyna/violetine spalvomis), fontaną sudarančios dujos yra šaltos. Toks dujų srautas vėliau greičiausiai nukrenta atgal į galaktiką, išmaišo skirtingos cheminės sudėties dujas ir skatina žvaigždėdarą.

***

Vidutinė juodoji skylė. Astronomai juodąsias skyles skirsto į dvi rūšis - žvaigždinės masės ir supermasyvias. Jų pagrindinis skirtumas yra masė, o tarp šių rūšių, intervale nuo maždaug šimto iki maždaug milijono Saulės masių, yra praraja. Egzistuoja ne viena dešimtis "kandidačių" tarpinės masės juodųjų skylių, bet kol kas nei viena iš jų nėra patvirtinta. Aptikti tarpinės masės juodąsias skyles labai sudėtinga: jų poveikis aplinkai, esant galaktikų centruose, gerokai mažesnis nei supermasyviųjų, ir jos negyvena dvinarėse sistemose, kaip žinomos žvaigždinės masės juodosios skylės. Praeitą savaitę pristatyta dar viena tarpinės masės juodoji skylė-kandidatė, bet šįsyk atradimas atrodo gana tvirtas, nes jį patvirtina net keli įrodymai. Aptiktas objektas yra galaktikos NGC 3319 centre; jo spektras atitinka aktyvių galaktikų branduolių spektrą, tačiau šviesis siekia tik apie 10 milijonų Saulės šviesių - įprastai aktyvūs branduoliai yra gerokai šviesesni. Remiantis šiais dviem faktais, įvertinta juodosios skylės masė yra tarp 300 ir 300 tūkstančių Saulės masių, kaip tik apimanti tarpinės masės juodųjų skylių intervalą. Be to, objekto rentgeno spindulių šviesis nuolatos kinta, o kitimo laikas atitinka tikėtiną mažesnės nei 100 tūkstančių Saulės masių juodosios skylės aplinkoje esančių dujų spinduliuotės kitimo laiką. Panašią masę sufleruoja ir rentgeno bei radijo spinduliuotės intensyvumo santykis, kuris irgi priklauso nuo juodosios skylės masės. Šis atradimas, kaip ir kitų panašių juodųjų skylių aptikimas ir tyrimai, padės išsiaiškinti, kaip apskritai atsiranda centrinės galaktikų juodosios skylės ir kaip jos auga. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dvinarės juodosios skylės. Kone kiekviena galaktika per savo gyvenimą patiria daugybę susiliejimų su kitomis, kartais mažytėmis, kartais panašaus dydžio galaktikomis. Po susiliejimo susidariusioje naujoje galaktikoje ilgą laiką - šimtus milijonų metų - turėtų egzistuoti dvi supermasyvios juodosios skylės, po truputį artėjančios viena prie kitos ir galiausiai taip pat susijungiančios. Visgi stebėjimais aptikti tokias dvinares juodąsias skyles kol kas labai sudėtinga, greičiausiai todėl, kad jas gaubia tankūs dujų apvalkalai, pro kuriuos neprasiskverbia beveik jokia spinduliuotė, generuojama juodosios skylės aplinkoje. Dabar paskelbti stebėjimų duomenys, rodantys, kad tankių dujų apgaubtos juodosios skylės tikrai dažnai yra besijungiančiose galaktikose. Stebėjimams atrinkta beveik pusė tūkstančio galaktikų, iš kurių sklinda labai energinga rentgeno spinduliuotė, tačiau kituose ruožuose aktyvių branduolių nematyti - tai greičiausiai yra galaktikos su stipriai apgaubtais aktyviais branduoliais. Infraraudonųjų spindulių ruože nemažoje dalyje - beveik penktadalyje - šių galaktikų aptikti dvigubi branduoliai, kuriuos skiria mažiau nei trys kiloparsekai. Toks atstumas yra gerokai mažesnis už galaktikos dydį, tačiau juodosios skylės dar gerai atskiriamos viena nuo kitos. Tarp visų galaktikų panašius dvigubus branduolius turi vos viena iš šimto. Taigi hipotezė, kad energingi rentgeno spinduliai yra vienas iš skiriamųjų galaktikų susiliejimų bruožų, pasitvirtino. Ateityje panašūs stebėjimai leis atrinkti neseniai susijungusias galaktikas ir sekti, kaip jose jungiasi supermasyvios juodosios skylės. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

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 *