Kąsnelis Visatos CCCLXIV: Apgaubimai

Joks kosminis objektas neegzistuoja izoliuotas nuo aplinkos. Visi turi kokius nors apvalkalus, kaimynus, sąveikauja su aplinkos reiškiniais ir patys ją paveikia. Taigi aplinkos nagrinėjimas – ar tai būtų galimas nuolaužų diskas Saulės sistemos pakraštyje, ar dulkės bei molekulės prie žvaigždžių, ar dujos aplink pirmas supermasyvias juodąsias skyles – dažnai leidžia geriau suprasti ir šalia esančius objektus. Kitose naujienose – pašvaistės Žemėje ir kopų juostos Marse, žvaigždžių formavimasis astronominių vienetų ir galaktikų mastu, ir Visatos plėtimosi greičio matavimas nauju metodu. Gero skaitymo!

***

Ašigalinių pašvaisčių skirtumai. Žemės magnetinis laukas yra ganėtinai simetriškas, tad ilgą laiką buvo manoma, kad simetriškos turėtų būti ir šiaurės bei pietų pašvaistės. Pašvaistės susidaro, kai Saulės vėjo dalelės, nukreiptos Žemės magnetinio lauko linijų, sąveikauja su viršutiniais atmosferos sluoksniais arti ašigalių; buvo manoma, kad šis procesas šiaurėje ir pietuose vyksta iš principo panašiai. Visgi 2009 aptikta, kad šiaurinė ir pietinė pašvaistės gerokai skiriasi: viena iš jų vyksta keletu valandų vėliau už kitą, skiriasi jų pločiai bei kryptys danguje. Dabar nauja stebėjimų duomenų analizė padeda išsiaiškinti, kas nulemia skirtumus. Saulės vėjo nešamas magnetinis laukas dažniausiai yra nukreiptas rytų-vakarų kryptimi, t.y. statmenai Žemės magnetinei ašiai. Jo sąveika su Žemės magnetosfera, pasirodo, yra nesimetriška ir iškreipia mūsų planetos magnetinį lauką. Viename pusrutulyje susiformuoja banano formos magnetinių linijų sankaupa, o kitame panaši sankaupa yra apskritimo formos. Toks netolygus magnetinio lauko pasiskirstymas paveikia ir pašvaisčių išvaizdą. Tiesa, magnetosferos uodegoje – priešingoje Saulei Žemės pusėje – magnetinio lauko linijos gali susijungti ir išsilyginti; taip pašvaisčių nesimetriškumas šiek tiek mažėja. Tyrimo rezultatai publikuojami Annales Geophysicae.

***

Marso kopų juostos. Marse jau ne vienerius metus aptinkamos atsikartojančios šlaitų linijos (angl. recurrent slope lineae) – nuošliaužos kopų šlaituose. Kurį laiką buvo teigiama, jog jos yra skysto vandens, egzistuojančio netoli paviršiaus, garavimo padarinys, vėliau tikėtinesnė pasirodė alternatyvi hipotezė, jog jas sukelia garuojantis anglies dvideginio ledas. Dabar pristatytas apžvalginis straipsnis, kuriame vertinamas visų paaiškinimų tikėtinumas. Abi hipotezės – ir „šlapia“, ir „sausa“ – negali paaiškinti visų linijų savybių. Pavyzdžiui, jų atsiradimas nepriklauso nuo metų laiko, priešingai nei prognozuoja „šlapia“ hipotezė. Ši hipotezė negali paaiškinti ir linijų, perlipančių net keleto metrų aukščio kliūtis. Iš kitos pusės, „sausoji“ hipotezė neteisingai prognozuoja, kad linijos turėtų būti trumpos – iki keleto šimtų metrų ilgio – ir susidėti iš keleto lygiagrečių juostų. Žemėje kai kur randamos panašios nuošliaužos: pavyzdžiui, Andų kalnuose Bolivijoje tokias linijas sukuria labai daug druskų prisisotinęs vanduo, tekantis kopų šlaitais. Visgi skirtumai išlieka, tad atsakymo, kas sukelia nuošliaužas Marse, dar reikės palaukti. Aukštesnės raiškos paviršiaus nuotraukos galėtų padėti nustatyti jų sukėlėjus. Tyrimo rezultatai publikuojami Reviews of Geophysics.

***

Ultima Thule iš 6700 kilometrų atstumo. Šaltinis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Na negaliu aš atsigrožėti Ultima ir Thule, ir šviesiu kaklu, jungiančiu jas į tolimiausią žmonių sukurto aparato aplankytą objektą. Ši nuotrauka padaryta septynios minutės iki artimiausio New Horizons priartėjimo, taigi greičiausiai bus ir dar geresnės raiškos vaizdų, bet jų dar reikės palaukti. Šios nuotraukos raiška – maždaug 135 metrai pikseliui.

***

Nuolaužų disko valdomi asteroidai. Saulės sistemos pakraščiuose egzistuoja daugybė mažų kūnų – asteroidų, nykštukinių planetų, ir panašių. Kai kurių jų orbitos yra netikėtai panašios, tarsi juos valdytų kažkokio kito objekto gravitacija. Ši savybė yra kol kas tvirčiausias įrodymas, jog Saulės sistemos pakraštyje galimai egzistuoja dar viena – devinta – planeta, galbūt net dešimt kartų masyvesnė už Žemę. Bet nauji skaičiavimai rodo, kad tokį patį poveikį mažųjų kūnų orbitoms gali turėti ir tiesiog pasklidusių nuolaužų disko gravitacija. Už Neptūno egzistuojantis Kuiperio žiedas, susidedantis iš būtent tokių objektų, galėtų turėti žymiai didesnį ir tolimesnį analogą. Pastarojo gravitacija galėtų išlaikyti kai kuriuos smulkius kūnus keistose orbitose milijardus metų ir sukelti tiksliai tokius pat efektus, kokius stebime. Tačiau, kaip ir devintosios planetos atveju, taip ir šiuo, orbitas valdanti struktūra tėra hipotetinė. Kol kas neaptikome devintosios planetos, bet žinoma užneptūninių objektų masė irgi toli gražu nėra pakankama stebėjimams paaiškinti. Remiantis naujaisiais skaičiavimais, nuolaužų disko masė turėtų viršyti Žemės masę. Sprendžiant pagal dabartinius stebėjimus – ir Saulės sistemos pakraščių, ir analogiškų diskų kitose žvaigždžių sistemose, – užneptūninių objektų disko masė nesiekia dešimtadalio Žemės masės. Taigi patvirtinti šią naująją hipotezę bus panašiai sudėtinga, kaip ir devintosios planetos egzistavimą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių formavimasis mažiausiais masteliais. Žvaigždės formuojasi iš šaltų molekulinių dujų debesų, kurie byra į gabaliukus dėl gravitacijos ir turbulentiško medžiagos judėjimo. Iš vieno debesies gali susiformuoti daugybė, kartais net milijonai, žvaigždžių, tad norėdami išnagrinėti procesą detaliau, turime tyrinėti jį daug mažesniais masteliais, kuriuose dujose nustoja fragmentuoti. Dabar pristatyti geriausios raiškos žvaigždžių formavimosi proceso stebėjimų duomenys. ALMA teleskopų masyvu Čilėje ištirtas daugmaž Galaktikos centro kryptimi matomas žvaigždėdaros regionas G351.77-0.54. Stebėjimais pavyko išskirti struktūras, mažesnes už 50 astronominių vienetų (1 AU yra atstumas tarp Žemės ir Saulės, arba 150 milijonų kilometrų). Ankstesni žvaigždėdaros regionų tyrimai dažniausiai apsiribodavo tūkstančio AU ar prastesne raiška. Naujieji duomenys leido nustatyti, kokio dydžio yra didžiausi stabilūs dujų gumulai, iš kurių formuojasi pavienės žvaigždės. Skirtingi žvaigždėdaros modeliai prognozuoja skirtingus šių gumulų dydžius, mat jie priklauso nuo dujų temperatūros, magnetinio lauko ir turbulentiško judėjimo stiprumo. Rezultatai rodo, kad gumulų dydis atitinka paprasčiausio modelio, įtraukiančio tik gravitaciją ir dujų šiluminį slėgį, prognozę. Taigi magnetinis laukas ir turbulentiškas dujų judėjimas pavienių žvaigždžių formavimuisi nėra svarbūs. Taip pat aptikta besiformuojančios žvaigždės išmetama medžiagos čiurkšlė, tačiau neaptikta jokio požymio, kad besiformuojančią žvaigždę suptų protoplanetinis diskas. Pastarasis atradimas yra labai netikėtas ir kol kas nepaaiškintas. Tolesniais stebėjimais tikimasi suprasti, kodėl šiuo atveju diskas nesusiformavo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Sudėtinga molekulė prožvaigždės aplinkoje. Kuo daugiau stebime tarpžvaigždines dujas, tuo daugiau įvairių sudėtingų junginių ten aptinkame. Nuo paprasčiausių molekulių, tokių kaip vandenilis ar anglies monoksidas, iki dešimtis atomų jungiančių darinių, kurie buvo labai svarbūs ir gyvybės atsiradimui Žemėje. Dabar pirmą kartą kosmose aptikta molekulė glikonitrilas (HOCH_2CN). Šis junginys yra labai svarbus ribonukleotidų formavimui – vienam iš nukleininių rūgščių formavimosi žingsnių. Šios rūgštys – DNR ir RNR – yra visos gyvybės Žemėje pagrindas. Molekulė aptikta gerai ištirtos prožvaigždės IRAS16293-2422 B aplinkoje, kurią nuo mūsų skiria apie 120 parsekų. Molekulė aptikta dviejose būsenose – šiltoje, arti žvaigždės, ir šaltoje, sistemos pakraščiuose. Iš viso molekulių nėra daug – maždaug viena glikonitrilo molekulė dešimčiai milijardų vandenilio molekulių, – bet vien jos egzistavimas yra gana netikėtas. Tyrėjai pabandė atkurti molekulės formavimosi sąlygas skaitmeniniu modeliu, bet jiems nepavyko pasiekti tokios gausos, kokia stebima. Tai reiškia, kad kol kas nežinome apie kažkurias cheminių reakcijų grandines, formuojančias glikonitrilą kosmoso sąlygomis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Netolygūs žvaigždžių vėjai. Visos žvaigždės nuolatos nusimetinėja paviršinę medžiagą – pučia vėjus. Mažesnės žvaigždės pučia silpniau, didesnės – stipriau; pačios didžiausios per kelis milijonus metų trunkančius gyvenimus netenka keleto dešimčių Saulės masių medžiagos. Įprastai manoma, ir paprasti modeliai teigia, kad vėjai yra daugmaž tolygūs medžiagos srautai, tačiau nauji stebėjimai verčia abejoti šiuo teiginiu. Stebėjimams pasirinkta dvinarė sistema OAO 1657-415, susidedanti iš neutroninės žvaigždės ir žvaigždės-milžinės. Pastarosios vėjas pučia pro neutroninę žvaigždę, yra įgreitinamas ir ima skleisti rentgeno spindulius. Pagrindinis vėjo signalas yra 6,4 kiloelektronvolto (čia toks energijos matavimo vienetas; ši energija yra 3000 kartų didesnė, nei regimųjų spindulių) linija, kuriama elektronų, kurie išmušami iš neutralių geležies atomų. Bet šioje sistemoje taip pat aptikta ir šiek tiek mažesnės, 6,3 kiloelektronvoltų energijos, spinduliuotė. Ji beveik neabejotinai kyla tada, kai rentgeno spinduliai sąveikauja su medžiagos sankaupa netoli neutroninės žvaigždės. Apskaičiuotas sankaupos tankis, reikalingas stebimam signalui sukurti, pasirodė esąs didesnis už žvaigždės vėjo tankį. Tai reiškia, kad žvaigždės vėjas sklinda ne tolygiai, bet pliūpsniais, ir iš žvaigždės išmeta medžiagos sankaupas. Dabar, siekdami nustatyti detalesnę sankaupos struktūrą ir galimai atrasti daugiau panašių sankaupų, mokslininkai stebi sistemą kitu rentgeno spindulių teleskopu, galinčiu apžvelgti platesnį spektro ruožą. Naują analizę tikimasi paskelbti iki šių metų vidurio. Šie atradimai padės geriau suprasti ir kaip žvaigždės netenka medžiagos, ir kaip elgiasi jų magnetiniai laukai, pagrinde nulemiantys vėjo įgreitinimą ir išmetimą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Geležies apsuptos žvaigždės. Žvaigždes supančios dujos dažnai yra šiek tiek daugiau praturtintos sunkiais cheminiais elementais, nei tipinė galaktikos tarpžvaigždinė medžiaga, mat jas papildo žvaigždžių vėjai. Visgi galaktikoje, kurioje sunkesnių už helį elementų, vadinamų metalais, vidutiniškai yra dešimt kartų mažiau, nei Saulėje, aptikti žvaigždes, gaubiamas beveik vien iš geležies sudarytų dulkių, yra netikėta. Tokia žvaigždžių grupė aptikta Paukščių Tako palydovinėje galaktikoje Didžiajame Magelano debesyje. Šios žvaigždės yra milžinės, artėjančios prie savo gyvenimo pabaigos. Jų amžius siekia apie 100 milijonų metų. Stebėjimams jos pasirinktos todėl, kad jau anksčiau žinoma, kad jų spektrai atrodo gana keistai. Daugumos tokių žvaigždžių aplinkoje aptinkama daug silikatų, tačiau prie šių žvaigždžių jų nerasta. Nauji stebėjimai parodė, kad spektrą galima paaiškinti kietų geležies dalelių kuriama sugertimi. Tai reiškia, kad šios žvaigždės prigamino neįprastai daug geležies, bet mažai magnio ir deguonies – elementų, kurie labai svarbūs silikatų formavimuisi. Spėjama, kad žvaigždžių gelmėse, ties riba tarp branduolio ir išorinių sluoksnių, susidarė sąlygos labai sparčiai branduolinei sintezei, kuri iš branduolio kylančius atomų branduolius efektyviai paverčia anglimi. Tolesnis šių ir panašių neįprastų žvaigždžių nagrinėjimas bus naudingas siekiant geriau suprasti žvaigždžių struktūros ir evoliucijos detales. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Greitėjanti žvaigždėdara Magelano debesyse. Didysis ir Mažasis Magelano debesys, palydovinės Paukščių Tako galaktikos, yra gana didelės, bet bendrai paėmus nelabai išskirtinės nykštukinės galaktikos. Tačiau dabar nauji stebėjimai atskleidė, kad jų žvaigždėdaros istorija – nebūdinga nykštukėms: jose yra netikėtai daug jaunų žvaigždžių ir netikėtai mažai senų. Daugybės žvaigždžių abiejose galaktikose cheminės sudėties matavimai atskleidė keletą netikėtumų. Pirmasis – ilgą laiką abu Magelano debesys žvaigždes formavo ypatingai neefektyviai, per milijardą metų suformuodami tik maždaug 1-3% šiandieninės masės. Įprastai galaktikos kas milijardą metų suformuoja po 10% šiandieninės žvaigždžių masės. O vėliau, per pastaruosius 1-2 milijardus metų, žvaigždėdaros sparta išaugo beveik dešimt kartų ir tada susiformavo apie 80% visų kiekvienos galaktikos žvaigždžių. Šis atradimas patvirtina hipotezę, kad Magelano debesys tik palyginus neseniai, prieš keletą milijardų metų, pirmą kartą priartėjo prie Paukščių Tako. Mūsų Galaktikos gravitacija galėjo paveikti šias galaktikas ir sukelti jose žvaigždėdaros žybsnį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visatos plėtimosi greičio matavimas. Visatos plėtimąsi nusako Hablo parametras, nurodantis, kaip sparčiai nuo mūsų tolsta konkrečiu atstumu esantys objektai. Jo vertę galima išmatuoti keliais būdais; dažniausiai naudojami du – kosminės foninės spinduliuotės struktūrų dydžio matavimas ir aplinkinių galaktikų judėjimo greičio bei atstumo matavimas. Dabar pristatytas įvertinimas, gautas naudojant kitokį metodą – kvazaro gravitacinį lęšiavimą. Tolimo kvazaro atvaizdas dėl arčiau esančios galaktikos gravitacijos pasidalino į du; šie atvaizdai atitiko truputį skirtingais keliais iki mūsų keliaujančią šviesą. Skirtingi keliai yra nevienodo ilgio, todėl vienas kvazaro atvaizdas buvo šiek tiek vėlyvesnis, nei kitas. Pasitelkę šiuos atvaizdų skirtumo matavimus, taip pat žinias apie šviesą iškreipiančią galaktiką, astronomai nustatė, kaip priklauso kampinis atstumas tarp dviejų objektų nuo atstumo iki jų. Šis sąryšis taip pat priklauso nuo Hablo parametro, tad gauta ir jo vertė – 72,5^{+2,1}_{-2,3} km/s, šiek tiek mažesnė nei gautoji matuojant artimų galaktikų atstumus, tačiau paklaidų ribose su ja sutampanti. Abi šios vertės yra reikšmingai didesnės, nei gautoji iš kosminės foninės spinduliuotės matavimų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supermasyvių juodųjų skylių atsiradimas. Galaktikų centruose esančios supermasyvios juodosios skylės atsirado ir augo labai anksti po Didžiojo sprogimo. Praėjus mažiau nei 700 milijonų metų po Visatos atsiradimo, kai kurios iš jų jau buvo išaugusios iki milijardo Saulės masių. Kol kas nėra žinoma, kaip jos sugebėjo užaugti tokios masyvios taip sparčiai, bet egzistuoja keletas hipotezių. Viena iš jų – pirmosios galaktikos centruose turėjo karštų dujų telkinius, kurie nefragmentavo į žvaigždes, tačiau labai sparčiai maitino besiformuojančias juodąsias skyles. Dabar pristatyti skaitmeninio modelio, tikrinančio šią idėją, rezultatai. Nustatyta, kad jaunoje Visatoje tikrai egzistavo tinkamos sąlygos sparčiai augti juodosioms skylėms. Tiesa, ne visur: spinduliuotės laukas, sulaikantis dujas nuo fragmentacijos, turėjo būti trigubai stipresnis už vidutinį tuo metu egzistavusį, taigi juodosios skylės sparčiau augo tik nedidelėje dalyje galaktikų. Taip pat sparčiam augimui reikalingas spartus didesnių struktūrų, tokių kaip galaktikų grupių pirmtakai, augimas. Kol kas rezultatai yra gana preliminarūs; ateityje tikimasi nustatyti, kokia tikėtina supermasyvių juodųjų skylių populiacija išauga tokiomis sąlygomis ir ar ji gali paaiškinti stebėjimų rezultatus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Savaitės filmukas – pasakojimas apie universalias Visatos konstantas, jų vertes ir galimybę, kad tos vertės po truputį kinta. O šį YouTube kanalą labai rekomenduoju – visi pasakojimai nuostabiai geri.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *