Kąsnelis Visatos CCCLXVIII: Metodai

Neturėdami galimybės astrofizikinių reiškinių atkurti laboratorijoje, turime tenkintis stebėjimų duomenimis. Negalėdami nuskristi iki stebimų objektų, ieškome vis geresnių būdų gauti duomenis bei juos apdoroti. Kelios naujienos iš praėjusios savaitės kaip tik su tuo susijusios – apie teleskopus, kuriuos gali tekti surinkinėti orbitoje, apie meteoritų struktūros analizės patobulinimą, apie Paukščių Tako disko formą. Kitose naujienose – SpaceX ir Virgin Galactic kosminių skrydžių planai, Saulės vainiko temperatūros aiškinimas, Paukščių Tako ir Andromedos susidūrimo prognozės bei kitos įdomybės. Gero skaitymo!

***

Privatūs kosmoso skrydžių planai. Ne viena kompanija šiuo metu vysto kosminių skrydžių pajėgumus. Daugiausiai pasiekusi, žinoma, kol kas yra SpaceX, kurios darbuotojai praeitą savaitę sėkmingai išbandė naujoviškus Raptor variklius, skirtus erdvėlaiviui Starship. Paties Starship bandomieji skrydžiai vis dar planuojami šių metų viduryje. Pirmasis Starship skrydis su įgula kol kas numatytas 2023 metais, kai keletas keleivių – japonų milijardierius dizaineris Jusaku Maezava ir grupė menininkų – nuskris iki Mėnulio ir atgal. Gali būti, kad sėkmingai vykstantys bandymai leis paankstinti ir šio skrydžio datą, bet kol kas tai lieka tik spekuliacijomis. Artimesnėje perspektyvoje SpaceX jau kovo 2 dieną turėtų išbandyti Crew Dragon įgulos kapsulę bandomajame skrydyje į Tarptautinę kosminę stotį. Jei šis skrydis, kol kas be įgulos, bus sėkmingas, pirmieji žmonių skrydžiai į kosmosą iš JAV teritorijos po aštuonerių metų pertraukos gali įvykti jau šią vasarą.

Kitos kompanijos, Virgin Galactic, vadovas Richardas Bransonas pažadėjo, kad dar šiemet savo kompanijos erdvėlaiviu pakils į kosmosą. Jis norėtų tą padaryti per Apollo astronautų išsilaipinimo Mėnulyje penkiasdešimtąsias metines liepos 20 dieną. Pernai gruodį kompanijos erdvėlaivis SpaceShipTwo bandomojo skrydžio metu pakilo 80 km virš Žemės paviršiaus – šiek tiek mažiau, nei oficiali kosmoso riba 100 km aukštyje. Virgin Galactic, kaip ir dar viena kompanija Blue Origin, planuoja siūlyti kosmoso turizmo skrydžius – trumpus skrydžius į didesnį nei 100 km aukštį, kurio metu erdvėlaivis nepasiekia orbitinio greičio – tūkstančiams klientų jau artimiausiais metais. Toks verslo modelis turėtų leisti šioms kompanijoms toliau vystyti kosmines technologijas.

***

Kosmose montuojami teleskopai. Šiandieniniai didžiausi kosminiai teleskopai turi keleto metrų skersmens veidrodžius. Būtent pagrindinio veidrodžio dydis yra vienas pagrindinių veiksnių, nulemiančių teleskopo gaunamų vaizdų ryškumą ir gebėjimą aptikti blausiausius objektus. Artimiausiu metu teleskopų dydis gali pradėti kelti problemų. Jau dabar rengiami teleskopai, pavyzdžiui James Webb, reikalauja inovatyvių sprendimų, kad būtų galima juos sutalpinti į raketas-nešėjas. Pavyzdžiui, Webb’o pagrindinis 6,5 metro skersmens veidrodis sudalintas į 18 šešiakampių segmentų, kurie skrydžio metu bus sulankstyti, o pilnai išsiskleis tik orbitoje. Šiuo metu jau planuojami naujos kartos kosminiai teleskopai, kurie į kosmosą skris po dešimties metų ir daugiau. Jų veidrodžių skersmuo turėtų pasiekti net 15 metrų – bet tik tuo atveju, jei iki teleskopo paleidimo NASA baigs kurti naują raketą-nešėją Space Launch System (SLS). Jei teleskopą reikės iškelti mažesne šiandienine raketa, teks apsiriboti 8 metrų skersmens veidrodžiu. Prieš kelias savaites vykusiame JAV Astronomų draugijos susitikime pasiūlyta idėja, galimai išspręsianti šią problemą – teleskopų surinkimas orbitoje. Apskritai astronautų darbas su teleskopais orbitoje nėra naujas reiškinys – Hablo teleskopą lankė ne viena aptarnavimo misija. Iš kitos pusės, surinkti teleskopą iš atskirai iškeliamų dalių būtų daug sudėtingesnis uždavinys. Visgi kosminių teleskopų dydis laikui bėgant kels vis daugiau problemų – net jei SLS bus parengta laiku, dar tolesnės kartos teleskopams iškelti gali neužtekti ir jos. Taigi teleskopų montavimas orbitoje gali būti tiesiog neišvengiama progreso dalis. Kol kas visiškai neaišku, ar tą efektyviau darytų astronautai, ar robotinės misijos. Atsakymų į šiuos klausimus šiuo metu ieško NASA surinkta turimų grupė, kurios išvadų tikimasi sulaukti gegužės mėnesį. Kaip bebūtų, orbitoje renkami teleskopai realybe taps ne anksčiau, nei po 20 metų, bet jau per artimiausią dešimtmetį gali būti pradėtos planuoti pirmosios tokios misijos.

***

Senovinių meteoritų struktūra. Kai kurie Žemėje randami meteoritai, vadinami angliniais chondritais, yra pirmykščiai objektai, išlikę nuo Saulės sistemos formavimosi laikų. Tirdami jų cheminę sudėtį galime vis geriau suprasti, kokie junginiai egzistavo Saulės sistemoje jai dar tik formuojantis, iš kur į Žemę atkeliavo vanduo ir organinės medžiagos, reikalingos gyvybės pradžiai. Tačiau inkliuzai meteorituose dažnai yra tokie maži, kad analizuoti juos įmanoma tik suskaldžius pačią uolieną, o toks procesas gali įvesti paklaidų. Dabar pasiūlytas naujas meteoritų tyrimo metodas, paremtas infraraudonosios spinduliuotės ir atominės jėgos mikroskopų apjungimu. Infraraudonaisiais spinduliais galima tyrinėti meteoritą sudarančias medžiagas, bet šių spindulių bangos ilgiai yra pernelyg dideli ir neleidžia pasiekti norimos erdvinės raiškos. Bet apšviesti mėginiai sušyla ir kitaip reaguoja į spinduliuotę, priklausomai nuo to, kokius atomus ar molekules pasiekia fotonai. Atominės jėgos mikroskopas gali užfiksuoti šias sąveikas ir leidžia identifikuoti junginius gerokai aukštesne raiška, nei vien spinduliuotės sugerties ir atspindžio analizė. Vien spinduliuote paremta spektroskopija leidžia pasiekti keleto mikrometrų raišką, o naujuoju metodu – 30 nanometrų, maždaug šimtą kartų geresnę. Pritaikius metodą dviem gerai ištirtiems meteoritams – Murchison ir Bells – nustatyta, kad juose organiniai junginiai egzistuoja šalia paplokščių silicio turinčių junginių, vadinamų filosilikatais. Toks erdvinis ryšys žinomas jau seniai, bet naujasis tyrimas parodė, kad ryšys egzistuoja ir gerokai mažesniuose masteliuose. Ateityje šią techniką bus galima naudoti daugybės meteoritų – ir jau žinomų, ir dar nerastų ar nenukritusių į Žemę – analizei. Tyrimo rezultatai publikuojami PNAS.

***

Saulės vainiko karštis. Saulės paviršiaus temperatūra siekia apie 6000 laipsnių, tačiau jos vainikas įkaitęs net iki milijono. Ne vieną dešimtmetį bandoma išsiaiškinti, kaip vainiką sudarančios retos dujos įkaista iki tokios aukštos temperatūros, bet kol kas nesėkmingai. Tačiau dabar, išanalizavę NASA Saulės dinamikos observatorijos (SDO) dešimties metų stebėjimų duomenis, grupė mokslininkų pateikė galimą paaiškinimą. Jis susijęs su magnetiniame lauke sklindančiais signalais, vadinamais Alfveno bangomis. Seniai žinoma, kad šios bangos perduoda energiją iš Saulės paviršiaus į vainiką ir taip pastarąjį kaitina, tačiau tos energijos nepakanka pasiekti stebimai vainiko temperatūrai. Naujieji duomenys parodė, kad vainiko magnetinis laukas virpa ir kitu dažniu, atitinkančiu akustinių – garso – bangų sklidimo Saulės viduje dažnį. Tai greičiausiai reiškia, kad akustinės bangos perduoda energiją iš Saulės gelmių tiesiai į vainiką. Taigi tos pačios Alfveno bangos, sklindančios vainike, neša žymiai daugiau energijos, nei buvo manoma iki šiol, ir galbūt gali įkaitinti vainiką iki milijono laipsnių. Šis atradimas svarbus ne tik tuo, kad galbūt paaiškina vainiko temperatūrą. Net jei detaliau išnagrinėjus energijos pernašą paaiškėtų, kad jos nepakanka vainikui įkaitinti, fakto, kad energija perduodama iš žvaigždės gelmių, tai nepaneigs. Tad ateityje modeliuojant Saulės ir kitų žvaigždžių vainikų bei vėjo savybes bus būtina atsižvelgti ir į tokią energijos pernašą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Urano ir Neptūno atmosferos. Dvi tolimiausios Saulės sistemos planetos, Uranas ir Neptūnas, niekada nebuvo detaliai stebimi iš arti, išskyrus Voyager 2 misijos skrydį pro šalį 1989-aisiais. Taigi įdomius juose vykstančius procesus nagrinėti galime tik iš Žemės ar planetos prieigų. Vienas iš pagrindinių planetas stebinčių prietaisų yra Hablas, kuriuo kasmet tikrinami šių ledinių planetų atmosferų pokyčiai. Naujausio patikrinimo metu aptiktas naujas tamsus sūkurys Neptūne ir detalizuotas ilgalaikis sūkurys Urane. Tamsūs sūkuriai Neptūne susiformuoja kas 4-6 metus ir išlieka vidutiniškai dvejus metus; iki šiol per visą stebėjimų laikotarpį aptikti tik šeši tokie dariniai. Kol kas neaišku, kaip ir kodėl jie formuojasi, bet kiekviena nauja nuotrauka padeda geriau tą suprasti. Šalia sūkurio matomi du šviesūs debesys, kuriuose dujos kyla aukštyn ir vėsta – šviesesni jie tampa dėl metano ledo kristalų, susidarančių viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Urano šiaurės pusrutulyje matomas milžiniškas šviesus sūkurys greičiausiai atsiranda dėl neįprasto planetos sukimosi: jos ašis yra beveik statmena sukimosi aplink Saulę ašiai. Šiuo metu Urano šiaurės pusrutulyje yra vasara, taigi jau ne vienerius Žemės metus šiaurės pusrutulyje tęsiasi nesibaigianti diena. Įšilusi atmosfera ima judėti vis greičiau ir sukelia sūkurį. Labai įdomi savybė matoma arčiau pusiaujo – siaura debesų juosta, supanti visą planetą. Urane vėjai pučia plačiais srautais, tad visiškai neaišku, kaip debesys išlieka suspausti į tokį siaurą platumų intervalą. Deja, kol kas nėra planuojama jokių misijų į ledines planetas, kurios padėtų atsakyti į visus šiuos klausimus, tad atsakymų ieškoti tenka Hablo nuotraukose.

***

Katastrofiškas egzoplanetų susidūrimas. Kiekviena planetų sistema jaunystėje buvo pilna mažų kūnų, kurie jungėsi į planetas, o kartais susidurdavo ir suduždavo. Saulės sistemoje vienas toks susidūrimas leido susiformuoti Mėnuliui, panašių smūgių galėjo patirti ir Marsas. Teoriškai katastrofiški susidūrimai gali reikšmingai pakeisti planetos evoliuciją, tačiau iki šiol neturėjome jokių įrodymų, kad tokie reiškiniai kur nors vyksta. Dabar pateikta dviejų egzoplanetų duomenų analizė rodo, kad viena iš jų jaunystėje greičiausiai patyrė katastrofišką smūgį. Planetos Keplerio-107b ir Keplerio-107c yra toje pačioje sistemoje ir sukasi labai arti savo žvaigždės – b vieną ratą apsuka per kiek daugiau nei tris Žemės dienas, c – per penkias. Jų spinduliai yra beveik vienodi, pusantro karto didesni, nei Žemės. Abiejų planetų tankis yra labai didelis: planetos b – panašus į Žemės, o c – dvigubai didesnis. Tai yra viena iš tankiausių žinomų egzoplanetų; akivaizdu, kad didelę jos masės dalį sudaro metalinis branduolys. Bet kodėl taip skiriasi planetų b ir c tankiai? Skirtumo negalima paaiškinti skirtingomis formavimosi sąlygomis, nes abi planetos susiformavo toje pačioje sistemoje. Nepadeda ir žvaigždės spinduliuotė: ji galėtų nupūsti išorinius besiformuojančios planetos sluoksnius, bet tada tankesnė turėtų būti stipriau paveikta planeta b. Taigi vienintelis galimas paaiškinimas – stiprus smūgis, nudaužęs planetos c išorinius sluoksnius ir palikęs ją sudarytą beveik vien iš metalinio branduolio. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Jaunų žvaigždžių aplinkos chemija. Tarpžvaigždinėje terpėje egzistuoja daugybė skirtingų molekulių, nuo paprasčiausio vandenilio iki sudėtingų organinių junginių. Formuojantis žvaigždėms, jie patenka į protoplanetinius diskus, iš kurių papildo besiformuojančias planetas. Stebėdami diskus bei apskritai jaunų žvaigždžių aplinką, galime vis geriau suprasti, kaip vystosi cheminė sudėtis skirtingose aplinkose. Dabar pristatyti du tyrimai, papildantys supratimą apie cheminių junginių įvairovę jaunų žvaigždžių prieigose. Pirmajame tyrime nagrinėta vos pusės milijono metų amžiaus žvaigždė Oriono V883. Įprastai tokias žvaigždes supančiame diske keleto astronominių vienetų atstumu nuo žvaigždės egzistuoja sniego linija – riba, už kurios vanduo sustingęs į ledą. Bet 2015 metų pabaigoje V883 sužibo daug ryškiau – tai irgi įprastas reiškinys jaunose žvaigždėse. Žybsnis išgarino ledą daug didesniu atstumu nuo žvaigždės ir išlaisvino jame įkalintas sudėtingesnes molekules. Naujame tyrime nagrinėtos būtent šios naujai išlaisvintos molekulės. Nustatyta, kad jų santykiniai kiekiai yra labai panašūs į Saulės sistemos kometose aptinkamų molekulių kiekius. Kometos yra protoplanetinio disko, kadaise supusio Saulę, paskutinės liekanos, leidžiančios tyrinėti, iš kokių medžiagų formavosi planetos. Analogiškai ir Oriono V883 atveju, jos žybsnio metu išlaisvintos molekulės atskleidžia protoplanetinio disko savybes ir padeda suprasti, iš kokių medžiagų formuosis planetos jos aplinkoje. Toks pat tyrimų metodas gali būti taikomas ir kitoms jaunoms žvaigždėms. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

Kitas tyrimas irgi susijęs su Oriono ūku ir jame esančiu objektu, vadinamu „Šaltiniu I“. Šaltinis I greičiausiai yra maždaug 15 kartų už Saulę masyvesnė besiformuojanti (dar neįsižiebusi) žvaigždė. Jos aplinkoje dabar aptikta natrio bei kalio chlorido – kitaip tariant, valgomosios druskos. Tai yra pirmas kartas, kai tokios molekulės aptiktos tarpžvaigždinėje terpėje, išskyrus senų žvaigždžių vėjus. Molekulės aptiktos ne prožvaigždę juosiančiame diske, bet iš jos besiveržiančioje tėkmėje, kur greičiausiai atsiranda yrant dulkėms. Prožvaigždės spinduliuotė suardo dulkes ir sužadina molekules, todėl jas tampa įmanoma aptikti. Turint omeny druskų molekulių retumą, jos gali būti puikus pėdsakas, leidžiantis identifikuoti masyvių prožvaigždžių egzistavimą žvaigždėdaros regionuose, kuriuos gaubia tankūs dulkių apvalkalai, neleidžiantys atskirti pavienių žvaigždžių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***


Jonizuoto vandenilio ūkas LHA 120-N 180B Didžiajame Magelano debesyje. Šaltinis: ESO, A McLeod et al.

Jaunos žvaigždės skleidžia daug energingų ultravioletinių spindulių, kurie jonizuoja vandenilį ir išpučia karštų dujų burbulus, tokius kaip šis. Mėlyna spalva šioje nuotraukoje žymi jonizuotas vandenilio dujas, gelsvi ir rusvi pakraščiai – šaltesnes dujas, išstumtas besiplečiančio burbulo.

***

Sulinkęs Paukščių Tako diskas. Jau seniai žinoma, kad Paukščių Tako diskas nėra visiškai plokščias – jo išorinės dalys yra išlinkusios ir išsipūtusios, lyginant su centrinėmis. Tačiau tikslią disko formą nustatyti labai sudėtinga, nes išorinėje disko dalyje mažai žvaigždžių ir dujų, be to, sunku nustatyti atstumus iki jų. Dabar, remdamiesi kintančių žvaigždžių Cefėidžių stebėjimais, mokslininkai sukūrė palyginus labai tikslų Galaktikos disko formos modelį. Daugiau nei 1300 Cefėidžių išsidėstymas trimatėje erdvėje leido išsiaiškinti, kur prasideda ir kaip vystosi disko išsilenkimas, judant nuo centro į pakraščius. Priešingai nei manyta iki šiol, disko išsilenkimo linija nesutampa su linija, jungiančia Saulę su Galaktikos centru, o sudaro beveik 20 laipsnių kampą su ja. Be to, diskas išsilenkęs šiek tiek spirališkai – skirtingu atstumu nuo centro esantys regionai išsilenkę ne ta pačia kryptimi. Tokia savybė gerai atitinka kitų spiralinių galaktikų diskų išsilenkimą. Tai greičiausiai reiškia, kad išorinę disko dalį išlenkė vidinės dalies gravitacija, o ne, pavyzdžiui, sąveikos su kitomis galaktikomis. Šie rezultatai padės ateityje nagrinėti Galaktikos disko formavimosi istoriją, žvaigždžių orbitas bei kilmę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Paukščių Tako – Andromedos susidūrimas. Mūsų kaimyninė Andromedos galaktika artėja prie Paukščių Tako ir po keleto milijardų metų su juo susidurs. Dabar pristatyta Gaia teleskopo duomenų analizė leidžia patikslinti numatomą šio susidūrimo laiką. Nors Gaia daugiausiai stebėjo Paukščių Tako žvaigždes, jos jautrumo užtenka ir kai kurioms Andromedos bei kaimyninės Trikampio galaktikos žvaigždėms išskirti. Dvejų metų stebėjimų duomenyse, kurie šiuo metu yra viešai prieinami, pavyko nustatyti šių žvaigždžių judėjimą dangaus skliaute. Jį išmatavus, apskaičiuota ir Andromedos bei Trikampio galaktikų sukimosi sparta – ji gerai atitinka ankstesnių stebėjimų rezultatus, kurie gauti matuojant žvaigždžių judėjimą stebėjimo kryptimi. Abiejų rezultatų atitikimas gerokai sustiprina jų patikimumą. Taip pat nustatyta, kuria kryptimi ir kokiu greičiu juda abi galaktikos. Gautas Andromedos greitis dangaus skliaute yra šiek tiek didesnis, nei manyta iki šiol. Tai reiškia, kad ji Paukščių Tako link juda trajektorija, primenančia storą elipsę ir mūsų Galaktiką pasieks po 4,5 milijardo metų – 600 milijonų metų vėliau, nei buvo manoma. Trikampio galaktikos trajektorija Andromedos atžvilgiu leidžia spręsti, kad pirmoji galaktika prie Andromedos artėja pirmą kartą, o nėra pastarosios palydovė. Šie rezultatai padeda geriau suprasti Vietinės galaktikų grupės, sudarytos iš Paukščių Tako, Andromedos, Trikampio bei jų palydovių, sudėtį ir evoliuciją, ir leis patobulinti Visatos struktūros modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždėdaros tėkmės spiralinėje galaktikoje. Žvaigždžių formavimasis, ypač centrinėse galaktikų dalyse, yra neatsiejamas nuo galaktikos branduolio aktyvumo. Abu procesai susiję daugybe ryšių: žvaigždėdara sujaukia dujas ir padeda maitinti branduolį, bet taip pat sunaudoja nemažą dalį jį maitinti galinčių dujų; aktyvus branduolys išpučia tėkmes, kurios ir stabdo žvaigždėdarą, ir gali trumpam ją paspartinti. Nauji aktyvios galaktikos NGC 1365 centro tyrimai padeda geriau suprasti šiuos ryšius. Galaktika turi 5-10 milijonų Saulės masių juodąją skylę, o jos centrinėje dalyje yra apie 200-800 milijonų Saulės masių šaltų dujų, kurios formuoja žvaigždes. Įdomu tai, kad centriniuose 200 parsekų šaltų dujų yra labai mažai. Aptikti dujų srautai, greičiausiai judantys branduolio link, bet didžioji dalis dujų yra tarsi užstrigusios. Galaktikoje egzistuoja ir tėkmė, tačiau jos galios nepakanka dujoms išstumti, vadinasi dujų dinamiką nulemia galaktikos gravitacinis potencialas, o ne aktyvaus branduolio poveikis. Tokie ir panašūs tyrimai leidžia geriau suprasti branduolio poveikio galaktikai įvairovę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kiekvieną objektą matome ne tokį, koks jis yra dabar, o tokį, koks jis buvo praeityje, net jei ir labai netolimoje. Astronomijoje tai labai naudinga, nes galime pasižiūrėti į Visatą, kokia ji buvo praeityje. O tolimiausioje praeityje randame ugnį. Apie tai – savaitės filmuke iš Minute Physics:

***

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

Laiqualasse

3 comments

  1. Hm, jei Oriono ūke esantis „Šaltinis I“ yra maždaug 15 mS dar tik besiformuojanti neįsižiebusi protožvaigždė, tai kokia spinduliuotė jau skaido aplinkos molekules – gal infroraudonosios spinduliuotės dėl medžiagos tankėjimo tam jau pakanka? Po kokio laiko galima tikėtis šios žvaigždės termobranduolinio įsižiebimo?

    1. Viena vertus, mes labai mažai žinome apie tą šaltinį; net ir „15 Saulės masių prožvaigždė“ nėra vienareikšmiška interpretacija. Kita vertus, taip, net ir prožvaigždės spinduliuoja, nes besitraukdamos netenka daug energijos, kuri turi kažkur pasidėti, taigi tos energijos tikrai turėtų užtekti dulkėms suardyti.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *