Kąsnelis Visatos CCCLXX: Dulkės

Dulkės sudaro vos vieną procentą tarpžvaigždinės terpės, bet yra be galo svarbios. Jos pakeičia žvaigždžių ir galaktikų šviesą, skatina ar stabdo įvairias chemines reakcijas, nuo jų prasideda planetų formavimasis. Taip pat dulkėse galima išskaityti milijardų metų praeities pėdsakus. Taigi japonų zondo Hayabusa2 sėkmingas asteroido dulkių mėginio paėmimas yra svarbus žingsnis tyrinėjant mūsų Saulės sistemos praeitį. Dulkėti atradimai už Saulės sistemos ribų padeda suprasti kitų planetinių sistemų ar apskritai dulkių evoliuciją. Kitose naujienose – skrydis į Mėnulį ir Saulės vainiko šildymas, mažiausias Neptūno palydovas ir labai ilgai nerimstanti nova, ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Žydai skrenda į Mėnulį. Anksti praeitą penktadienį (Lietuvos laiku) į kosmosą pakilo SpaceX Falcon 9 raketa, nešanti Izrealio kompanijos SpaceIL zondą Beresheet, kurio tikslas – nusileisti Mėnulyje. Jei misija pavyks sėkmingai, Izraelis taps ketvirtąja valstybe, po JAV, Sovietų sąjungos ir Kinijos, kuriai pavyko sėkmingai nutūpdyti zondą kitame dangaus kūne, turinčiame reikšmingą gravitaciją. SpaceIL buvo viena iš Google Lunar X konkurso dalyvių, tačiau, kaip ir kitos kompanijos, nespėjo įgyvendinti užduočių iki galutinio termino pernai kovą. Visgi kompanija nepasidavė ir nusprendė pradėtus darbus užbaigti. Beresheet iki Mėnulio skris ilgiau nei mėnesį – nusileidimas planuojamas balandžio 11 dieną. Pagrindinė jo užduotis yra sėkmingai nusileisti, bet taip pat planuojami ir moksliniai tyrimai: zonde įmontuotas magnetometras ir veidrodis, kuris bus naudojamas lazeriniams atstumo matavimams. Izraelio misija – ne vienintelė privati iniciatyva keliauti į Mėnulį; taip pat ten veržiasi ir kitos šalys: konkrečių planų skraidinti zondus per artimiausius porą metų turi Indija ir Kinija.

***

Žemės atmosfera už Mėnulio. Oficialiai kosmoso riba laikomas 100 kilometrų aukštis virš Žemės paviršiaus, tačiau Žemės atmosfera tęsiasi gerokai toliau. Aišku, nutolus nuo planetos kelis šimtus kilometrų dujų tankis sumažėja tiek, kad jas galima vadinti vakuumu, bet visgi palyginus su toli nuo planetų esančiomis Saulės sistemos dalimis, Žemę gaubia dujų sutankėjimas. Jis vadinamas geovainiku, o naujame tyrime nustatyta, kad pastebimas dujų sutankėjimas aptinkamas net 100 Žemės spindulių atstumu nuo planetos. 100 Žemės spindulių – tai beveik 650 tūkstančių kilometrų, kone dvigubai toliau, nei Mėnulis (385 tūkstančiai km). Taigi galime teigti, jog Mėnulis skrieja Žemės atmosferoje. Atradimas padarytas iš naujo išanalizavus Saulės stebėjimams skirtos kosminės SOHO observatorijos duomenis, surinktus 1996-1998 metais. Apie geovainiko egzistavimą žinome jau seniai – jį fotografavo dar Apollo astronautai, būdami Mėnulyje – bet tikslus dydis nustatytas tik dabar. Taip pat nustatyta, kad geovainiko dydis skirtingomis kryptimis nevienodas: Saulės vėjas suspaudžia dujas, tad Saulės kryptimi vainikas baigiasi arčiau Žemės, nei priešinga. Šis atradimas gali padėti ateityje tyrinėjant egzoplanetas – planetinio vainiko požymiai reiškia, kad planeta turi reikšmingą atmosferą. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research Space Physics.

***

Saulės vainiką šildantys procesai. Kodėl Saulės vainikas yra 200 kartų karštesnis už žvaigždės paviršių? Atsakymo į šį klausimą mokslininkai ieško pusantro šimto metų. Idėjų, žinoma, netrūksta, ir kol kas pagrindinės yra dvi: arba Saulės paviršiuje nuolatos sproginėja magnetinio lauko linijų persijungimo sukeliami „minižybsniai“, kuriuos pačius užfiksuoti labai sudėtinga, arba magnetinio lauko sukeltos bangos įgreitina daleles, tarsi jūros bangos gali įgreitinti banglentininkus. Dabar pasiūlytas dar vienas galimas mechanizmas – pseudo-smūginės bangos, susidarančios aplink Saulės dėmes. Tai yra plazmos čiurkšlės, forma šiek tiek primenančios buožgalvius, kylančios iš Saulės paviršiaus iki 4500 km į vainiką. Čiurkšlės smūgines bangas primena tuo, kad jas sudaranti medžiaga atsiskiria nuo aplinkos iki buožgalviui pakylant iki aukščiausio trajektorijos taško, todėl judant iš čiurkšlės į aplinką susidaro tankio šuolis. Tačiau kitos medžiagos savybės – pavyzdžiui greitis ir temperatūra – čiurkšlėje ir už jos yra daug tolygesni. Pakilę į vainiką buožgalviai išsisklaido ir taip perduoda plazmai energiją. Atrodo, kad energijos perdavimo sparta maždaug atitinka tą, kurios reikia norint išlaikyti vainiko temperatūrą. Iš kitos pusės, pseudo-smūginės bangos stebimos tik prie Saulės dėmių, tad jų sukeliamas šildymas turėtų kisti kartu su Saulės aktyvumo ciklu, o vainiko temperatūra laikui bėgant reikšmingai nekinta. Taigi šie „buožgalviai“ pilnai paaiškinti aukštos vainiko temperatūros negali, nors gal ir prisideda prie jos. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

Dar vienas naujas atradimas apie vainiką šildančius reiškinius susijęs su vainikinės masės išsiveržimais. Tai yra plazmos srautai, išlekiantys iš Saulės vainiko ir galintys sukelti geomagnetines audras; dažnai, bet ne visada, jie vyksta kartu su Saulės žybsniais. Radijo bangų teleskopu LOFAR stebėdami vieną tokį išsiveržimą, astronomai aptiko daugybės smūginių bangų pėdsakus. Smūginės bangos, išsidėsčiusios plaukų pynę primenančiu raštu, kaitina vainiko elektronus ne vienoje vietoje ties išsiveržimo pradžia, bet dideliame regione aplink jį. Taigi vainikinės masės išsiveržimai gali padėti palaikyti vienodą vainiko temperatūrą, nes perneša energiją jame dideliais atstumais. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

NASA marsaeigis Opportunity Marse turėjo dirbti 90 dienų. Dirbo ilgiau nei 14 metų. Apie jį ir jo brolį Spirit, jų atsiradimą, kelionę, tyrimus ir atradimus – savaitės filmuke iš Fraser Cain:

***

Hayabusa2 paėmė asteroido mėginius. Japonijos zondas Hayabusa2 praeitą savaitę sėkmingai prisilietė prie asteroido Ryugu ir paėmė jo paviršiaus dulkių mėginius. Šis įvykis yra viena pagrindinių misijos užduočių. Nuo praeitų metų birželio aplink asteroidą skrajojantis zondas ant jo paviršiaus jau seniau nutūpdė du mažesnius zondus, o pats tyrinėjo Ryugu iš 20 kilometrų atstumo. Mėginių paėmimas susidėjo iš kelių etapų. Pirmiausia, zondas priskrido prie pat asteroido ir palietė jo paviršiumi specialiu ragu, skirtu surinkti dulkėms. Tada į asteroido paviršių buvo iššauta penkių gramų masės tantalo kulka, kuri supurtė paviršines dulkes. Kai kurios dulkės pateko į surinkimo ragą, kur buvo uždarytos į du hermetiškus indus, skirtus mėginių pargabenimui į Žemę. Tada Hayabusa2 atsitraukė nuo asteroido į saugią orbitą. Bet kol kas zondas į Žemę dar neskris – balandžio mėnesį numatytas dar vienas mėginių paėmimas, kai pustrečio kilogramo šoviniu asteroide bus išmuštas dviejų metrų skersmens krateris, iš kurio paimtas mėginys bus nepaveiktas kosminių spindulių ir kitų erozinių procesų. Skrydis Žemės link prasidės gruodį ir truks apie metus. Dulkių mėginiai turėtų nusileisti Australijoje, iš kur iškeliaus į laboratorijas ir bus tiriami daug detaliau, nei įmanoma „lauko“ sąlygomis asteroido pašonėje.

***

Mažiausio Neptūno palydovo kilmė. 2013 metais Hablo teleskopo duomenyse aptiktas naujas Neptūno palydovas. Neptūnas palydovų turi bent keturiolika, tačiau šis yra labai neįprastas. Palydovas, neseniai gavęs vardą Hipokampas (Jūros arklys – visi Neptūno palydovai vadinami jūrų dievybių ar su jūra siejamų mitologinių padarų vardais), yra mažytis ir skrieja labai panašia orbita, kaip gerokai didesnis palydovas Protėjas. Naujame tyrime pristatomi daug detalesni Hipokampo stebėjimai, jo savybių analizė ir pateikiamas galimas kilmės paaiškinimas. 34 kilometrų skersmens Hipokampas negali būti tokio pat amžiaus, kaip ir kiti Neptūno palydovai, mat Saulės sistemos jaunystėje Protėjas beveik neabejotinai migravo tolyn nuo Neptūno ir būtų mažąjį palydovą išmetęs lauk, prarijęs arba nustūmęs į planetą. Taigi Hipokampas turbūt yra to paties Protėjo nuolauža, atskelta kometos smūgio prieš kelis milijardus metų, bet gerokai vėliau, nei susiformavo planetos. Kometų ar asteroidų smūgiai į dangaus kūnus yra palyginus dažnas reiškinys, ypač išorinėje Saulės sistemos dalyje; Neptūnas yra tolimiausia nuo Saulės planeta, netoli už jo prasideda Kuiperio žiedas, iš kurio atlekia daug mažų uolienų. Hipotezę sustiprina ir Protėjaus nuotrauka, daryta Voyager 2 zondo, kai jis skrido pro šalį 1989 metais. Nuotraukoje matyti didžiulis krateris arti palydovo šiaurės ašigalio. Nors nei kraterio, nei Hipokampo tikslaus amžiaus nežinome, abu objektai gali būti susiję: kometos smūgis išmušė įvairaus dydžio uolienų iš Protėjaus, iš kurių didžiausia pavirto nauju Neptūno palydovu. Protėjas migravo toliau, o Hipokampas liko maždaug ten pat, kur buvo atskeltas nuo didesniojo kūno. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Milijonus metų sproginėjanti nova. Dvinarės sistemos, sudarytos iš baltosios nykštukės ir žvaigždės-milžinės, kartais sužimba kaip novos. Nova – tai termobranduolinių reakcijų baltosios nykštukės paviršiuje sukeltas sprogimas, kurio metu sistema nušvinta milijoną kartų ryškiau, nei Saulė, ir išmeta nykštukės paviršiuje susikaupusią medžiagą 10 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Novos, priešingai nei supernovos, sprogimo metu nykštukė nesuardoma, todėl sprogimai gali pasikartoti, jei tik žvaigždė kompanionė maitina nykštukę dujomis. Yra žinoma ne viena atsikartojanti nova, kuri sužimba kas keletą ar keliasdešimt metų. Greičiausiai yra novų ir su ilgesniais pasikartojimo periodais, bet jų tiesiog kol kas matėme tik vieną sužibimą. Dabar pristatyti stebėjimų duomenys, iš kurių galime spręsti, kad viena atsikartojanti nova tą daro bent milijoną metų. Nova katalogo numeriu M31N 2008-12a, esanti Andromedos galaktikoje, aptikta 2008 metais ir nuo tada sužimba kasmet. Kiekvienas išsiveržimas aplink sistemą esančią medžiagą nustumia vis toliau ir formuoja kevalą, panašų į supernovos liekaną. Visų žinomų novų kevalai yra mažesni nei vieno parseko skersmens, išskyrus šios. Naujajame tyrime paskelbta, kad šios novos kevalas yra 134 parsekų ilgio ir 90 parsekų pločio regionas, didesnis net už daugumą žinomų supernovų liekanų. Tokiam kevalui suformuoti reikalingą energiją ši nova galėjo suteikti tik per daugiau nei milijoną išsiveržimų, vadinasi jos sprogimai atsikartoja daugiau nei milijoną metų. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip vyksta tokių ekstremalių dvinarių sistemų evoliucija ir patikrinti tokių sistemų modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Seniausia baltoji nykštukė. Baltosios nykštukės – į Saulę panašių žvaigždžių paskutinė gyvenimo stadija – yra labai blausios, todėl ir aptikti jas sudėtinga. Tik susiformavusi baltoji nykštukė yra ypatingai karšta, jos paviršiaus temperatūra gali siekti 25000 laipsnių, penkis kartus daugiau, nei Saulės. Laikui bėgant nykštukės vėsta, todėl jas aptikti darosi vis sunkiau; iki šiol visos žinomos baltosios nykštukės aptiktos praėjus mažiau nei milijardui metų po susiformavimo, kai jų temperatūra yra 7200 laipsnių ir aukštesnė. O dabar pristatytas daug senesnės, maždaug trijų milijardų amžiaus baltosios nykštukės, aptikimas. Dar įdomiau yra tai, kad šią žvaigždės liekaną greičiausiai supa du diskai – vienas sudarytas iš dujų, kitas – iš vėsių dulkių. Tokie diskai randami ir prie kai kurių jaunų baltųjų nykštukių, kur juos sukuria nykštukės gravitacijos suardytos planetos bei asteroidai. Tokie suardymai vyksta, nes žvaigždei tapus baltąja nykštuke, labai sumažėja jos masė ir sistemoje esančių planetų orbitos pasikeičia. Iki orbitoms nusistovint, ne viena planeta gali būti nusviesta artyn prie žvaigždės ir subyrėti. Bet iki šiol buvo manoma, kad orbitoms nusistovėti užtenka milijardo metų ar mažesnio laiko tarpo. Taigi trijų milijardų metų amžiaus nykštukė jau seniai nebeturėtų ardyti jokių planetų ir neturėtų turėti diskų. Tai, kad naujai atrastoji žvaigždė diskus turi net du, rodo, kad yra priešingai – ardymo procesai vis dar vyksta. Kaip juos paaiškinti, kol kas nežinia; gali būti, kad ši sistema yra tiesiog išskirtinė kitų atžvilgiu, gal palyginus neseniai arti jos praskrido kita žvaigždė, iš naujo sujaukusi planetų orbitas. Geriau situaciją suprasime, atradę daugiau senų baltųjų nykštukių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tarpžvaigždinių dulkių formavimasis. Maždaug vieną procentą tarpžvaigždinės terpės sudaro dulkės – daugiausiai įvairūs anglies ir silicio junginiai. Toks dulkių kiekis yra netikėtai didelis ir jau ne vieną dešimtmetį bandoma paaiškinti, iš kur jos atsiranda. Viena iš hipotezių teigia, kad dulkės formuojasi supernovų liekanose. Ir tikrai, prie daugelio supernovų aptinkama daug dulkių. Iš kitos pusės, supernovų liekanose medžiaga juda labai dideliais greičiais, dėl to įvairiose vietose susidaro smūginės bangos, kuriose medžiaga įkaista iki dešimčių tūkstančių laipsnių o dulkės išgaruoja. Kol kas neaišku, ar už smūginės bangos esančioje medžiagoje dulkės gali susiformuoti iš naujo. Dabar pateikti stebėjimų duomenys, bene geriausiai patvirtinantys, kad tai tikrai vyksta. Stebėdami supernovos SN 1987A, prieš 32 metus sprogusios Didžiajame Magelano debesyje, liekanos savybes, astronomai nustatė, kad tarp 2006 ir 2016 metų dulkių kiekis regione už smūginės bangos išaugo daugiau nei dešimt kartų. Tarpžvaigždinės dulkės skleidžia daug didelio bangos ilgio infraraudonųjų spindulių; 2006 metais stebimai spinduliuotei paaiškinti būtų pakakę vienos šimtatūkstantosios Saulės masės dulkių, o naujuose stebėjimuose matomą spinduliuotę skleidžia bent 40-70 kartų didesnis jų kiekis. Tolesnė dulkių kiekio evoliucija padės geriau suprasti, kaip nyksta ir formuojasi dulkės supernovų liekanose ir kaip dulkės pasklinda plačiau tarpžvaigždinėje terpėje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Trikampio galaktikos centrinė dalis. Šaltinis: NASA, ESA, M. Durbin, J. Dalcanton, B. F. Williams (University of Washington)

Mes žinome apie kaimyninę Andromedos galaktiką, bet visai netolimoje kaimynystėje yra dar viena nemaža galaktika – Trikampis. Ji mažesnė už mūsiškę ir už Andromedą, bet laikoma lygiaverte su jomis Vietinės grupės nare, priešingai nei visos kitos galaktikos, kurios yra tik didesniųjų palydovės. Trikampio galaktikos skersmuo siekia apie 15 kiloparsekų, o čia matome centrinių penkių kiloparsekų regioną. Tai – viena detaliausių kada nors padarytų Trikampio nuotraukų, padėsianti išsiaiškinti šios galaktikos istoriją.

***

Netikėtai blausūs aktyvūs branduoliai. Galaktikos M51a ir M51b yra besijungianti pora, dar žinoma Sūkurio galaktikos vardu. Galaktikų susiliejimai paprastai sujaukia dujas jose, sukelia žvaigždėdaros žybsnius ir pamaitina aktyvius branduolius. Taigi galima pagrįstai tikėtis, kad abiejose galaktikose turėtų ryškiai šviesti branduoliai. Bet taip nėra – jų spinduliuotė kaip tik palyginus silpna. Iki šiol buvo manoma, kad galbūt juos tiesiog uždengia tankūs dujų debesys, bet naujais stebėjimais parodyta, kad branduoliai visgi blausūs patys iš savęs. Nauji stebėjimai daryti didelės energijos rentgeno spindulių ruože – šie spinduliai prasiskverbia pro tarpžvaigždines dulkes, todėl parodo tikrąjį šaltinio šviesį. Apskaičiuota, kad didesnysis M51a branduolys vien rentgeno spinduliais skleidžia dešimt milijonų kartų daugiau energijos, nei Saulė iš viso, arba 10 tūkstančių kartų daugiau, nei Paukščių Tako branduolys. Mažesniosios galaktikos M51b branduolys yra šimtą kartų blausesnis už didesniosios. Bet abiejų galaktikų branduoliai švyti mažiau nei viena 10000-ąja dalimi šviesio, kurį galėtų skleisti. Įdomu ir tai, kad galaktikose aptikti net septyni ultrašviesūs rentgeno spindulių šaltiniai, kurių šviesis viršija M51b šviesį. Tie šaltiniai yra dvinarės žvaigždės, sudarytos iš juodosios skylės ir žvaigždės-milžinės, kurios medžiaga maitina kompanionę ir sukelia tokį ryškų švytėjimą. Jų egzistavimas patvirtina, kad Sūkurio galaktikose žvaigždės sparčiai formuojasi bent kelis milijonus metų, nes būtent tiek laiko užtrunka šiems šaltiniams susiformuoti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Neutroninių žvaigždžių susiliejimo čiurkšlė. 2017 metų rugpjūtį aptiktas gravitacinių bangų signalas GW170817, pasklidęs jungiantis dviem neutroninėms žvaigždėms. Įvykis užfiksuotas ir elektromagnetinių bangų spektre, kaip gama spindulių žybsnis. Susijungdamos neutroninės žvaigždės nusimeta dalį medžiagos; egzistuoja dvi teorijos, kaip tai gali įvykti – arba išmetama čiurkšlė, arba daugmaž sferinis dujų kevalas. Dabar detalių GW170817 stebėjimų analizė atskleidė, kad čiurkšlės hipotezė yra teisingesnė. Pernai kovą, po susijungimo praėjus daugiau nei 200 dienų, į šaltinį buvo nukreipti 32 radijo teleskopai, sujungti į interferometrą. Taip pasiekta ypatingai gera erdvinė raiška leido išmatuoti, kad susijungimo vietoje radijo bangos sklinda iš mažesnio nei dviejų kampinių milisekundžių skersmens regiono. Sferiškai ar netgi kūgiškai plintantis kevalas per 200 dienų būtų išsiplėtęs apie pusantro karto daugiau, tad būtų išskirtas gautose nuotraukose. Tuo tarpu čiurkšlė išsiplėtusi nebūtų, tik nutoltų nuo susiliejimo taško – būtent toks reiškinys yra stebimas. Tolesni stebėjimai leis dar geriau suprasti, kaip evoliucionuoja sistema ir kokias savybes turi plintanti čiurkšlė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

4 comments

  1. Sveiki, rašote ‘Izraelis taps ketvirtąja valstybe, po JAV, Sovietų sąjungos ir Kinijos, kuriai pavyko sėkmingai nutūpdyti zondą kitame dangaus kūne.’
    Bet ar Japonijos zondo nusileidimas kometoje negalioja?

    1. Labai geras pastebėjimas. Galioja. Perrašysiu truputį kitaip – turėjau omeny nusileidimą kūne su reikšminga gravitacija (palydove arba planetoje).

      1. Sutinku. Reikšminga gravitacija – rimti iššūkiai. Tikriausiai daug sudėtingesni nei mažos ar beveik nulinės gravitacijos atveju

Komentuoti: Vytautas Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *