Kąsnelis Visatos CCCLXXI: Bandymai

Sėkmingai SpaceX įgulos kapsulės bandymas nutiesia kelią JAV skraidinti astronautus į kosmosą iš savo teritorijos. Artimiausiu metu planuojami naujos komunikacijų technologijos bandymai leis žymiai efektyviau perduoti duomenis iš kosminių misijų į Žemę ir atgal. Žiūrint iš visai kitos pusės, bandymu galima pavadinti ir mėginimus paaiškinti žvaigždžių judėjimą galaktikose kuriant naują tamsiosios materijos tarpusavio sąveikos hipotezę. Kitose naujienose – devintoji planeta ir tarpinės masės juodoji skylė, praeities ežerai Marse ir branduolio aktyvumo pėdsakai kitoje galaktikoje. Gero skaitymo!

***

Crew Dragon kapsulės bandymas. 2011 metais baigėsi Šatlų programa ir JAV neteko galimybės skraidinti žmones į kosmosą iš savo kosmodromų. Nuo tada visi JAV astronautų skrydžiai vyko iš Baikonuro kosmodromo Kazachstane, priklausančio Rusijai. Po truputį, keletu metų vėluodama, nauja žmonių skraidinimo į kosmosą programa JAV juda į priekį. Du pagrindiniai jos dalyviai – SpaceX su Crew Dragon kapsule ir Boeing su Starliner. Pirmoji kompanija kaip tik savaitgalį išbandė Crew Dragon. Tiesa, pirmo skrydžio metu įgulos dar nebuvo – kapsulėje sėdėjo tik manekenė Ripli, pavadinta Sigourney Weaver veikėjos iš „Svetimo“ filmų serijos garbei. Skrydis pavyko visiškai sėkmingai, o po 27 valandų nuo pakilimo kapsulė prisijungė prie Tarptautinės kosminės stoties. Be to, prisijungimas įvykdytas visiškai autonomiškai, nenaudojant robotinės rankos, kuri įprastai padėdavo prisišvartuoti Dragon kapsulėms su atsargomis. Dabar kapsulė keletą dienų praleis prisijungusi prie stoties, o penktadienį turėtų grįžti į Žemę. Jei visas bandymas bus sėkmingas, vasarą laukia pirmasis skrydis su žmonėmis. Apskritai Crew Dragon turėtų tilpti iki septynių astronautų. Boeing Starliner bandomasis skrydis numatytas balandį, o skrydis su įgula – rugpjūtį.

***

Kosminė komunikacija rentgeno spinduliais. Nuo pat kosminių skrydžių eros pradžios prieš daugiau nei 60 metų visos komunikacijos su kosminiais aparatais vykdomos radijo bangomis. Pradžioje tai buvo gera ir užtektina technologija, bet dabar duomenų perdavimo sparta tampa per maža. NASA pastaraisiais metais bando išvystyti naujus komunikacijų metodus, pavyzdžiui regimųjų spindulių lazerius. Pastaraisiais informaciją galima perduoti 10-100 kartų sparčiau, nei radijo bangomis, bet net ir tokio pokyčio gali nepakakti, kai artimiausiais metais Žemės orbitoje, Mėnulyje ir Marse veikiančių zondų, kosminių stočių ir kitų prietaisų padaugės dešimteriopai. Dar viena nauja technologija – komunikacija rentgeno spinduliais, kurios bandymus NASA numato jau artimiausiu metu. Rentgeno spindulių bangos ilgis yra kelias dešimtis kartų mažesnis, nei regimųjų, tad ir duomenis perduoti galima keliasdešimt kartų sparčiau, nei optiniu lazeriu. Taip pat rentgeno spindulius galima siųsti siauresniu pluoštu, nukreiptu tiesiai priimančios antenos link, todėl signalo perdavimui užtenka mažesnės galios. Be to, rentgeno spinduliai prasiskverbia pro plazmos sluoksnį, susidarantį aplink erdvėlaivį, krentantį pro atmosferą. Taigi rentgeno komunikacija leistų išlaikyti ryšį su Žemėn grįžtančiais erdvėlaiviais; šiuo metu bent kelias ar keliolika sekundžių kritimo metu ryšys būna neįmanomas. Pirmieji sistemos bandymai bus atliekami Tarptautinėje kosminėje stotyje, kur bus įrengtas rentgeno spindulių siųstuvas, o imtuvo vaidmenį atliks jau keletą metų ten veikiantis prietaisas NICER. NICER yra skirtas neutroninių žvaigždžių tyrimams, bet taip pat jau panaudotas išbandant vieną navigacijos metodą – erdvėlaivio padėties nustatymą pagal pulsarų (labai greitai besisukančių ir reguliariai žybsinčių neutroninių žvaigždžių) padėtis danguje.

***

Požeminių ežerų tinklas Marse. Prieš 3-4 milijardus metų Marso paviršiuje buvo daug vandens. Šiauriniame pusrutulyje plytėjo vandenynas, kitur buvo ežerų, upių ir jūrų, kurios paliko dar šiandien matomas struktūras paviršiuje. Dabar pateikti įrodymai, jog tuo pat metu Marse egzistavo ir platus, galbūt visą planetą apimantis, popaviršinių vandens rezervuarų tinklas. Įrodymai rasti analizuojant 24 gilius kraterius šiauriniame Marso pusrutulyje. Kraterių, kurių dugnai yra giliau nei 4 km gylyje po vidutiniu Marso paviršiumi, gelmėse aptikta vandens paliktų pėdsakų. tai ir išgraužos kraterių sienose, ir stovinčio vandens išgraužtos lentynos, ir vagos bei deltos kraterių dugnuose. Numanomas šių pėdsakų amžius yra apie 3,5 milijardo metų. Tuo metu šiaurinio vandenyno vandens lygis buvo panašus į tikėtiną vandens lygį šiuose krateriuose, taigi galima pagrįstai teigti, kad vandenynas siekėsi su plačiais popaviršiniais rezervuarais. Gali būti, kad tie rezervuarai aprėpė beveik visą Marsą, panašiai, kaip dabartinėje Žemėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research Planets.

***

Kuiperio žiedo objektų dydžiai. 2015 metais pro Plutono-Charono sistemą praskridus New Horizons, mums atsivėrė du iki tol nepažinti pasauliai. Daugiausiai dėmesio iki šiol skirta Plutonui, bet Charone irgi yra visokių įdomybių. Praeitą savaitę paskelbtas palydovo žemėlapis (charonlapis?) bei pristatyta jo paviršiaus struktūrų analizė. Remdamiesi kraterių skaičiumi skirtingose Charono dalyse, mokslininkai teigia, kad jo paviršius formavosi trim etapais. Pirmiausia sustingo šiaurinės pusės lygumos, neoficialiai pavadintos Ozu, vėliau – pietinės lygumos, Vulkanas. Abu šie procesai vyko prieš keturis milijardus metų ir daugiau. Vėlesnis laikotarpis, pasižymėjo tik asteroidų smūgiais, kurie išmušinėjo vis naujus kraterius. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geophysical Research Planets.

Kraterių Plutone ir Charone analizė duoda įdomių žinių ne tik apie šiuos kūnus, bet ir plačiau apie Kuiperio žiedą. Šis žiedas, kuriam priklauso ir Plutonas su palydovais, sudarytas iš labai įvairaus dydžio uolienų, kurios atliko po planetų formavimosi Saulės sistemos jaunystėje. Įvairūs kūnai, nuolatos krentantys ant Plutono ir Charono, palieka juose kraterius, o kraterių dydžiai proporcingi krentančių kūnų dydžiams. Taigi išmatavę daugybės kraterių spindulius, galime nustatyti ir Kuiperio žiede lakstančių objektų dydžių pasiskirstymą. Tai padarius paaiškėjo, kad Kuiperio žiede yra labai mažai kilometro skersmens ir mažesnių objektų. Teoriškai mažų objektų turėtų būti daugiau, nei didelių, nes dideli objektai, daužydamiesi tarpusavyje, byra į vis mažesnius, o maži į didesnius susijungia ne taip efektyviai. Bet sprendžiant iš kraterių dydžių, mažesnių nei kilometro skersmens objektų Kuiperio žiede kaip tik yra mažiau, nei 2-5 kilometrų skersmens. Ir taip greičiausiai buvo kone nuo Saulės sistemos atsiradimo, nes krateriai tyrinėti Plutono ir Charono regionuose, kurių amžius siekia 4 milijardus metų. Kas nulemia tokį trūkumą – nežinia; gali būti, kad tokio dydžio objektai formuojasi daug sunkiau, nei manyta iki šiol, arba juos iš Saulės sistemos išmetė gravitacinės sąveikos arba Saulės spinduliuotė. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Devintosios planetos hipotezės analizė. Jau daugiau nei dvejus metus manoma, kad Saulės sistemos pakraštyje gali egzistuoti dar viena – devinta – planeta. Ir tai būtų ne Plutonas, o bent penkis kartus už Žemę masyvesnis objektas. Šią hipotezę pasiūlę mokslininkai neseniai paskelbė dar du straipsnius, kuriuose toliau analizuoja hipotezę. Kol kas planetos aptikti nepavyko, taigi hipotezė remiasi netiesioginiais jos egzistavimo įrodymais – kitų Saulės sistemos pakraščiuose esančių objektų orbitų savybėmis. Šios savybės – orbitų kryptys – išsidėsčiusios ne atsitiktinai, o taip, tarsi visus šiuos objektų reguliariai tampytų kažkas masyvesnis. Bet gali būti, kad mūsų stebėjimai tiesiog yra nepilni ir matomas orbitų išsirikiavimas tėra tik fikcija. Pirmame iš dviejų straipsnių analizuojama tokia tikimybė ir nustatoma, jog šansas, kad orbitų išsirikiavimas nėra tikras, siekia vos 0,2%. Taigi beveik neabejotina, kad mažieji Saulės sistemos kūnai tikrai jaučia kažkokias perturbacijas, nors nebūtinai tai yra devintosios planetos gravitacija. Kitame straipsnyje apžvelgiami visi dabar turimi devintosios planetos įrodymai ir pristatomi geriausi tikėtinų jos savybių įvertinimai. Planetos masė turėtų būti 5-10 Žemės masių, atstumas nuo Saulės – 400-800 astronominių vienetų, o planetos orbita turėtų būti šiek tiek ištęsta ir palinkusi į Saulės sistemos ekliptikos plokštumą. Tyrimų rezultatai arXiv: pirmasis ir antrasis.

***

Oriono ūko kulkos. Šaltinis: GeMS/GSAOI Team, Gemini Observatory, AURA, NSF;
Processing: Rodrigo Carrasco (Gemini Obs.), Travis Rector (Univ. Alaska Anchorage)

Oriono ūkas yra artimiausia Žemei žvaigždžių formavimosi sritis. Jame randama daugybė įdomių reiškinių, pavyzdžiui čia pavaizduota grupelė „kulkų“, bėgančių iš debesies 400 kilometrų per sekundę greičiu. Kas jas įgreitino – nežinia, bet tai įvyko palyginus neseniai, prieš keletą tūkstančių metų. Oranžiniai kūgiai už kiekvienos kulkos yra jų palikti pėdsakai dujose, o pačiose kulkose esančios geležies dujos, sąveikaudamos su aplinka, švyti mėlynai.

***

Tolyn išmesta planeta. Egzoplanetų yra labai įvairių, bet dauguma jų randamos arti savo žvaigždžių. Toli nuo žvaigždžių planetoms formuotis labai sudėtinga, taip pat nelengva ir išsilaikyti tokioje orbitoje. Sistema HD 106906, esanti Skorpiono-Kentauro žvaigždžių asociacijoje, susideda iš dvinarės žvaigždės, ją supančio nuolaužų žiedo ir labai tolimos planetos. Planeta nuo žvaigždžių nutolusi daugiau nei 700 astronominių vienetų (1 AU yra vidutinis atstumas nuo Saulės iki Žemės). Greičiausiai ši planeta susiformavo daug arčiau ir buvo išmesta į sistemos pakraščius, sąveikaudama su žvaigždėmis. Bet toks procesas gali arba visai išmesti planetą iš sistemos, arba suteikti jai labai ištęstą orbitą, o HD 106906b juda beveik apskritimu. Dabar pasiūlytas galimas paaiškinimas, kaip tokia orbita susiformavo. Išanalizavę Gaia teleskopo duomenis, astronomai nustatė, kad pro šią žvaigždę prieš 3,5 ir prieš 2,2 milijono metų labai arti praskrido kitos dvi kaimynės. Ir viena, ir kita galėjo patempti planetą ir pakeisti jos orbitą iš elipsiškos į apskritiminę. Nors negalime būti tikri, ar tokia sąveika įvyko, šis paaiškinimas atrodo labai paprastas ir tikėtinas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kodėl nerandame nežemiškų protingų civilizacijų? Į šį klausimą yra įvairių atsakymų – galbūt jų tiesiog nėra, gal gerai slepiasi, gal susinaikina. Dešimt jų pristatomos savaitės filmuke iš YouTube kanalo Event Horizon:

***

Tarpinės masės juodoji skylė. Mūsų Galaktikoje turėtų būti apie šimtą milijonų juodųjų skylių. Dauguma jų yra žvaigždinės masės – nuo 3 iki gal 100 kartų masyvesnės už Saulę. Kai kurios greičiausiai yra tarpinės masės – masyvesnės, siekiančios ir 10 tūkstančių Saulės masių. Jei jos skraido kažkur pavienės, aptikti jas yra labai sudėtinga, tą padaryti pavyksta nebent atsitiktinai. Dabar pranešta apie vienos tokios juodosios skylės aptikimą. Naujai atrastas objektas yra dujų debesyje HCN-0.009-0.044 visai šalia Galaktikos centre esančios supermasyvios juodosios skylės. Tyrinėdami debesį, astronomai nustatė, kad dujos jame juda neįprastai dideliu greičiu, tačiau niekur nepabėga. Tokį judėjimą galima paaiškinti dujų skriejimu orbitomis aplink 32 tūkstančius kartų už Saulę masyvesnį kompaktišką tamsų kūną – juodąją skylę. Naujai atrastąją juodąją skylę nuo Galaktikos centro skiria vos šeši parsekai (palyginimui Saulė nuo Galaktikos centro nutolusi per daugiau nei 8000 parsekų). Tai yra jau savaime įdomu, nes kelia klausimą, kaip tokia tarpinės masės juodoji skylė ten atsirado. Manoma, kad tokie objektai gali susiformuoti ilgaamžiuose žvaigždžių spiečiuose, kuriuose susikaupia šimtai žvaigždinių juodųjų skylių. Jos laikui bėgant susijungia į vieną masyvesnį kūną. Tačiau tokio spiečiaus aplink HCN-0.009-0.044 nėra; jei kada ir buvo, jį seniai išardė supermasyvios juodosios skylės gravitacija. Galbūt šios juodosios skylės egzistavimas padės išsiaiškinti, kaip vystosi žvaigždžių telkiniai Galaktikos centrinėje dalyje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aktyvaus branduolio poveikis. Daugybė galaktikų yra aktyvios – jų centrinės juodosios skylės labai sparčiai ryja medžiagą, kuri švyti ryškiau už visas galaktikos žvaigždes. Kiekviena galaktika aktyvioje būsenoje praleidžia 5-7% savo gyvenimo. Aktyvumo epizodas palieka pėdsakus, kurie išlieka net milijonus metų po branduolio aktyvumo pabaigos. Prieš dešimt metų mūsų Galaktikoje atrasti tokie pėdsakai, praminti Fermi burbulais – tai yra dvi pailgos karštų dujų struktūros abipus Galaktikos disko. Kitose galaktikose panašių burbulų irgi turėtų būti, bet juos pastebėti yra sudėtinga. Neseniai panašios, tik mažesnės, struktūros aptiktos galaktikoje NGC 3079, kurią nuo mūsų skiria apie 20 megaparsekų. Burbulų dydis nevienodas: šiaurinėje galaktikos pusėje yra pusantro kiloparseko aukščio ir skersmens struktūra, pietinėje – kiloparseko. Dabar nustatyta, kad pietiniame burbule yra labai energingų elektronų, kuriuos įgreitina burbulo pakraštyje susidarančios smūginės bangos. Įdomu, kad šiauriniame burbule tokių elektronų nerasta – tai yra vienas iš įrodymų, kad įgreitinimas vyksta burbulo pakraštyje, o ne centre, nes iš centro įgreitinti elektronai lėktų vienodai į abu burbulus. Šis atradimas – labai svarbus siekiant išsiaiškinti, kaip evoliucionuoja panašūs burbulai įvairiose galaktikose, taip pat ir mūsų Paukščių Take. Žinodami, kad elektronai įgreitinami burbulų pakraščiuose, galime geriau įvertinti burbulų amžių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Neįprasta ypatingai blausi galaktika. Galaktikos būna labai įvairios – nuo milžiniškų elipsinių monstrų iki mažyčių netaisyklingų nykštukių. Viena galaktikų rūšis vadinama ultra-retomis (angl. Ultra-diffuse galaxy, UDG). Dydžiu jos prilygsta spiralinėms, tokioms kaip Paukščių Takas, bet žvaigždžių ir dujų jose tiek mažai, kad pro jas kiaurai matosi toliau esančios galaktikos. Ilgą laiką buvo manoma, kad tokios galaktikos atsiranda po didžiulių sukrėtimų, kuriuos „įprastesnės“ galaktikos patiria spiečiuose. Pavyzdžiui, spiralinė galaktika gali būti išblaškyta, arba nykštukinė – ištempta. Bet dabar viena UDG aptikta ne spiečiuje. Ši galaktika, DGSAT I, turi labai mažai už helį sunkesnių cheminių elementų, ir tuo primena galaktikas Visatos jaunystėje, prieš daugiau nei 10 milijardų metų. Tačiau didžioji jos žvaigždžių dalis susiformavo prieš tris milijardus metų, taigi ji tiesiog nebuvo praturtinta sunkesniais elementais. Taip pat labai netikėta yra tai, kad magnio ir geležies gausos santykis šioje galaktikoje yra gerokai didesnis, nei bet kurioje kitoje. Šis santykis daugmaž nurodo santykinę masyvių žvaigždžių ir baltųjų nykštukių sprogimų svarbą galaktikos evoliucijai, taigi DGSAT I žymiai svarbesnės buvo masyvios žvaigždės. Gali būti, kad mažas sunkių cheminių elementų kiekis sudarė sąlygas, tinkamas masyvioms žvaigždėms formuotis, bet tokia interpretacija nėra vienareikšmė. Kaip bebūtų, panašu, kad UDG gali susiformuoti ne tik dėl stiprių perturbacijų, bet ir dėl kitokių procesų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsiosios materijos tarpusavio rezonansas. Tamsioji materija sudaro didžiąją dalį visos medžiagos, esančios Visatoje – jos yra penkis kartus daugiau, nei įprastos, arba barioninės. Daugiausiai tamsioji materija telkiasi į halus, kuriuose formuojasi galaktikos. Skaitmeniniai modeliai prognozuoja, kad halų centruose tamsiosios medžiagos tankis turėtų būti daug didesnis, nei pakraščiuose, bet stebėjimai rodo, kad šis skirtumas yra daug mažesnis. Ypač neatitikimas tarp stebėjimų ir modelių matomas nykštukinėse galaktikose. Greičiausiai skirtumą nulemia barioninės medžiagos judėjimas, pavyzdžiui supernovų sprogimų išmetamos tėkmės, kurios išstumdo ir tamsiąją materiją; bet toks aiškinimas yra ne vienintelis įmanomas. Štai neseniai pasiūlyta alternatyvi hipotezė – gali būti, kad tamsiosios materijos dalelės tarpusavyje sąveikauja stipriau, kai jų judėjimo greičiai atitinka tipinius nykštukinėse galaktikose sutinkamus greičius. Dažniausiai tamsiosios materijos dalelės, priartėjusios viena prie kitos, tiesiog pralekia pro šalį, beveik nepakeitusios judėjimo krypties. Tačiau jei jų greitis yra artimas kažkokiai ypatingai vertei, dalelės ima sąveikauti stipriau ir atstumia viena kitą. Šis reiškinys vadinamas rezonansu. Jeigu rezonansą sukelianti greičio vertė atitinka tipinę medžiagos judėjimo nykštukinėse galaktikose vertę – apie 50 kilometrų per sekundę – tokių galaktikų halai būtų labiau pasklidę į šalis, nes jų centruose tamsiajai medžiagai būtų sudėtinga susitelkti į tankų darinį. Kol nėra aptiktos tamsiosios materijos dalelės, kurti įvairias hipotezes apie jų savybes palyginus nesudėtinga. Ir nors ši hipotezė paaiškina stebėjimų duomenis, ją patikrinti gali būti sudėtinga. Dabar idėjos autoriai bandys apskaičiuoti įvairias jų modelio duodamas prognozes, kurias būtų galima patikrinti naudojant dabar turimus ar artimiausiais metais gausimus stebėjimų duomenis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

8 comments

  1. Sveiki,
    Mokslas aiskina, kad visata pleciasi. Taciau kaip rodo tyrimai dauguma galaktiku sukasi viena apie kita bei sudaro galaktiku spiecius, kurie sukasi vienas apie kita.
    Tai taip ir neaisku kur tas pletimasis?
    Aciu, Vytas

    1. Sveiki, Vytai,

      Visatos plėtimasis pasireiškia masteliais, didesniais už galaktikų spiečius – jie tolsta vieni nuo kitų. Tolimoje ateityje kiekvienas galaktikų spiečius ar grupė susijungs į vieną didelę galaktiką, o visi kiti spiečiai-galaktikos nutols taip toli, kad taps nebematomi.

      1. Aciu uz atsakymus.
        Jei visata pleciasi tolygiai, tai turetu plestis vienodai visose vietose. Tuomet ta galaktiku spieciaus vieta irgi ,,pustusi,, ir galaktikos toltu viena nuo kitos. Tokia nuojauta, kad atstumu nustatymas pagal raudona poslinki labai dideliems atstumams netinka, tarsi ,,issiderina,,
        Vytas

        1. Ne visai taip. Visata plečiasi tolygiai, tačiau spiečiai, laikomi gravitacijos, nesiplečia kartu su ja. Truputį tiksliau šnekant – ties spiečiais erdvėlaikio metrika kitokia, joje plėtimasis nevyksta.

          Atstumų nustatymas pagal raudonąjį poslinkį kaip tik tinka tik labai dideliems atstumams, nes mažais atstumais ima dominuoti savasis objektų judėjimas. Todėl mažais atstumais naudojami kitokie atstumų nustatymo metodai (plačiau: http://www.technologijos.lt/n/mokslas/astronomija_ir_kosmonautika/S-27018/straipsnis?name=S-27018&l=2&p=1).

          1. Sveiki,
            Ar tiki mokslas pagal naujausias tendensijas, kad visata sprogo is atomo dydzio objekto? Ar pletimosi greitis vienodas visomis kryptimis?
            Jei nevienodas, tai teoriskai epicentra galima nystatyti. O jei vienodas, tuomet sprogimo nebuvo. Gal tai panasu j sildomo skyscio pletimasj?
            Aciu

            1. Visata prasidėjo iš erdvės regiono, kuris buvo daugybę kartų mažesnis, nei atomas. Bet „sprogimu“ tą vadinti nėra visai teisinga. „Nesibaigiantis plėtimasis“ būtų teisingesnis apibūdinimas, bet neskamba taip gerai, kaip „Didysis sprogimas“. Be to, „Didysis sprogimas“ turėjo būti neigiamas apibūdinimas, sukurtas siekiant sumenkinti teoriją, tačiau gavosi, kad tapo visuotinai priimtu jos apibūdinimu.

  2. Sveiki,
    Pagal Einsteina sviesos greitis yra maximali gamtos greicio riba. Dabar vis daugiau pasirodo straipsniu, kad kvantine mechanika rodo lyg ir galu buti ir didesniu greiciu.
    Tai kuri puse teisi?
    Aciu, Vytas

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *