Kąsnelis Visatos CCCLXXIX: Netolygumai

Ar Kinija aplenks JAV ir taps stipriausia žaidėja kosmose? Iki tokio pasiekimo dar labai toli, bet ambicijų ši šalis turi nemenkų. O mokslo naujienose – daug įvairių netolygumų: nuo Žemės atmosferos iki gravitacinių bangų, nuo spiralinių vijų galaktikose iki debėjimų Marse. O dar – grybai erdvėlaiviuose, žvaigždžių spinduliai ir daugiau. Gero skaitymo!

***

Kinijos Mėnulio planai. Praėjus vos porai savaičių po NASA pranešimų apie planus nusiųsti žmones į Marsą 2032 metais ir sugrįžti į Mėnulį 2024-aisiais, Kinija taip pat paviešino planus, susijusius su žmonių kelionėmis į mūsų palydovą. Šiuose planuose – žmonių skrydis per artimiausius keletą metų ir tyrimų stotis Mėnulio pietiniame ašigalyje iki 2030-ųjų. Taip pat 2020 metų antroje pusėje Kinija ketina išsiųsti zondą į Marsą, kuris ten turėtų nutūpdyti marsaeigį. Jei šis planas bus sėkmingas, Kinija taps antrąja šalimi po JAV, sėkmingai nusileidusia Raudonojoje planetoje. Apskritai Kinija per pastaruosius keletą metų tapo antra didžiausia kosmoso valstybe – nepatvirtintais duomenimis, 2017 metais jos kosmoso tyrimų biudžetas siekė 7,5 milijardo eurų ir yra didesnis nei Europos kosmoso agentūros, Rusijos, Japonijos ar Indijos. Dar vienas reikšmingas Kinijos planas – 2022 metais pakilti turinti kosminė stotis Tiangong, kuri gali pakeisti 2024-aisiais darbą baigsiančią Tarptautinę kosminę stotį. Kinija nėra TKS dalininkė, bet į savo misijas kviečia bendradarbius iš kitų šalių: pavyzdžiui, paskutinėje Kinijos Mėnulio misijoje Chang’e-4 buvo Nyderlandams, Vokietijai ir Švedijai priklausančių mokslinių prietaisų.

***

Netolygumai viršutinėje atmosferos dalyje. Kartais palydovai, skraidantys žemose orbitose aplink Žemę, susiduria su atmosferos sutankėjimais – oro masėmis, pakylančiomis šimtus kilometrų į viršų. Tokie reiškiniai lėtina palydovus ir priartina juos prie Žemės, o tai sukelia pavojų palydovams nukristi. Prieš trejus metus šiam reiškiniui ištirti buvo paleista raketa RENU2, o dabar pristatyta jos rezultatų analizė. Nustatyta, kad oro mases į viršų pakelia ašigalinės pašvaistės, bet ne įprastos 100 km aukštyje švytinčios, o daug blausesnės, 250-400 km aukštyje susidarančios, Ašigalin judančios pašvaisčių formos (angl. Poleward Moving Auroral Forms, PMAF). Judėdamos PMAF kerta magnetinio lauko linijas ir elektringų dalelių srautus Žemės magnetosferoje; sąveika tarp jų išsklaido energiją, įkaitina atmosferą ir skatina ją kilti aukštyn. Šis atradimas paaiškina ir seniau pastebėtą reiškinį, kad tankesnio oro regionai orbitoje dažnesni tuomet, kai didesnis Saulės aktyvumas. Rezultatai padės geriau suprasti ir prognozuoti viršutinės atmosferos dalies netolygumus bei pakoreguoti palydovų orbitas, siekiant jų išvengti. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Pavojingi grybai kosmose. Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) ir erdvėlaiviuose randama nemažai įvairių mikroorganizmų, ypač grybų. Atsparios jų rūšys išgyvena kosmoso sąlygomis, bet mes nežinome, ar jie pavojingi ir kokį pavojų gali kelti. Apie tai rašoma naujame apžvalginiame straipsnyje. Bakterijos ir jų elgesys kosmose ištirtos gana nemažai, o grybams dėmesio skiriama labai nedaug, nes jie įprastai pavojų kelia tik prastos sveikatos ar didelį stresą patiriantiems žmonėms. Visgi kosmosas yra stresą sukelianti aplinka, pažeidžianti astronautų imuninę sistemą, tad grybų išskiriamos nuodingos medžiagos – mikotoksinai – irgi turėtų būti tiriami. Kai kurios kosmose randamų grybų rūšys tikrai išskiria vėžį sukeliančius ar imunitetą silpninančius nuodus, bet kol kas nėra tyrimų, nagrinėjančių šiuos procesus kosminių stočių sąlygomis. Pakeisti šią situaciją reikėtų iš esmės, pradedant nuo geresnių būdų grybų aptikimui ir identifikavimui, nepamirštant ir jų vystymosi mikrogravitacijoje tyrimų bei būdų apsisaugoti nuo per didelio jų kiekio astronautų gyvenamojoje aplinkoje. Apžvalginis straipsnis publikuojamas Astrobiology.

***

Pirmasis Marso drebėjimas. Pernai lapkritį ant Marso paviršiaus nusileidęs zondas InSight tyrinėja Raudonosios planetos gelmes. Vienas jo tikslų – aptikti ir charakterizuoti Marso drebėjimus, taip nustatyti planetos struktūrą. Balandžio pradžioje zondas užfiksavo pirmąjį tokį drebėjimą. Virpesių jis aptikdavo ir anksčiau, bet šis yra pirmasis, beveik neabejotinai atsklidęs iš planetos gelmių, o ne sukeltas vėjo ar nuošliaužų kažkur paviršiuje. Drebėjimas truko kelias minutes ir buvo silpnas, panašus į Apollo astronautų užfiksuotus Mėnulio drebėjimus. Tai leidžia spręsti, kad Marsas savo vidine struktūra panašesnis į Mėnulį, nei į Žemę. Panašiai buvo spėjama ir anksčiau – Marse, kaip ir Mėnulyje, nėra tektoninių plokščių, kurių judėjimas sukeltų stiprius drebėjimus – tačiau InSight duomenys yra pirmasis svarus įrodymas. Aišku, iš vieno drebėjimo daug išvadų daryti nereikėtų, bet bent jau žinome, kad prietaisai veikia gerai ir zondas misiją įvykdyti galės. Per ateinančius beveik dvejus metus, kuriuos truks InSight misija, tikimasi sulaukti ir stipresnių drebėjimų. Detalesni jų duomenys leistų išsiaiškinti, kaip drebėjimo energija sklinda planetoje ir taip nustatyti Marso struktūrą. Plačiau apie atradimą rašoma Nature.

***

Planetų atmosferų garavimas. Egzoplanetų atmosferų tyrimai yra gana nauja ir daug žadanti sritis, todėl ir įdomių publikacijų pasirodo labai dažnai. Taip pat įdomu, kad kol kas tyrimų rezultatai yra labai prieštaringi. Tai turėtų pasikeisti, kai James Webb kosminis teleskopas ir kiti naujos kartos teleskopai surinks daug duomenų apie realias atmosferas, bet kol kas turime tik skaitmeninių modelių rezultatus. Štai naujame tyrime analizuojama, kaip žvaigždės aktyvumas paveikia į Žemę panašios planetos atmosferą. Jei žvaigždė yra panaši į jauną Saulę, kuri buvo daug aktyvesnė, nei šiandien, žemiška atmosfera, sudaryta daugiausiai iš azoto ir deguonies, būtų išgarinta per 100 milijonų metų. Tai reiškia, kad tokio tipo atmosferos negali susiformuoti ir egzistuoti planetose, besisukančiose aplink jaunas arba labai aktyvias žvaigždes. Žemės atmosfera pirmus kelis šimtus milijonų metų turėjo daug anglies dvideginio, kurio Saulės aktyvumas nesugebėjo išgarinti; azotas ir deguonis pradėjo dominuoti daug vėliau. Mažesnės už Saulę žvaigždės išlieka aktyvios daug ilgiau, nei Saulė, be to, gyvybinė zona yra daug arčiau jų, taigi egzoplanetos, besisukančios aplink jas, greičiausiai negali išlaikyti reikšmingos atmosferos. Jei šie rezultatai tikrai teisingi, tai sumažina tikimybę aptikti gyvybę planetose prie mažų žvaigždžių, kurių Galaktikoje yra daugiau, nei panašių į Saulę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių spindulių matavimas. Žvaigždės dažniausiai yra pernelyg toli, kad galėtume tiesiogiai išmatuoti jų dydžius. Dabartiniai teleskopai pajėgūs tą padaryti tik didžiausioms žvaigždėms, kurios yra didesnės nei Žemės orbita aplink Saulę. Tačiau kartais žvaigždžių spindulius išmatuoti įmanoma pasinaudojant pro šalį skrendančiu asteroidu. Asteroidui uždengiant – okultuojant – žvaigždę, pastarosios šviesa užgęsta ne iškart, o per kelias sekundės dalis. Tiksliai išmatavę užtemimo laiką ir žinodami asteroido judėjimo greitį, galime nustatyti ir žvaigždės gabaritus. Būtent tai pernai padaryta su pora žvaigždžių. Stebėjimams panaudotas teleskopas VERITAS, skirtas labai didelės energijos reiškiniams tyrinėti; jo privalumas yra tas, kad juo galima daryti labai dažnas nuotraukas – po 300 kadrų per sekundę. Stebėjimams pasirinktos žvaigždės, kurias patogiu metu okultavo du žinomomis trajektorijomis judantys asteroidai – 60 kilometrų skersmens Imprineta ir 88 kilometrų skersmens Penelopė. Gauti rezultatai – TYC 5517-227-1 spindulys yra 11 kartų didesnis, nei Saulės, o TYC 278-748-1 – 2,17 kartų didesnis. Žvaigždės nėra kažkuo įspūdingos, tačiau šie stebėjimai reikšmingesni kaip metodo patikrinimas. TYC 278-748-1 yra mažiausia žvaigždė, kurios spindulys išmatuotas tokiu tikslumu. Gauti rezultatai padės patobulinti žvaigždžių struktūros modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Spiralinių vijų kilmė. Dauguma diskinių galaktikų turi spiralines vijas – dujų ir žvaigždžių sutankėjimus. Vijos sukasi kartu su galaktika, tačiau negali būti visą laiką sudarytos iš tų pačių žvaigždžių. Žvaigždžių judėjimo greičiai mažėja, tolstant nuo galaktikos centro, tuo tarpu spiralinės vijos galai juda sparčiau, nei centrinės dalys. Prieš pusšimtį metų buvo pasiūlyta hipotezė, kad spiralinės vijos yra medžiagos sutankėjimai, tarsi bangos sklindantys galaktikose. Jų judėjimas šiek tiek primena transporto kamščius: pavienės žvaigždės sulėtėja, patekusios į viją-kamštį, ir pagreitėja ją palikusios. Pati vija išlieka ganėtinai stabili milijardus metų. Modelis gerai paaiškina stebimas vijų savybes, bet kol kas neturėjome tvirtų įrodymų, kad jis yra teisingas. Naujame tyrime parodoma, kad viena svarbi modelio prognozė tikrai yra teisinga. pagal šį modelį, egzistuoja tam tikras atstumas nuo galaktikos centro, ties kuriuo spiralinė vija ratą apsuka per tiek pat laiko, kiek ir žvaigždės. Arčiau galaktikos centro žvaigždės aplenkia viją, toliau esančios – atsilieka. Galaktikos disko dujų tankis yra didžiausias vijose, todėl naujos žvaigždės daugiausiai formuojasi būtent jose. Vadinasi, stebėdami skirtingo amžiaus žvaigždžių padėtis vijų atžvilgiu, turėtume matyti skirtingą išsidėstymą skirtingose galaktikos dalyse. Centrinėje galaktikos dalyje didėjant žvaigždžių amžiui, jos turėtų būti vis labiau priekyje vijų, o išorinėje – atvirkščiai. Būtent toks rezultatas ir gautas išnagrinėjus daugybės galaktikų nuotraukas, padarytas skirtinguose elektromagnetinio spektro ruožuose. Skirtingo ilgio šviesa išryškina skirtingo amžiaus žvaigždes, tad taip buvo galima nustatyti skirtingo amžiaus žvaigždžių padėtis galaktikų diskuose. Aišku, šis rezultatas nepaaiškina, kodėl apskritai formuojasi tankio bangos, bet bent jau suteikia būdų patikrinti įvairius formavimosi modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***


Galaktika M87, jos čiurkšlė ir centrinė juodoji skylė. Šaltinis: NASA, JPL-Caltech, Event Horizon Telescope Collaboration

Balandžio pradžioje sulaukėme pirmosios juodosios skylės nuotraukos. Ta juodoji skylė yra galaktikoje M87, kuri jau seniai domina astronomus dėl ryškios didžiulės čiurkšlės, lekiančios iš pat supermasyvios juodosios skylės prieigų. Šiame montaže matome šias tris esmines detales: visą galaktiką ir jos aplinką, didesnį čiurkšlės vaizdą ir juodąją skylę.

***

Ar egzistuoja tamsioji materija? Turime daugybę netiesioginių jos buvimo įrodymų, bet egzistuoja ir alternatyvūs jų paaiškinimai. Neseniai aptiktos dvi galaktikos, neturinčios tamsiosios materijos, gali būti vienas tvirčiausių įrodymų, kad tamsioji materija egzistuoja. Apie šį kiek paradoksaliai skambantį teiginį savaitės filmuke pasakoja viena iš tų galaktikų atradėjų:

***

Daugybė gravitacinių bangų. Praėjo kiek daugiau nei treji metai nuo pirmojo gravitacinių bangų atradimo. Per tuos metus LIGO detektoriai aptiko dar dešimt signalų, tačiau ir veikė ne visą laiką. Pernai kovą LIGO buvo išjungtas ir beveik metus tobulinamas; taip detektoriaus jautrumas padidintas dar 40%, be to, prie dviejų detektorių JAV prijungtas Virgo detektorius Italijoje. Balandžio pirmą dieną paleistas atnaujintas detektorius kol kas veikia taip, kaip tikėtasi – aptinka maždaug po vieną signalą per savaitę. Kol kas paskelbti du nauji atradimai: balandžio 8 ir 12 dienomis. Be to, duomenų apdorojimo algoritmai patobulinti tiek, kad signalus identifikuoja praktiškai realiu laiku – per 20 sekundžių – ir gali išsiųsti signalą astronomams, kad į įvykio vietą būtų galima nukreipti teleskopus. Toks patobulinimas leis žymiai geriau ištirti, kokie elektromagnetiniai signalai sklinda gravitacinių bangų atsiradimo vietose. Potencialių signalų sąraše šiuo metu yra net šeši signalai – du jau patvirtinti, vienas vėliau paneigtas ir trys dar analizuojami. Taigi gravitacinių bangų astronomija sparčiai žengia į priekį.

***

Neutroninių žvaigždžių įvairovė. Neutroninių žvaigždžių susidūrimai sukelia gama spindulių žybsnius bei gravitacinių bangų signalus. Pirmasis toks signalas, aptiktas prieš pusantrų metų, atvėrė kelią žymiai detalesniems neutroninių žvaigždžių tyrimams. Turėdami gravitacinių bangų informaciją, galime nepriklausomai nuo elektromagnetinio signalo nustatyti, kokia yra besijungiančių žvaigždžių masė ir orbitos savybės. Šie duomenys leidžia geriau suprasti, kaip turėtų plisti medžiagos čiurkšlė, kuri ir skleidžia pagrindinę žybsnio spinduliuotę. Čiurkšlę sukelia neutroninių žvaigždžių magnetinis laukas, susujungimo metu susisukantis į dvi tūtas, pro kurias neutroninės žvaigždės medžiaga išmetama milžinišku greičiu į aplinką. Naujame tyrime apskaičiuota, kaip čiurkšlės savybės priklauso nuo neutroninės žvaigždės struktūros. Čiurkšlės išmetimo laikas po žvaigždžių susidūrimo, jos plitimo greitis bei spinduliuotės spektras gali suteikti informacijos apie medžiagą ir procesus, vykstančius giliai po neutroninės žvaigždės paviršiumi. Iki šiol tokie skaičiavimai nebuvo labai naudingi, nes negalėjome nustatyti tikslaus laiko intervalo tarp žvaigždžių susidūrimo ir čiurkšlės pasirodymo, bet gravitacinės bangos situaciją pakeičia iš esmės. Taigi ateityje nauji gravitacinių bangų signalai iš neutroninių žvaigždžių padės suprasti, kaip elgiasi medžiaga ekstremalioje aplinkoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Hablo parametro neatitikimas stiprėja. Hablo parametras nusako, kaip sparčiai plečiasi Visata: jis susieja atstumą iki objekto ir to objekto judėjimo greitį dėl Visatos plėtimosi. Pastaruosius keletą metų, tikslėjant matavimams, ryškėja neatitikimas tarp dviejų būdų išmatuoti Hablo parametrą. Vienas būdas remiasi kosmine fonine spinduliuote ir duoda Hablo parametro vertę ~68 km/s/Mpc (t.y. vieno megaparseko atstumu esantis objektas nuo mūsų tolsta 68 km/s greičiu). Tuo tarpu „vietinis“ matavimas, paremtas atstumų iki atskirų galaktikų įvertinimu, duoda didesnę, ~73 km/s/Mpc, vertę. Dabar ši „vietinė“ vertė patikslinta geriau, nei bet kada anksčiau, ir neatitikimas tik sustiprėjo. Patikslinimas paremtas labai detaliais Didžiojo Magelano debesies stebėjimais. Šioje palydovinėje Paukščių Tako galaktikoje yra daug kintančiųjų žvaigždžių cefeidžių, kurių šviesis priklauso nuo kitimo periodo. Žinodami šį sąryšį, galime labai tiksliai nustatyti atstumą iki bet kurioje galaktikoje esančios cefeidės, taigi ir iki tos galaktikos. Naujame tyrime pagerinti cefeidžių stebėjimų duomenys, patikslintas atstumas iki Didžiojo Magelano debesies bei pagerinta Hablo teleskopo detektoriaus kalibracija. Šie patobulinimai sumažino rezultato paklaidas 15% ir leido apskaičiuoti naują Hablo parametro vertę: 74,03+-1,42 km/s/Mpc. Ši vertė yra 6,6+-1,5 km/s/Mpc didesnė, nei gauta iš foninės spinduliuotės; tikimybė, kad toks skirtumas būtų randamas atsitiktinai, yra mažiau nei 1 iš 100000. Taigi kuo toliau, tuo aiškiau darosi, jog Visatos plėtimasis nėra paaiškinamas vien standartiniu kosmologiniu modeliu, ir reikalingi kažkokie jo papildymai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *