Kąsnelis Visatos CCCXCII: Tuštumos

Paukščių Tako halas yra beveik tuščias – jame žvaigždžių yra tūkstančius kartų mažiau, nei diske. Bet būtent halo tyrimai padeda suprasti ankstyvąją mūsų Galaktikos istoriją. Tuo tarpu didžiulė tarpgalaktinė tuštuma Paukščių Tako apylinkėse nulemia nemažą dalį mūsų judėjimo kitų Visatos struktūrų atžvilgiu. Kitose naujienose – vandens Mėnulyje analizė, keli kosminių skrydžių sistemų bandymai, Jupiterio palydovų dydžių matavimai ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Lightsail2 išskleidė bures. Antradienį, liepos 23 dieną, Žemės orbitoje išskleista Saulės burė. Tai buvo pirmasis sėkmingas šio erdvėlaivių judėjimo metodo išbandymas, atliktas ne pelno siekiančios organizacijos The Planetary Society lėšomis. Birželio 25 dieną į kosmosą paleistas zondas beveik mėnesį skriejo aplink Žemę neišskleidęs burės, o tada, nustačius, kad visi parametrai yra tinkami, buvo duota komanda ir 32 kvadratinių metrų veidrodiškas lakštas, sudarytas iš keturių trikampių, buvo išskleistas. Tai nėra pirmasis šviesos burės bandymas Žemės orbitoje – pirmąjį dar 2010 metais atliko japonų zondas IKAROS. Visgi iki šiol šviesos burės susilaukė nedaug dėmesio kaip reikšminga alternatyva kitoms erdvėlaivių varymo sistemoms, taigi šis bandymas gali tapti rimtu žingsniu į priekį suprantant, kaip jos veikia ir kaip jas geriausia pritaikyti. Pagrindinis šviesos burės privalumas, lyginant su įprastiniais varikliais – kuro nereikia gabenti kartu su kroviniu. Taigi iš principo erdvėlaivis su pakankamai gera bure galėtų greitėti neribotai ilgai. Aišku, naudojant burę yra sunkiau manevruoti, nei turint pilnai valdomus raketinius variklius, bet gerai apskaičiavus skrydžio parametrus, burės gali reikšmingai sutrumpinti kosminių kelionių trukmę. NASA ir Japonijos kosmoso agentūra turi planų per artimiausius dešimt metų toliau bandyti šviesos bures, taigi galbūt ateityje jos taps įprasta kosminių skrydžių dalimi. Bet kol kas jų vystymu užsiima tik tokios nedidelės iniciatyvos.

***

SpaceX Starhopper bandymas. Praeitą ketvirtadienį SpaceX sėkmingai išbandė erdvėlaivį Starhopper – prototipą erdvėlaivio, kuris netolimoje ateityje galės skraidinti žmones į Mėnulį ir Marsą. Šis bandymas buvo pirmasis, kai erdvėlaivis nebuvo pririštas prie Žemės ir savomis jėgomis pakilo nuo jos. Skrydžio duomenys iš pirmo žvilgsnio galbūt neatrodo įspūdingai – Starhopperis pakilo į 20 metrų aukštį ir nusileido toje pačioje pakilimo aikštelėje, tik truputį kitoje vietoje. Bet toks skrydis primena pirmuosius Falcon 9 daugkartinių raketų bandymus – jos irgi pradėjo nuo labai mažų šuoliukų. Bandymas pavyko tik iš trečio karto; du kartus jį reikėjo atšaukti dėl techninių problemų. Bet ketvirtadienio testas pavyko visiškai sėkmingai, ir kompanija tikisi jau po poros savaičių atlikti dešimt kartų didesnio pakilimo bandymą. Jei tolesni bandymai vyks be didelių kliūčių, Starhopper ir Starship gali būti paruošti naudojimui jau kito dešimtmečio pradžioje.

***


Chandrayaan 2 pakilimas. Šaltinis: Neeraj Ladia

Praeitą savaitę Indija išsiuntė zondą į Mėnulį. Šioje nuotraukoje matome raketą, kuri sėkmingai iškėlė prietaisus į orbitą aplink Žemę. Per artimiausias savaites misija atliks keletą orbitos pakeitimo manevrų, o Mėnulį galiausiai pasieks rugsėjo mėnesį. Jei nusileidimas palydove bus sėkmingas, Indija taps vos ketvirta šalimi – po JAV, SSRS/Rusijos ir Kinijos – kuriai pavyko minkštai nusileisti Mėnulyje.

***

Vanduo Mėnulyje. Kiek vandens yra Mėnulyje? Nuo 2009 metų, kai jis pirmą kartą aptiktas mūsų palydove, vandens kiekio klausimas vis dar nėra išspręstas. Įprastiniais vertinimais, vandens Mėnulyje yra gana mažai, gerokai mažiau nei, pavyzdžiui, Merkurijuje. Tai atrodo gana keista, nes abu kūnai yra gana panašūs. Dabar naujame tyrime daroma išvada, kad visgi Mėnulyje vandens yra gerokai daugiau, nei manyta iki šiol – maždaug tiek pat, kiek ir artimiausioje Saulei planetoje. Ištyrę 2000 Merkurijaus kraterių, mokslininkai nustatė, kad arčiau ašigalių esantys krateriai yra seklesni – tai žymi niekad neištirpstančio ledo sankaupas, kurių gylis gali siekti iki 50 metrų. Analogiška 12000 Mėnulio kraterių analizė parodė tokį patį sąryšį, taigi panašu, kad Mėnulio krateriai turi tiek pat ledo, kiek ir Merkurijaus. Sekliausių Mėnulio kraterių padėtys atitinka anksčiau aptiktus arti paviršiaus esančio vandens ledo telkinius. Šis atradimas labai svarbus, planuojant žmonių keliones į Mėnulį – vanduo bus reikalingas ne tik žmonėms gerti, bet ir raketų kuro ir deguonies gamybai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

Iš kitos pusės, tamsiuosiuose krateriuose esantis vandens ledas nėra amžinas. Nors jo niekad nepasiekia Saulės spinduliai, visgi Saulės vėjas bei mikrometeoroidai gali išgarinti vandens molekules. Kometos, kartais pataikančios į Mėnulį, gali grąžinti kažkiek vandens; per tūkstančius metų Mėnulio krateriuose vyksta vandens apytakos ratas. Išgaruojančio vandens kiekis yra labai nedidelis – 40 kilometrų skersmens krateris išmeta maždaug gramą vandens per valandą – bet ir toks skaičius yra reikšmingas. Ateityje tuo gal pavyks ir pasinaudoti, pavyzdžiui gaudant garuojantį vandenį, prieš jam pabėgant iš Mėnulio. Šiuo metu toks atradimas svarbus iš esmės tuo, kad parodo, jog Mėnulis nėra toks statiškas, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Ar Marse galėjo kada nors būti gyvybės? Atsakymo į šį klausimą kol kas neturime, bet yra įvairių įrodymų, kad Marsas galėjo būti jai tinkamas. Savaitės filmuke apie dešimt iš jų pasakoja John Michael Godier:

***

Patikslintas Europos dydis. Jupiterio palydovas Europa, kaip ir kiti didieji palydovai, yra labai įdomus tyrimų objektas dėl savo popaviršinio vandenyno ir galimai gyvybei tinkamų sąlygų jame. NASA planuoja net kelias misijas, skirtas Europos irba kitų Jupiterio palydovų tyrimams. Šių misijų sėkmė nemaža dalimi priklauso nuo tikslių žinių apie tiriamų objektų fizines ir astronomines savybes, pavyzdžiui dydį ir orbitą. Dabar pasiūlytas naujas būdas daug tiksliau nustatyti Europos ir kitų Jupiterio palydovų spindulius bei padėtis, remiantis žvaigždžių okultacijomis. Šiuo metu Jupiteris kaip tik juda pro Galaktikos plokštumą, taigi jo aplinkoje yra daug žvaigždžių. Kartkartėmis ir planeta, ir jos palydovai praskrenda tiesiai tarp mūsų ir kurios nors žvaigždės – įvyksta okultacija. Nuo 2013 metų duomenis renkantis kosminis teleskopas Gaia išmatavo daugybės žvaigždžių padėtis geresniu nei vienos kampinės milisekundės tikslumu. Taigi dabar galime labai gerai prognozuoti, kada ir kur Žemėje bus matomos žvaigždžių okultacijos – per artimiausius trejus metus jų, sukeltų didžiųjų Jupiterio palydovų judėjimo, numatomos bent septynios. Viena okultacija jau įvyko prieš pustrečių metų. Ji buvo matoma Pietų Amerikoje; tuo pasinaudoję astronomai stebėjo ją trijose observatorijose Čilėje ir Brazilijoje. Skirtingas okultacijos pradžios ir pabaigos laikas, matomas iš skirtingų observatorijų, leido labai tiksliai apskaičiuoti Europos spindulį 1561.2 kilometro, su mažesne nei keturių kilometrų paklaida. Europos padėtis nustatyta 0.8 kampinių milisekundžių tikslumu: Jupiterio atstumu tai atitinka 2,6 kilometro. Numatomi okultacijų stebėjimai per artimiausius dvejus metus dar patikslins Europos ir kitų didžiųjų Jupiterio palydovų savybes, o tai leis ir geriau paruošti misijas, ir geriau suprasti kitų jų stebėjimų duomenis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Jaunos žvaigždės planeta. Stebėdami įvairaus amžiaus egzoplanetas, po truputį susidarome vis geresnį vaizdą apie planetinių sistemų, taip pat ir Saulės sistemos, evoliuciją. Dabar atrasta jauna planeta prie maždaug Saulės dydžio žvaigždės, kuri, tikimasi, padės suprasti, kaip evoliucionuoja planetų atmosferos. Planeta skrieja aplink žvaigždę Tukano DS A, vieną iš dvinarės sistemos komponenčių. Visa sistema kartu su kitomis aplinkinėmis žvaigždėmis sudaro Tukano-Laikrodžio judančiąją grupę – vienu metu susiformavusių, bet jau gravitaciškai nebesurištų žvaigždžių sankaupą. Šių sankaupų amžių nustatyti galima išskirtinai tiksliai; šiuo atveju taip pat gerai žinome, kad sistemos, taigi ir planetos, amžius yra 45 milijonai metų. Tokio amžiaus planeta jau baigė augti, tačiau dar gana sparčiai evoliucionuoja, veikiama žvaigždės spinduliuotės. Įdomu, kad pagal savybes planeta patenka į vadinamąją „Neptūnų dykumą“: praktiškai nėra žinomų Neptūno dydžio planetų, kurios aplink žvaigždę apsisuka per 10 dienų ir mažiau. O naujai atrastoji planeta yra 5,6 karto didesnio skersmens už Žemę – šiek tiek didesnė už Neptūną – ir aplink žvaigždę vieną ratą apsuka per kiek daugiau nei aštuonias dienas. Manoma, kad Neptūnų dykuma susiformuoja dėl žvaigždės spinduliuotės, kuri nupučia arti esančių mažesnių už Saturną planetų atmosferas ir palieka tik uolinius branduolius. Gali būti, kad Tukano DS Ab laukia toks pat likimas, bet išsiaiškinti jos atmosferos evoliucijai reikės tolesnių detalių spektroskopinių tyrimų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pagyvenusios žvaigždės žybsniai. Žvaigždžių evoliucija trunka milijonus ar milijardus metų, todėl sekti jos tiesiogiai nėra galimybių. Bet kai kurios evoliucinės stadijos pasižymi pokyčiais, kuriuos galime sekti ir, jais remdamiesi, nustatyti žvaigždės savybes. Būtent tai dabar padaryta išnagrinėjus dešimtmečius trukusių žvaigždės Mažosios Lokės T stebėjimų duomenis. Ji yra raudonoji milžinė – arti gyvenimo pabaigos esanti į Saulę panaši žvaigždė. Ilgą laiką žinoma, kad ji pulsuoja, o iki 1979 metų pulsavimo periodas buvo 310-315 dienų. Nuo 1979 metų periodas ėmė mažėti – tai reiškia, kad žvaigždė traukiasi. Žvaigždžių evoliucijos modeliai prognozuoja tokį elgesį: tai vadinama šiluminiu pulsu, kurio trukmė gali siekti iki šimto metų. Pasinaudoję evoliucijos modeliais ir tiksliai trijų dešimtmečių stebėjimai, mokslininkai nustatė, kad žvaigždės masė yra beveik tiksliai dvigubai didesnė už Saulės masę, o amžius – 1,17 milijardo metų. Tai yra tiksliausiai nustatyti bet kokios raudonosios milžinės parametrai. Šie skaičiavimai duoda ir prognozę, kad žvaigždė trauksis dar porą dešimtmečių, o paskui vėl ims plėstis. Taigi per 30-50 metų šią prognozę ir ją davusį evoliucijos modelį bus galima gana gerai patikrinti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supernovos išmestos medžiagos aptikimas. Žvaigždžių sprogimai – supernovos – į aplinką išmeta daug sunkiųjų cheminių elementų, pavyzdžiui geležies, sieros ar nikelio. Įprastai sprogimo savybės tiriamos pagal jo poveikį aplinkinei medžiagai – labai greitai lekianti žvaigždės medžiaga aplinkoje sukelia smūginę bangą, kuri įkaitina dujas ir priverčia jas spinduliuoti. Dabar pirmą kartą aptikta pačios supernovos išmestos medžiagos spinduliuotė. Detaliais spektroskopiniais stebėjimais pavyko užfiksuoti karštų geležies ir sieros jonų judėjimą trijose jaunose Ia tipo supernovų liekanose. Šios supernovos vadinamos termobranduolinėmis – jos kyla, kai mažos masės žvaigždės liekanoje baltojoje nykštukėje prasideda nevaldomos termobranduolinės reakcijos. Gautieji duomenys leido gana tiksliai nustatyti, kokia buvo dviejų sprogstančių nykštukių masė: viena atitiko kritinę 1,4 Saulės masių ribą, o kita buvo mažesnė. Tokie tyrimai padeda geriau suprasti supernovų evoliuciją – Ia tipo atveju tai svarbu ir kosmologijai, nes jos naudojamos matuoti atstumams iki tolimų galaktikų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Paukščių Tako halo kilmė. Prieš kiek daugiau nei pusmetį nustatyta, kad Paukščių Takas jaunystėje prarijo kitą, maždaug keturis kartus mažesnę, galaktiką, pavadintą Gaja-Enceladu. Atradimas padarytas remiantis Gaia teleskopo surinktais duomenimsi apie žvaigždžių judėjimą. Dabar detalesnė tų pačių duomenų analizė atskleidė daugiau susijungimo detalių. Žinodami tikslius atstumus iki žvaigždžių, astronomai galėjo apskaičiuoti ir jų šviesumą, o tai leido sudaryti spalvos-ryškio diagramą, kuri parodo žvaigždžių populiacijos amžių. Įprastai spalvos-ryškio diagramos naudojamos tiriant kitas galaktikas ar žvaigždžių spiečius, kur visi objektai yra labai panašiu atstumu nuo mūsų, bet Gaia duomenys leido panaudoti šį metodą ir plačiau Paukščių Take. Taip nustatyta, kad Paukščių Tako halo žvaigždės sudarytos iš dviejų grupių – raudonesnės ir mėlynesnės. Jų amžius yra beveik vienodas – 10-12 milijardų metų, bet skiriasi metalingumas: raudonesnės žvaigždės turi apie penkis kartus daugiau už helį sunkesnių elementų, nei mėlynosios. Tai reiškia, kad raudonosios žvaigždės formavosi masyvesnėje galaktikoje – tokios galaktikos visada turi daugiau metalų, nei mažesnės. Vienodas jų amžius ir formavimosi sustojimas prieš 10 milijardų metų leidžia spręsti, kad jos susiformavo iki Paukščių Tako ir Gajos-Encelado susiliejimo, o pats susiliejimas praktiškai visiškai sustabdė žvaigždėdarą Galaktikos hale. Iš kitos pusės, susiliejimas paspartino žvaigždėdarą diske – tarp jo žvaigždžių matyti formavimosi paspartėjimas prieš 9-10 milijardų metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Detali galaktikos vėjo analizė. Daugelis aktyvių galaktikų branduolių pučia vėjus – kelias dešimtis procentų šviesos greičio pasiekiančius medžiagos srautus, lekiančius nuo pat akrecinio disko, supančio centrinę supermasyvią juodąją skylę. Taip pat galaktikose dažnai randamos gerokai didesnės struktūros, vadinamos šiltaisiais sugerėjais (angl. warm absorbers, WAs), greičiausiai susijusios su vėjais. Dabar pirmą kartą galaktikoje aptiktas abiejų reiškinių junginys – WA struktūra, įsiterpusi į ir judanti kartu su vėju. Atradimas padarytas nagrinėjant kvazaro PG 1114+445 rentgeno spindulių duomenis. Ten aptikta ir vėją žyminti labai greita stipriai jonizuotos geležies spektrinė linija, ir WA požymis – gerokai lėtesnė mažiau jonizuotos geležies linija. Bet taip pat aptikta ir tarpinė struktūra, kurios greitis atitinka vėjo, o jonizacija – WA savybes. Žemesnis jonizacijos laipsnis reiškia didesnį medžiagos tankį ir žemesnę temperatūrą, taigi tokią tarpinę struktūrą galima interpretuoti kaip WA debesis, nešamus greito vėjo. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip aktyvaus branduolio vėjas sąveikauja su labai netolygia galaktine aplinka. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tuštuma Paukščių Tako kaimynystėje. Mūsų Paukščių Tako galaktika priklauso Vietinei galaktikų grupei, kartu su Andromeda ir keliomis dešimtimis mažesnių narių. Vietinė grupė yra Mergelės superspiečiaus dalis, bet didžioji dalis šio spiečiaus ir dar didesnės struktūros Laniakėjos yra į vieną pusę nuo mūsų. Kitoje pusėje yra didžiulė Vietinė tuštuma, o naujame tyrime kaip niekad gerai atskleidžiamos jos savybės. Tyrimui pasitelktas daugiau nei 17 tūkstančių aplinkinių galaktikų atstumų matavimų katalogas Cosmicflows-3. Nustatyta, kad Tuštumą riboje kelios gijos, jungiančios didžiulius spiečius – Persėjo-Žuvų gija vienoje pusėje ir Matuoklės-Povo-Indėno kitoje. Pati Tuštuma nėra visiškai tuščia – joje taip pat aptiktos kelios menkos medžiagos gijos, kuriose tarsi perlai vėrinyje matomos ir galaktikos. Tuštuma jungiasi su kitomis, tolimesnėmis, tuštumomis, kaip rodo ir skaitmeniniai Visatos struktūrų evoliucijos modeliai. Tuštuma vienoje pusėje ir superspiečius kitoje labai stipriai paveikia Paukščių Tako judėjimą Visatoje – vien dėl šių objektų gravitacijos Paukščių Takas kosminės foninės spinduliuotės atžvilgiu juda maždaug 300 km/s greičiu. Iš viso fono atžvilgiu mes judame 600 km/s greičiu – kas sukelia antrą pusę šio judėjimo, kol kas nežinia. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

3 comments

  1. Ar kosminė foninė spinduliuotė ir bendras fonas turi kokią tai konkrečią kryptį mūsų atžvilgiu? Tuomet ar tai galėtų reikšti, kad priešinga šiai krypčiai linkme ir buvo įvykęs Didysis Sprogimas? Gal ką tai būsiu nesupratęs . . .

    1. Taip, foninėje spinduliuotėje egzistuoja dipolis – vienoje pusėje matoma šiltesnė spinduliuotė, kitoje – šaltesnė. Netolygumas atitinka maždaug 600 km/s greičiu vykstančio judėjimo sukeltą Doplerio poslinkį (http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/C/Cosmic+Microwave+Background+Dipole). Jį pašalinus, pasimato (daug smulkesni) kiti netolygumai, nurodantys besiformuojančių pirmųjų Visatos struktūrų savybes.

      Ar šis dipolis gali ką nors pasakyti apie Didžiojo sprogimo „vietą“ – greičiausiai nelabai, nes sprogimas įvyko visur, t.y. visi Visatos erdvės taškai buvo sprogimo vietoje. Bet jis tikrai žymi, kad Visatoje yra didelių netolygumų, kurie sukelia reikšmingą mūsų ir aplinkinių galaktikų judėjimą.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *