Kąsnelis Visatos CCCXCIX: Ekstremalumai

Savaitės naujienose – įvairūs ekstremalūs reiškiniai. Tai ir sprogimai Titane, galbūt sukūrę dalį jo ežerų, ir juodosios skylės iš spiečiaus išmesta žvaigždė, ir pokyčiai mūsų Galaktikos centre bei kitos galaktikos aktyviame branduolyje, ir taip toliau. Dar šis tas apie Saulės sistemos kometas ir netgi naują tarpžvaigždinį objektą, aptiktą netoli Marso orbitos. Gero skaitymo!

***

Sprogimai sukūrė Titano ežerus. Saturno palydove Titane yra šimtai ežerų, pilnų skysto metano ir etano. Ežerus galima grubiai suskirstyti į dvi grupes: vieni yra dideli bei turi gana lygius krantus, kiti – maži, o jų krantai iškilę virš vidutinio jūros lygio ir suformuoja tarsi pylimus. Ilgą laiką buvo manoma, kad ežerai susiformavo dėl karstinių procesų – skysčiams išgraužus įdubas Titano paviršiuje. Toks paaiškinimas tinka didiesiems ežerams, bet nepaaiškina mažųjų ežerų aukštų krantų. Dabar pasiūlytas alternatyvus mažųjų ežerų kilmės paaiškinimas: jie galėjo susiformuoti sprogstant popaviršiniams azoto rezervuarams. Tokie rezervuarai gali susiformuoti laikotarpiais, kai Titano klimatas yra šaltesnis, nei dabar. Klimato modeliai rodo, kad šiuo metu Titaną veikia stiprus šiltnamio efektas, sukeliamas metano dujų; jei jo nebūtų, Titano atmosfera atšaltų tiek, kad azotas imtų kondensuotis ir lyti. Skystas azotas gali įsiskverbti į tarpelius paviršiaus lede ir susitelkti popaviršiniuose ežeruose. Klimatui vėl atšilus, azotas staiga išgaruoja ir išsprogdina kraterį, kurį gali užpildyti ežeras. Sprogimo metu išmesta medžiaga nusėda aplink kraterį ir sudaro matomus pylimus. Jei šis modelis teisingas, detalesnė mažųjų ežerų analizė galėtų padėti geriau suprasti Titano klimato pokyčius praeityje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Naujas tarpžvaigždinis klajūnas. Prieš beveik dvejus metus aptiktas objektas 1I/2017 U1, arba ‘Oumuamua – pirmasis žinomas atklydėlis iš už Saulės sistemos ribų. Net ir per teleskopus jis buvo matomas tik kelis mėnesius, per kuriuos užminė daug mįslių. Pavyzdžiui, ‘Oumuamua priartėjo prie Saulės penkis kartus arčiau, nei Žemė, bet iš jo nepradėjo veržtis jokios dujos, kitaip tariant, jis nesielgė kaip kometa; tai nebūtų stebėtina, jei ne faktas, kad toldamas nuo Saulės objektas ėmė greitėti, kaip galėtų elgtis kometa, stumiama besiveržiančių dujų. Netrukus po ‘Oumuamua apsilankymo atlikti skaičiavimai parodė, kad Saulės sistemoje objektų, atskridusių iš kitų žvaigždžių sistemų, gali būti daugybė, bet identifikuoti jų kol kas nepavyko. Dabar galimai atrastas dar vienas tarpžvaigždinis klajūnas. Objektas C/2019 Q4 (Borisov), aptiktas Krymo observatorijoje, kol kas įvardijamas kaip kometa, bet jo apskaičiuota orbita rodo, kad kūnas greičiausiai atlėkė iš už Saulės sistemos ribų. Artimiausiu metu orbitos parametrai bus patikslinti ir turėsime tvirtą atsakymą. Objektas kol kas dar artėja prie Saulės ir artimiausią tašką, šiek tiek už Marso orbitos, pasieks gruodžio mėnesį. Jei jo prigimtis tikrai kometiška, jau artimiausiu metu paskui objektą turėtų nusidriekti dvi uodegos – stebėdami jas, galėsime geriau suprasti ir kūno kilmę. Tikėtina, kad C/2019 Q4 stebėti galėsime daug ilgiau, nei ‘Oumuamua, taigi galbūt pavyks daugiau apie jį ir išsiaiškinti.

***

Saulės sistemos kometų kilmė. Kometos yra ledo, dulkių ir uolienų kamuoliai, dažnai gyvenantys toli nuo Saulės ir nelabai pakitę nuo pat žvaigždės susiformavimo prieš puspenkto milijardo metų. Naujame tyrime keturiolikos kometų cheminės sudėties duomenys panaudoti siekiant išsiaiškinti, kurioje sistemos vietoje jos susiformavo. Tyrimui pasitelkti skaitmeniniai protoplanetinių diskų evoliucijos modeliai, kurie leidžia sekti, kaip keičiasi disko cheminė sudėtis laikui bėgant. Paaiškėjo, kad dešimt iš keturiolikos kometų greičiausiai susiformavo tokiomis pačiomis sąlygomis – daugmaž ties ta vieta diske, kur anglies monoksido molekulės virsta ledu. Ribos atstumas nuo Saulės skirtingu metu keitėsi – iš pradžių buvo maždaug 30 astronominių vienetų (vidutinių atstumų tarp Saulės ir Žemės), vėliau sumažėjo iki 12. Toks kometų cheminis panašumas yra gana netikėtas, bet 14 kometų – nedidelė duomenų imtis, kad būtų galima tvirtai teigti, jog visos, ar beveik visos, kometos formavosi vienodomis sąlygomis. Ateityje tyrėjai ketina praplėsti duomenų rinkinį ir panaudoti šiuos rezultatus kometų taksonominio medžio sudarymui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Sunkios smalkės protoplanetiniame diske. Protoplanetinio disko, juosiančio jauną žvaigždę, masė didele dalimi nulemia jo evoliuciją. Realių diskų masę išmatuoti labai sudėtinga, nes jie yra nepermatomi didelėje dalyje elektromagnetinio spektro, todėl sudėtinga pasakyti, kas dedasi jų viduje. Pažvelgti giliau galima stebint molekules, sudarytas iš retesnių izotopų, nei standartiniai; pavyzdžiui, anglis ir deguonis turi po keletą gana retų sunkesnių izotopų, taigi anglies monoksido molekulių, sudarytų iš jų, diske turėtų būti daug mažiau, nei sudarytųjų iš įprastinių izotopų. Skirtingi izotopai šiek tiek pakeičia molekulės spektrą, taigi identifikavę retos molekulės spektro linijas, galime pažvelgti į disko gelmes. Dabar pirmą kartą protoplanetiniame diske aptiktas anglies monoksidas, sudarytas iš anglies-13 ir deguonies-17 izotopų. Abu izotopai yra vienu neutronu masyvesni, nei įprastinės šių elementų atmainos. Šios molekulės gausa yra gerokai mažesnė, nei kitų atmainų, todėl ji leido pažvelgti kiaurai žvaigždės HD 163296 diską. Paaiškėjo, kad diskas yra bent 2-6 kartus masyvesnis, nei manyta iki šiol. Jei panaši korekcija paaiškės esanti reikalinga ir kitiems protoplanetiniams diskams, tai gali pakeisti mūsų supratimą apie planetų formavimosi procesą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***


Širdies ūkas (IC 1805). Šaltinis: Bray Falls

Ūkai yra gana įvairūs dujiniai dariniai kosmose. Vienas jų tipų yra molekuliniai debesys, ardomi jaunų masyvių žvaigždžių spinduliuotės. Čia matome tokio ūko pavyzdį – Širdies ūko centre yra nedidelis spiečius Melotte 15, kurio masyvios žvaigždės jonizuoja aplinkinį vandenilį ir verčia jį plėstis į šalis. Nuotraukoje vandenilis švyti rausvai, o mėlyna spalva žymi jonizuotą deguonį.

***

Kiek juodųjų skylių yra mūsų Galaktikoje? Jų turėtų būti gana daug, bet aptikti jas – labai sudėtinga. Apie šiuos paslaptingus objektus, jų savybes, gravitacines bangas ir kita žiūrėkite savaitės filmuke iš Event Horizon:

***

Iš Galaktikos išmesta žvaigždė. Galaktikoje žinoma keliolika hipergreitųjų žvaigždžių – jos juda ypatingai dideliais greičiais, pakankamais pabėgti iš Paukščių Tako gravitacinio lauko. Pirmosios tokios žvaigždės aptiktos 2005 metais, bet tik prieš porą metų jų judėjimo trajektorijos apskaičiuotos pakankamai tiksliai, kad galėtume nustatyti, kur jos susiformavo. Tada paaiškėjo, kad įprastinis formavimosi modelis – dvinarės žvaigždės suardymas, jai skrendant pro supermasyvią juodąją skylę – tinka toli gražu ne visoms hipergreitosioms žvaigždėms, nes dalis jų niekada nebuvo arti Galaktikos centro. Dabar detaliai ištirta dar viena hipergreitoji žvaigždė pasirodė taip pat atskridusi ne iš Galaktikos centro, o iš disko. Detalūs stebėjimai leido nustatyti žvaigždės masę – penkis kartus didesnė, nei Saulės – ir cheminę sudėtį, kuri pasirodė esanti gana panaši į kitų disko žvaigždžių. Žvaigždė greičiausiai gimė spiečiuje Šaulio vijoje, vienoje iš Galaktikos diske esančių spiralinių vijų. Iš spiečiaus ji išlėkė daugiau nei 500 km/s greičiu, gerokai didesniu, nei įmanoma paaiškinti kitu formavimosi modeliu – supernovos sprogimo išardyta dvinare žvaigžde. Vienintelis likęs galimas paaiškinimas – spiečiuje egzistavo kelių tūkstančių Saulės masių juodoji skylė, kurios gravitacija išardė dvinarę žvaigždę ir vieną jos narę išmetė tolyn. Tik problema, kad kol kas tokios juodosios skylės, nors teoriškai ir prognozuojamos, dar nėra aptiktos. Tyrimo autoriai tikisi, kad ateityje panašūs stebėjimai leis nustatyti, kur verta ieškoti tokių juodųjų skylių ir padės jas užfiksuoti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Radijo burbulai Galaktikos centre. Paukščių Tako centre, už kiek daugiau nei aštuonių kiloparsekų nuo mūsų, yra supermasyvi juodoji skylė. Šiuo metu ji yra labai rami – beveik neryja medžiagos, spinduliuotė iš jos artimiausios aplinkos yra labai blausi. Tačiau praeityje būta ne vieno aktyvumo epizodo, kurių metu centro šviesis išaugdavo milijonus kartų ir daugiau. Apie juos sprendžiame remdamiesi įvairiais netiesioginiais įrodymais, tokiais kaip aktyvumo metu sukurtos didelės struktūros. Dabar paskelbta apie dar vienos tokios struktūros atradimą – abipus Galaktikos plokštumos rasti daugiau nei 400 parsekų aukščio burbulai, skleidžiantys daug radijo spinduliuotės. Anksčiau jų nepavyko pastebėti, nes burbulai yra blausesni už radijo spinduliuotę, sklindančią iš centrinės Galaktikos dalies, bet nauji jautrūs detektoriai ir analizės metodai leido juos atskirti nuo fono. Burbulai gaubia daugiau nei šimtą seniau žinomų radijo bangas skleidžiančių juostų, kylančių nuo Galaktikos centro. Juostas sukuria magnetinio lauko linijos, aplink kurias besisukantys elektronai ir spinduliuoja radijo ruože. Burbulų spinduliuotę kuria panašūs elektronai, judantys aplink mažiau tvarkingas magnetinio lauko linijas. Kol kas neaišku, kada burbulai susiformavo, bet greičiausiai jie yra kelių milijonų metų amžiaus. Gali būti, kad juos sukūrė tas pats Galaktikos aktyvumo epizodas prieš šešis milijonus metų, kuris išpūtė ir daug didesnius Fermi burbulus, švytinčius gama spinduliais. Taip pat gali būti, kad radijo burbulai iškilo vėliau, kai Fermi burbulai išvalė kelią statmenai Galaktikos plokštumai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos centras darosi aktyvesnis. Mūsų Galaktikos centre esanti juodoji skylė Šaulio A* yra neaktyvi – nors aplink ją yra šiek tiek dujų, į centrą jos krenta labai lėtai, todėl ir šviečia palyginus neryškiai. Bet situacija nėra visiškai nekintanti: reguliariai stebimi žybsniai centriniame šaltinyje, kurių metu šviesis gali išaugti dešimtis kartų. Šiemet stebėtas pats ryškiausias kada nors užfiksuotas žybsnis, net 75 kartus padidinęs Šaulio A* šviesį. Bet tai nebuvo vienintelis panašus epizodas: išnagrinėję infraraudonųjų spindulių stebėjimus, vykdytus nuo 2003 metų, grupė mokslininkų nustatė, kad šiemet įvyko net keturi gana reikšmingi žybsniai. Tikimybė, kad jie visi būtent šiemet įvyko atsitiktinai, yra mažiau nei 0,05%. Be to, pastarieji žybsniai nuo ankstesnių skiriasi ir tuo, kad Šaulio A* šviesis jų metu išaugo visuose spektro ruožuose gana vienodai; anksčiau sužibimas būdavo reikšmingesnis didesnės energijos ruože. Šie požymiai gali reikšti, kad į Šaulio A* medžiaga ima kristi sparčiau, nei anksčiau. Gali būti, kad prie juodosios skylės priartėjo dujos, atitrūkusios nuo G2 debesies, kuris prieš ketverius metus pralėkė netoli jos. Arba galbūt pernai arti praskriejusi žvaigždė S2 sujaukė aplinkines dujas ir leido joms kristi sparčiau. Artimiausiu metu turėtume sužinoti, ar šie žybsniai buvo statistinė anomalija, ar didesnio aktyvumo periodo pradžia. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Spiečių dydžio evoliucija. Beveik visos žvaigždės gimsta įvairaus dydžio grupėse, turinčiose nuo kelių dešimčių iki milijono narių. Kai kurios grupės greitai išsisklaido, o kitos išlieka milijardus metų; jos yra vadinamos spiečiais. Spiečių dydis, laikui bėgant, kinta – jauni spiečiai yra kompaktiški, o sendami jie plečiasi, nes masyvios žvaigždės migruoja į spiečiaus centrą ir išmeta mažesnes į pakraščius. Bet skirtingi spiečiai plečiasi nevienodu greičiu, taigi vienodo amžiaus spiečių dydžiai gali labai skirtis. Dabar naujame tyrime pirmą kartą išnagrinėta spiečių dydžių įvairovė Didžiajame Magelano debesyje. Ši nykštukinė galaktika, Paukščių Tako palydovė, turi labai įvairaus amžiaus žvaigždžių spiečių, tuo tarpu mūsų Galaktikoje dauguma spiečių yra labai seni. Taigi Didžiajame Magelano debesyje esantys spiečiai yra tinkamesni tokiems evoliucijos tyrimams. Pasirinkę penkis senus panašaus amžiaus spiečius, astronomai nustatė, kad jų dydžiai labai glaudžiai susiję su masyvių žvaigždžių, vadinamų mėlynosiomis užsilikelėmis, pasiskirstymu. Šios žvaigždės susidaro, kai spiečiuje susijungia dvi mažesnės žvaigždės arba viena žvaigždė prisiryja medžiagos iš kitos, todėl yra ryškesnės ir atrodo jaunesnės, nei yra iš tikro (iš čia ir pavadinimas – jos tarsi „užsiliko nepasenusios“). Būdamos masyvios, jos migruoja artyn prie spiečiaus centro. Ir tikrai – didžiausiuose spiečiuose šios žvaigždės yra arčiausiai centro, o mažiausiuose – daug labiau pasklidusios. Šis atradimas įrodo, kad būtent žvaigždžių migracija gali paaiškinti vienodo amžiaus spiečių dydžių skirtumus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Reguliariai kintantis aktyvus branduolys. Aktyvų galaktikos branduolį sudaro juodoji skylė ir į ją krintančios dujos. Kritimas niekada nėra visiškai tolygus, taigi stebėdami branduolį ilgą laiko tarpą, galime pastebėti įvairialypį šviesio kitimą. Dabar pirmą kartą aktyviame branduolyje aptiktas beveik visiškai periodiškas žybsniavimas. Galaktikos GSN 069 centre 2010 metais aptiktas ryškus rentgeno spindulių šaltinis, daug ryškesnis už ankstesnių stebėjimų metu gautą viršutinę ribą. Nuo tada šaltinio šviesumas po truputį mažėja – maždaug tokios evoliucijos tikėtumėmės, jei spinduliuotę sukuria juodosios skylės gravitacijos suardytos žvaigždės medžiaga. Detalesni stebėjimai 2018 pabaigoje ir vėliau parodė, kad šaltinis beveik tiksliai kas devynias valandas kiek daugiau nei valandai sužimba beveik šimtą kartų ryškiau, nei įprastai. Anksčiau tokie kvazi-periodiniai svyravimai aptikti tik daug mažesnėse, žvaigždinės masės, juodosiose skylėse, turinčiose kompanionę dvinarėje sistemoje. Viena hipotezė, kuria bandomas paaiškinti GSN 069 branduolio elgesys, yra panaši: galbūt aplink juodąją skylę devynių valandų periodo orbita sukasi koks nors objektas, gal netgi suardytos žvaigždės liekana, kuris kaskart pralėkdamas arčiau juodosios skylės trumpam paspartina medžiagos įkritimą. Kita hipotezė teigia, jog periodiškumas kyla iš kažkokio proceso krentančios medžiagos sraute: medžiaga krenta lėtai, juodosios skylės aplinkoje jos kaupiasi vis daugiau, kol galiausiai srautas tampa nestabilus ir sukrenta į juodąją skylę daug sparčiau. Kol kas neįmanoma pasakyti, kuri hipotezė teisingesnė; gali paaiškėti, kad neteisingos yra abi ir reikės ieškoti visiškai kito atsakymo. Įdomu, kad apskritai GSN 069 juodoji skylė yra gana maža, lyginant su kitomis, randamomis galaktikų centruose – jos masė siekia tik 400 tūkstančių Saulės masių, o ne milijonus ar milijardus. Tai gali paaiškinti, kodėl anksčiau neradome panašių reguliariai kintančių aktyvių branduolių: prie masyvesnių juodųjų skylių visi procesai vyksta lėčiau, taigi galėjome jų paprasčiausiai nepastebėti. Tyrimo autoriai prognozuoja, kad kai kurių galaktikų rentgeno spinduliuotė turėtų reguliariai kisti keleto mėnesių periodu, taigi juos turėtų būti nesunku aptikti. Tokia paieška leistų patikrinti ir vieną iš kilmės hipotezių – jei paaiškės, kad kitose galaktikose periodinių variacijų nėra, tai reikš, kad GSN 069 kintamumą nulemia ne pačios tėkmės savybės, o kažkoks pašalinis reiškinys. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Naujas Hablo parametro matavimas. Visatos erdvės plėtimąsi matematiškai aprašo Hablo parametras, susiejantis atstumą iki tolimo objekto ir jo judėjimo greitį dėl erdvės plėtimosi. Nustatyti tikslią parametro vertę yra labai sudėtinga, o skirtingi būdai pastaruoju metu duoda vis skirtingesnius atsakymus. Vienas iš nustatymo metodų yra supernovų stebėjimas. Viena jų rūšis, vadinama Ia tipu, visada pasiekia beveik vienodą didžiausią šviesį, taigi aptikę supernovą galime nustatyti ir atstumą iki jos. Pagrindinė metodo problema – atstumų kalibracija, nes atstumus iki vienų supernovų lengviausia palyginti tik su kitomis supernovomis, o ne su artimesnių galaktikų nuotoliais, mat jose supernovos sprogsta labai retai. Praeitą savaitę paskelbtame straipsnyje šią problemą pabandyta išspręsti naudojantis gravitaciniais lęšiais. Gravitacinis lęšis yra masyvus objektas – galaktika ar jų spiečius, kurio gravitacija iškreipia toliau esančio spinduliuotės šaltinio vaizdą, kartais net padalindama jį į kelis atvaizdus. Matuodami atskirų atvaizdų šviesumo pokyčius laikui bėgant, astronomai gali labai tiksliai nustatyti tikrąjį lęšio dydį, o tada, žinodami regimąjį dydį dangaus skliaute, gali pasakyti ir atstumą iki lęšio ar iškreiptos sistemos. Taip „pririšę“ atstumus iki dviejų galaktikų, tyrėjai iš naujo apskaičiavo daugiau nei 800 Ia tipo supernovas turinčių galaktikų nuotolius ir gavo naują Hablo parametro vertę. Ši vertė – maždaug 82,4 km/s/Mpc – daugiau nei dešimčia procentų viršija anksčiau supernovų stebėjimais gautą rezultatą, ir dar padidina skirtumą nuo rezultatų, gautų stebint kosminės foninės spinduliuotės netolygumus. Kol kas rezultato paklaida yra gana didelė, bet ji turėtų sumažėti pakartojus analizę su daugiau gravitacinių lęšių. Tikimasi, kad šis metodas padės geriau suprasti, ar Visatos plėtimosi spartos neatitikimai yra tik matavimo netikslumų rezultatas, ar byloja apie kažkokius dar nesuprastus fizikinius reiškinius. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

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

Laiqualasse

2 komentarai

  1. Koks yra vyraujantis/logiskiausias pasiskinimas kodel Oumuamua pradejo greiteti jei is jo nesiverze dujos? (Be to, kad buvo ateiviu laivas 😁)

    Kitas klausimas butu kodel masyvios milzines juda link spieciu centro, o mazesnes zvaigzdes ne? Kaip suprantu didziosios zveigzdes judedamos link centro ismeto mazasias zvaigzdes tarsi su svaidykle, ar ne? Ar neturetu visos zvaigzdes judeti link centro? T.y. sunkiausios zvaigzdes sutraukti viska link saves ir viena prie kitos?

    1. Kito paaiškinimo, nei reflektyvumas ar dujų veržimasis, nežinau.

      Dėl žvaigždžių išsiskirstymo – esmė čia tokia: spiečiuje žvaigždės juda įvairiomis orbitomis ir kartais praskrieja gana arti viena kitos, pakeisdamos judėjimo trajektorijas ir apsikeisdamos energija. Apsikeitimas vyksta taip, kad daugiau kinetinės energijos turintis kūnas dalį jos atiduoda mažiau kinetinės energijos turinčiam (šiuo atveju kalbame apie kinetinės energijos dedamąją dviejų žvaigždžių masės centro atžvilgiu). Jei dvi žvaigždės juda vienodu greičiu, daugiau energijos turi masyvesnė, taigi po prasilenkimo masyvesnė žvaigždė sulėtėja, lengvesnė – pagreitėja. Sulėtėjusi žvaigždė nukrenta giliau link spiečiaus centro, pagreitėjusi pasitraukia tolyn nuo jo. Laikui bėgant, tokie prasilenkimai po truputį atima energiją iš masyvių žvaigždžių ir atiduoda ją mažos masės žvaigždėms. Procesas vadinamas masės atskyrimu (mass segregation).

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *