Kąsnelis Visatos CDIV: Orai

Orai kosmose gali būti įvairūs. Saulės vėjas kenkia žmonėms ir prietaisams, todėl astronautams reikalingi geri skafandrai – tokius praeitą savaitę pristatė NASA. Tuo tarpu „orai“ – galaktikų judėjimas ir dėl to kylantys dujų srautai – galaktikų spiečiuose efektyviai paskirsto energiją. Pro Žemės atmosferos viršutinius sluoksnius kartais, labai retai, praskrendančios kometos gali su savimi išsinešti mikrobų. O labai mažos planetos apskritai negali išlaikyti atmosferų anei vandens. Kitose, su orais nesusijusiose, naujienose – supernovų sprogimų geometrija, protoplanetiniai diskai ir vijos juose, spiralinių galaktikų sukimasis ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Nauji NASA skafandrai. Gali būti sunku patikėti, bet skafandrai, kuriuos šiuo metu naudoja Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) dirbantys astronautai, yra tokie patys, kaip Apollo misijų astronautų prieš pusšimtį metų. Kartais tai netgi yra tie patys skafandrai – pagaminti prieš 40 metų ir daugiau, jie vis dar naudojami. Iš vienos pusės, tai rodo, kad kostiumai tikrai kokybiški. Iš kitos – jie yra beviltiškai pasenę, nepatogūs, nepritaikyti skirtingo ūgio astronautams bei moterims astronautėms, ir taip toliau. Ruošdamasi naujiems žmonių skrydžiams į Mėnulį, NASA pristatė ir naujo dizaino skafandrus. Naujas dizainas, pavadintas xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit) yra ir patogesnis, ir saugesnis. Astronautai, dėvėdami šiuos skafandrus, galės laisvai sukiotis per liemenį, patogiai sulenkti kelius ir alkūnes, daug natūraliau judinti rankas. Skafandrai komplektuojami iš įvairaus dydžio dalių, taigi juos palyginus nesunku pritaikyti skirtingo kūno sudėjimo naudotojams. Be to, į skafandrą bus galima įlipti pro nugarą, taip gerokai pagreitinant apsirengimą. Taip pat skafandras turėtų apsaugoti nuo didžiulių temperatūros svyravimų Mėnulio dieną ir naktį bei tikti darbui ir atvirame kosmose, ir Mėnulio ar Marso paviršiuje. Skafandrus artimiausiu metu ketinama išbandyti Žemėje, vėliau – TKS, o rimčiausias išbandymas jiems teks 2024 metais, kai žmonės turėtų vėl išsilaipinti Mėnulyje.

***

Praskrendančių kometų panspermija. Ar gyvybė kiekviename dangaus kūne atsiranda nepriklausomai, ar gali persikelti nuo vieno prie kito? Nors kol kas nesame aptikę gyvybės už Žemės ribų, svarstymų apie jos kilmę yra nemažai. Viena hipotezė, vadinama panspermija, teigia, kad gyvi organizmai gali plisti nuo vienos planetos prie kitos ar netgi tarp planetinių sistemų. Įprastai teigiama, kad procesas vyksta taip: į planetą, kurioje yra gyvybės, atsitrenkia meteoritas, jis išmuša paviršiaus uolienų su gyvais organizmais (pavyzdžiui, bakterijomis), o toji uoliena po kažkiek laiko nukrenta kitoje planetoje ir užsėja ją pirmosios gyvybe. Bet ši idėja turi trūkumų: stiprus smūgis gali sunaikinti bet kokią gyvybę išmušamoje uolienoje, nedidelė išmušta uoliena yra prastai apsaugota nuo kosminių spindulių ir žvaigždžių spinduliuotės, be to, ją sudėtinga išmušti pakankamai greitai. Naujame tyrime du astrofizikai išnagrinėjo kiek kitokį scenarijų: gyvybės pernešimą, jai prikimbant prie objektų, pralekiančių šalia planetos. Pavyzdžiui, jei kometa ar tarpžvaigždinis objektas praskristų labai arti Žemės, jis galėtų aplipti atmosferoje esančiais mikroorganizmais, o Žemės gravitacija jį gali netgi pagreitinti ir padėti pabėgti iš Saulės sistemos. Didžiausias aukštis, kuriame aptikti gyvi organizmai, yra 80 km virš Žemės paviršiaus. Tyrėjai apskaičiavo, kad per visą Žemės gyvenimą tokiu atstumu pro planetą pralėkė ir tolyn nulėkė, bet į ją neatsitrenkė, tarp 1 ir 10 ilgo periodo kometų bei tarp 1 ir 50 tarpžvaigždinių objektų. Jei laikysime, kad gyvi organizmai gali egzistuoti ir aukščiau nei 100 km atstumu nuo planetos, šie skaičiai išauga iki 100 tūkstančių, nes taip aukštai atmosfera yra pakankamai reta, kad nesuardo ledinių objektų, taigi atsiranda daug daugiau kūnų, galinčių pernešti gyvybę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Titano kopų kilmė. Saturno palydove Titane, netoli pusiaujo, stūkso iki šimto metrų aukščio kopos. Iš viso jos dengia apie 13% palydovo paviršiaus – panašų plotą, kaip Kanada ar JAV. Jas sudaro įvairūs sudėtingi organiniai junginiai, bet kilmė kol kas nėra aiški. Standartinė hipotezė teigia, kad molekulės formuojasi atmosferoje ir krenta ant palydovo paviršiaus tarsi sniegas, tik nukritusios neištirpsta. Bet dabar pasiūlytas alternatyvus formavimosi mechanizmas. Laboratoriniais eksperimentais parodyta, kad kosminiai spinduliai, prasiskverbiantys pro Titano atmosferą, gali sukelti organinių junginių formavimosi reakcijas jo paviršiuje. Vos per šimtą metų paviršiuje gali susiformuoti fenantreno koncentracija, atitinkanti stebimą Titane; dviejų kitų junginių – benzeno ir naftalino – formavimasis užtruktų šiek tiek ilgiau. Bet kuriuo atveju, Titano kopose randami junginiai tikrai gali susiformuoti jo paviršiuje. Analogiškas procesas gali veikti ir kituose dangaus kūnuose, kurių paviršiuje yra organinių junginių, pavyzdžiui Plutone ar kitoje nykštukinėje planetoje Makemakėje. Sudėtingų organinių junginių atradimas šiuose kūnuose būtų ir hipotezės patikrinimo būdas, nes jie neturi atmosferos, taigi jei atmosfera būtų svarbi benzeno, naftalino ir fenantreno formavimuisi, nykštukinėse planetose jų nebūtų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***


Plutono siluetas. Šaltinis: NASA, Johns Hopkins Univ./APL, Southwest Research Institute

Kai New Horizons prieš ketverius metus praskrido pro Plutoną, jis nukreipė kameras ir į naktinę planetos pusę. Atsiųsti vaizdai yra nuostabūs ir labai netikėti – pasirodo, ši nykštukinė planeta turi kad ir mažą, bet daugiasluoksnę atmosferą. Šioje nuotraukoje, darytoje maždaug 19 minučių po arčiausio zondo priartėjimo, sluoksniai matosi labai aiškiai.

***

Spiralinės vijos protoplanetiniame diske. Žvaigždžių ir planetų formavimosi skaitmeniniai modeliai rodo, kad aplink besikuriančią žvaigždę turėtų susiformuoti dujų ir dulkių diskas, o jame – spiralinės vijos, padedančios sulėtėti medžiagai, krentančiai ant žvaigždės. Diskai realybėje aptinkami jau ne vienerius metus, o štai spiralinės vijos pirmą kartą užfiksuotos tik dabar. Jaunoje, mažiau nei 100 tūkstančių metų amžiaus, prožvaigždėje HH 111 esančiame diske pavyko įžiūrėti spiralines vijas, simetriškai nusidriekusias nuo centro iki pat disko pakraščio, visai kaip prognozuoja skaitmeniniai modeliai. Disko krašte matomas švytintis įkaitusių dujų žiedas; jas įkaitina smūginės bangos, susidarančios aplinkinio daugmaž sferiško debesies fragmento dujoms krentant į diską. Paties disko masė yra gana didelė, jo gravitacija beveik pakankama suskaidyti jį į pavienius gumulus, formuosiančius planetas. Arčiausiai fragmentacijos yra išorinės disko dalys – vėlgi, tą patį prognozuoja skaitmeniniai modeliai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Į Žemę panašios planetos – dažnos. Tarp žinomų egzoplanetų uolinių yra nemažai, bet kol kas sunku pasakyti, kiek jos dažnos Galaktikoje. Aptikti tokias planetas daug sunkiau, nei dujines milžines, ypač jei jos sukasi toliau nuo savo žvaigždės, nei Merkurijus nuo Saulės. Naujame tyrime tikėtinas tokių planetų dažnumas įvertintas visiškai kitu būdu – nagrinėjant, kokios planetų liekanos pastebimos baltųjų nykštukių spektruose. Baltosios nykštukės yra į Saulę panašių žvaigždžių paskutinės gyvenimo stadijos, kai nusimetusi dalį išorinių sluoksnių žvaigždė susitraukia iki maždaug Žemės dydžio. Prie žvaigždės buvusių planetų orbitos pasikeičia ir, karts nuo karto, planetos priartėja taip arti nykštukės, kad yra sudraskomos į gabalus ir praryjamos. Tada kurį laiką nykštukės spektre matyti ne tik ją sudarantys pagrindiniai elementai – vandenilis, helis, anglis ir deguonis – bet ir planetos sudėtyje buvusios medžiagos. Stebėdami nykštukės spektrą, galime nustatyti, kokie mineralai egzistavo planetoje; naujajame tyrime išnagrinėta, kiek stipriai planetų mineralai buvo oksiduoti. Deguonies dalis planetos uolienose yra labai svarbus jos parametras, nulemiantis nemažą dalį planetos evoliucijos, nes skirtingo oksidacijos lygio uolienose formuojasi skirtingi mineralai. Žemė, Marsas ir dauguma Saulės sistemos asteroidų yra oksiduoti maždaug vienodai – apie 100 tūkstančių kartų daugiau, nei vidutinis oksidacijos lygis tarpžvaigždinėje terpėje. O dabar žinome, kad panašiai į Saulės sistemos planetas buvo oksiduotos ir šešių baltųjų nykštukių planetos. Būtent šešios nykštukės ir buvo nagrinėjamos, kitaip tariant, visur, kur randame planetų liekanas prie baltųjų nykštukių, randame ir Žemei ekvivalentų oksidacijos lygį. Tai leidžia spręsti, jog į Žemę panašios uolinės planetos yra gana dažnas reiškinys Paukščių Take. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Mažų planetų tinkamumas gyvybei. Kokioje mažiausioje planetoje galėtų susidaryti žemiškai gyvybei tinkamos sąlygos? Tokiai gyvybei reikalingas vanduo, tad ieškodami atsakymo į šį klausimą, mokslininkai apskaičiavo, kaip evoliucionuotų atmosferos skirtingos masės planetose, esančiose savo žvaigždės gyvybinėje zonoje. Gyvybinė zona – tai regionas aplink žvaigždę, kuriame esančių planetų paviršiaus temperatūra būtų tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Bet vandenį dar reikia ir išlaikyti, o kuo mažesnė planetos masė, tuo lengviau vanduo ir jo garai pabėga į kosmosą. Sumodeliavę planetų evoliuciją tyrėjai nustatė, kad jei planetos masė yra mažesnė nei maždaug 2,7% Žemės masės, ji negali ilgai išlaikyti vandens. Tokios planetos evoliucija panašesnė į kometos: jei joje ir yra ar atsiranda kiek nors vandens, jis greitai išgaruoja ir pranyksta. Gyvybei tokios planetos nebūtų labai tinkamos. Iš kitos pusės, šiek tiek masyvesnėse planetose paviršiaus temperatūra gali išlikti tinkama gyvybei net ir joms esant arčiau žvaigždės, nei masyvių planetų atveju. Mažos planetos atmosfera įkaitusi išsiplečia labiau, o tai planetą atvėsina ir sulėtina joje vykstantį šiltnamio efektą. Taigi mažesnės planetos lengviau išvengtų Veneros likimo ir pavirtimo pragariškai karštais kūnais. Iš Saulės sistemos planetų Žemė, Venera ir Marsas yra neabejotinai tinkamo dydžio, kad galėtų išlaikyti vandenį; Merkurijus yra tik šiek tiek didesnis už ribą, bet vandens neturi dėl to, kad yra pernelyg arti Saulės. Taip pat per maži yra ir visi planetų palydovai, nors didžiausias iš jų – Ganimedas – yra labai arti ribos. Skaičiavimuose buvo padarytos kelios supaprastinančios prielaidos, pavyzdžiui kad planetos paviršių visiškai dengia vanduo, o atmosferą sudaro vien vandens garai, taigi gauta ribinė vertė nėra labai tiksli. Geresni skaičiavimai ateityje turėtų padėti detaliau nustatyti kriterijus, pagal kuriuos reikėtų vertinti planetų tinkamumą gyvybei. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supernovos sprogimo geometrija. Žvaigždės mirties sprogimas – supernova – po savęs palieka tūkstančius metų besiplečiantį dujų burbulą, vadinamą supernovos liekana. Paukščių Take galime stebėti ne vieną tokį burbulą, ir visi jie yra labai netvarkingi, turintys daugybę sutankėjimų ir praretėjimų bei kitokių netolygumų. Netolygumai gali atsirasti dviem būdais: arba jie egzistavo nuo pat sprogimo momento, arba sprogimas buvo lygus ir sferiškas, o netolygumai susidarė besiplečiančiai liekanai sąveikaujant su netolygia aplinka. Dabar netolygumų susidarymas patikrintas ištyrus skaitmeninių modelių rezultatus ir supernovos SN 1572 liekanos išvaizdą. Ši supernova, sprogusi 1572 metais ir dar vadinama Tycho supernova danų astronomo Tycho Brahe garbei, žymėjo baltosios nykštukės sprogimą. Baltoji nykštukė – į Saulę panašios žvaigždės gyvenimo galutinė stadija – gali sprogti, jei prisiryja medžiagos ir tampa masyvesnė nei 1,4 Saulės masės. Tada jos paviršiuje prasideda nežabotos termobranduolinės reakcijos, kurių išskiriama energija suskaldo žvaigždę į gabalus. Jos liekanoje matoma daug rentgeno spindulius skleidžiančių jonizuotų atomų, besitelkiančių į sankaupas, iš kurių kai kurios juda mūsų link, o kitos nuo mūsų tolsta. Skaitmeniniai supernovų sprogimų modeliai irgi atkuria panašų vaizdą. Naujajame tyrime ištirti du modeliai: vienas, kuriame pats žvaigždės sprogimas buvo nesferiškas, ir kitas, kuriame sprogimas buvo beveik idealiai sferiškas, tačiau sąveika su aplinka išryškino mažyčius pradinius netolygumus ir sukūrė sudėtingą struktūrą. Du modeliai duoda iš pirmo žvilgsnio panašius, bet visgi geometriškai gana skirtingus rezultatus, kokia turėtų būti liekanos struktūra. Paaiškėjo, kad daug labiau realią struktūrą atitinka modelis su netolygiu žvaigždės sprogimu. Kodėl žvaigždė gali sprogti taip netolygiai – neaišku; gali būti, kad termobranduolinės reakcijos joje vyksta netolygiai, todėl sprogimas prasideda keliose vietose tuo pačiu metu, o ne viename centre. Geresnis supratimas apie baltųjų nykštukių sprogimus padės ir suprasti jų struktūrą bei medžiagos elgesį labai didelio tankio sąlygomis, ir geriau matuoti atstumus iki tolimų galaktikų, nes šie matavimai remiasi būtent tokių supernovų šviesumo matavimais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Didžiausių spiralinių galaktikų sukimasis. Paukščių Takas yra viena iš didesnių spiralinių galaktikų Visatoje, bet toli gražu ne pati didžiausia. Naujame tyrime išnagrinėtos didžiausių spiralinių galaktikų savybės ir paaiškėjo, kad jos sukasi daug greičiau, nei būtų galima tikėtis sprendžiant pagal mažesniąsias. Daugumai spiralinių galaktikų galioja gana glaudus sąryšis tarp regimosios medžiagos (barioninės) masės ir sukimosi greičio, tačiau sąryšis pranyksta, kai galaktikos žvaigždžių masė pasiekia 300-500 milijardų Saulės masių. Palyginimui, Paukščių Tako žvaigždžių masė yra šiek tiek mažesnė nei 100 milijardų Saulės masių. Tokios galaktikos visos turi gana panašią masę, bet sukasi labai įvairiais greičiais iki maždaug 540 kilometrų per sekundę. Tai daugiau nei dvigubai viršija Paukščių Tako sukimosi greitį – apie 220 kilometrų per sekundę. Tyrėjai teigia, kad šios galaktikos tiesiog nebegalėjo formuoti naujų žvaigždžių po to, kai jų tamsiosios materijos halo masė viršijo tam tikrą, maždaug 5 trilijonų Saulės masių, ribą. Tokiame masyviame hale esančios dujos nebegali atvėsti pakankamai greitai, kad suformuotų žvaigždes, ir yra reguliariai išpučiamos lauk iš galaktikos. Masyvesnės galaktikos gali tapti tik jungdamosi tarpusavyje, bet tokie susijungimai jas iš spiralinių paverčia elipsinėmis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikų susiliejimai ir žvaigždėdara. Kai dvi galaktikos susijungia, jose esančios dujos yra sujaukiamos ir gali pradėti daug sparčiau formuoti žvaigždes. Taip pat sujaukimas gali įkaitinti dujas ir išmesti jas lauk iš galaktikos. Bet kol kas visiškai neaišku, kuris iš efektų yra svarbesnis. Įvairūs tyrimai, tiek stebėjimų duomenų analizė, tiek skaitmeniniai modeliai, duoda prieštaringas išvadas: vieni teigia, kad žvaigždėdara po susiliejimo paspartėja, gal net labai reikšmingai, kiti – kad efekto nėra arba kad žvaigždėdara netgi sulėtėja. Naujame tyrime bandoma išnagrinėti susiliejimų ir žvaigždėdaros ryšį remiantis didžiule galaktikų imtimi bei neuroniniais tinklais. Imtį sudaro daugiau nei 200 tūkstančių galaktikų – ir artimų, ir matomų iš daugiau nei 12 milijardų metų praeities, – o neuroninis tinklas panaudotas siekiant efektyviai atskirti, kurios iš jų šiuo metu jungiasi ar neseniai susijungė su kita. Tą padarius paaiškėjo, kad vidutiniškai besijungiančiose galaktikose žvaigždės formuojasi šiek tiek sparčiau, nei nesijungiančiose, bet skirtumas nėra didelis, siekia iki 20%. Iš kitos pusės, kuo labiau galaktikos žvaigždėdaros sparta viršija įprastinę jos masei, tuo daugiau šansų, kad ji dalyvauja ar neseniai dalyvavo susiliejime. Kitaip tariant, susiliejimai dažniausiai galaktikos žvaigždėdarą sustiprina labai nežymiai, bet kartais gali padaryti labai didelį poveikį. Kol kas nežinia, kas nulemia tokį poveikio skirtumą – tą bus bandoma išsiaiškinti ateities tyrimuose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikų spiečių orai. Galaktikų spiečiuose įvairiomis trajektorijomis juda šimtai ar net tūkstančiai įvairių galaktikų. Jas supa labai karštos ir retos dujos. Laikui bėgant, dujos vėsta ir krenta į galaktikas, kur gali formuoti naujas žvaigždes. Tačiau prieš maždaug ketvirtį amžiaus pastebėta, kad dujų vėsimo ir kritimo į galaktikas sparta yra gerokai mažesnė, nei būtų galima tikėtis matuojant jų skleidžiamą spinduliuotę. Neilgai trukus nustatyta, kad greičiausiai tarpgalaktines dujas pašildo aktyvių galaktikų branduolių kuriamos čiurkšlės. Jos išsiveržia iš aktyvaus branduolio motininės galaktikos ir perduoda labai daug energijos retoms dujoms bei neleidžia joms atvėsti. Bet kol kas vis dar neaišku, kaip ta energija paskirstoma spiečiuje: čiurkšlė yra siaura ir jos tiesioginis poveikis jaučiamas tik palyginus nedideliame regione aplink galaktiką, o karštos išlieka visos tarpgalaktinės dujos, esančios spiečiuje. Dabar pristatyti nauji labai detalių skaitmeninių modelių rezultatai, rodantys, kad energijos perdavimui labai svarbus „vėjai“, pučiantys spiečiuje dėl galaktikų judėjimo. Kiekviena čiurkšlė aplink save sukuria karštų dujų kevalą, kuriame energiją paskirsto smūginės bangos, susidarančios ypatingai greitai čiurkšlės medžiagai atsitrenkus į gerokai lėtesnes spiečiaus dujas. Kevalas toliau sklaidosi, padedamas tarpgalaktinių dujų srautų, susidarančių, kai spiečiuje judančios galaktikos sujudina aplinkines dujas. Kiekvienas kevalas išsisklaido per maždaug šimtą milijonų metų, bet dar iki tol gali būti pastebimai iškreiptas dujų judėjimo. Modelio rezultatai labai gerai paaiškina stebimas galaktikų spiečių savybes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Jau šimtą metų žinome, kad Visata plečiasi. Bet prieš šimtmetį apie tai vyko įvairūs ginčai. Vienas iš jų buvo nesutarimas tarp Einšteino ir rusų fiziko Aleksandro Fridmano, kuris apskaičiavo, jog Visata gali plėstis arba trauktis, bet labai mažai tikėtina, kad ji būtų statiška ir nekintanti. Einšteinas kiek seniau buvo gavęs priešingą rezultatą ir ilgai nepripažino esąs neteisus. Visgi, galiausiai pripažino. Plačiau apie tai pasakoja Minutephysics:

***

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

Laiqualasse

2 comments

  1. jei planetos masė yra mažesnė nei maždaug 2,7% Žemės masės, ji negali ilgai išlaikyti vandens. Merkurijus – per mažas.
    Netikslumas – Merkurijaus masė ~5,5% Žemės masės. Merkurijus matyt turėjo daugiau veiksnių, kurie galėjo jam padėti nusimesti vandenį. Jei būtų turėjęs vandens.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *