Kąsnelis Visatos CDV: Susidūrimai

Susidūrimai kosmose dažnai gali būti pražūtingi: pavyzdžiui, jie gali sunaikinti erdvėlaivius ar palydovus. Kartais susidūrimai duoda pradžią kažkam naujam – Mėnuliui, kuris atsirado po Žemės susidūrimo su Marso dydžio kūnu. Kiti susidūrimai yra transformatyvūs – pakeičia galaktikų spiečius į dar didesnius, galaktikas iš diskinių į elipsines ir taip toliau. Dar susidūrimai gali palikti pėdsakų, kurie vėliau leidžia mums juos tyrinėti ir geriau pažinti net ir savo praeitį. Naujienose, kurios ne apie susidūrimus – idėjos apie supernovas ir žmonių evoliuciją, didžiulio superspiečiaus tyrimai ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Automatizuotas susidūrimų išvengimas kosmose. Nuo pirmojo kosminio skrydžio 1957 metais iš viso jų buvo daugiau nei penki tūkstančiai. Daugybė palydovų bei raketų dalių, įvairių nesėkmingų skrydžių liekanos, nuolaužos ir kitokie smulkūs objektai aplink Žemę sudaro kosminių šiukšlių debesį. Skaičiuojama, kad šiuo metu aplink Žemę skrieja beveik milijonas centimetro dydžio ir didesnių objektų, iš kurių tik keli tūkstančiai yra valdomi. Veikiančio palydovo susidūrimas su tokia šiukšle gali būti pražūtingas, taigi jų orbitas reikia nuolatos stebėti, o kartais – ir pakeisti. Tipiškai kiekvienam palydovui pranešimai apie galimus pavojus ateina kas valandą, porą kartų per savaitę reikia detaliai išnagrinėti galimo susidūrimo tikimybę, o kartą per metus – pakeisti trajektoriją. Kai palydovų yra tūkstančiai, darbo taip pat yra daug. Dėl to Europos kosmoso agentūra pranešė kurianti automatizuotą susidūrimų išvengimo sistemą. Sistema būtų paremta mašininio mokymosi algoritmais, kurie įvertintų kosminės šiukšlės keliamą pavojų, apskaičiuotų efektyviausius palydovo manevrus ir pasiūlytų sprendimus atsakingiems žmonėms. Tokios sistemos netgi galėtų būti diegiamos palydovuose, kad skaičiavimus atliktų dar greičiau ir efektyviau. Ateityje galbūt automatiškai būtų duodami ir manevrų nurodymai, tačiau juos vis tiek turėtų koordinuoti bendras centras, kad būtų išvengta dar didesnių problemų ir neprognozuojamai judančių palydovų keliamo pavojaus. Šiuo metu darbai tik prasideda, tad neaišku, kada tokia sistema bus pritaikyta praktiškai. Kaip bebūtų, jos poreikis laikui bėgant tik didės, nes per artimiausius keletą metų palydovų skaičius Žemės orbitoje gali išaugti bent keletą kartų, jei SpaceX ir kitų kompanijų orbitinio interneto planai taps realybe.

***

Supernovos paveikė žmonių evoliuciją? Per pastaruosius keletą milijonų metų netoli Žemės sprogo bent dvi supernovos. „Netoli“ šiuo atveju nereiškia, kad jų energija išnaikino Žemėje gyvybę, tačiau pro Saulės sistemą plintančios supernovų liekanos paliko pastebimą pėdsaką Žemės geologijoje. Šis pėdsakas – tai reto geležies izotopo, branduolyje turinčio 34 neutronus (įprastinė geležis dažniausiai turi 30 neutronų), nuosėdos, randamos jūrų bei vandenynų dugne. Bet supernovos poveikis galėjo būti ir kitoks: padidėjęs žaibų dažnumas. Supernova sukuria labai daug kosminių spindulių – didelės energijos elektringų dalelių, pavyzdžiui elektronų ar protonų. Pasiekę atmosferą, jie atsimuša į vietinius atomus ir išmuša daugybę elektronų, kurie savo ruožtu gali sukelti žaibus. Tokia žaibų kilmės hipotezė nėra visuotinai priimta, bet laikoma gana rimta. Žaibai gi yra pagrindinis natūralus veiksnys, sukeliantis miškų gaisrus. Naujame tyrime pristatyti įrodymai, kad būtent panašiu metu, kaip ir sunkaus geležies izotopo nuosėdų atsiradimas vandenynuose, Žemėje pagausėjo gaisrų. Gausesni gaisrai pakeitė gamtinę aplinką – Afrikoje sumažėjo džiunglių ir pagausėjo savanų, o toks pokytis paskatino mūsų protėvių evoliuciją iš keturkojų į dvikojus padarus. Tokia loginė grandinė atrodo įspūdinga ir, iš pirmo žvilgsnio, labai netikėta, bet kone kiekvienas žingsnis joje yra gana tvirtai pagrįstas. Tiesa, žmonių protėviai pradėjo evoliucionuoti į dvikojus prieš maždaug keturis milijonus metų, taigi supernovos poveikis negalėjo būti vienintelis dvikojiškumą nulėmęs veiksnys, bet galėjo paspartinti šį procesą. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Geology.

***

Mėnulis formavosi garų diske. Mūsų palydovas Mėnulis susiformavo, kai į Žemę atsitrenkė maždaug Marso dydžio kūnas Tėja. Egzistuoja du modeliai, kas vyko po to. Pagal pirmąjį, smūgis išmušė dalį Žemės, bet Mėnulis formavosi daugiausiai iš Tėją sudariusių uolienų. Pagal antrąjį, smūgis praktiškai išlydė visą planetą ir dalį jos išsviedė į orbitą, abiejų kūnų medžiaga susimaišė ir Žemė bei Mėnulis susiformavo iš šio mišinio. Pirmasis modelis prognozuoja, kad Žemės ir Mėnulio cheminė sudėtis turėtų reikšmingai skirtis, antrasis – kad jos turėtų būti identiškos. Realybė yra kažkur tarp šių modelių – kai kurių cheminių elementų gausa abiejuose kūnuose yra vienoda, o kitų – skiriasi. Naujame tyrime bandoma išsiaiškinti skirtumų priežastį, remiantis cheminio elemento rubidžio gausos matavimais. Rubidžio gausą pamatuoti sudėtinga, nes jo spektras labai panašus į kalio, bet naudojant modernią įrangą, tą padaryti pavyko. Tada paaiškėjo, kad sunkių rubidžio izotopų, lyginant su lengvais, Mėnulyje yra daugiau, nei Žemėje. Nors skirtumas nedidelis – apie šimtąją procento dalį – jis yra reikšmingas ir byloja, kad iš besiformuojančio Mėnulio lengvesni izotopai galėjo išgaruoti šiek tiek lengviau, nei sunkesni. Tokios sąlygos galėjo susidaryti, jeigu po smūgio iš Žemės išmesta medžiaga kuriam laikui suformavo diską iš dujų bei išgaravusių uolienų. Jame besiformuojančio Mėnulio cheminė sudėtis kito dėl garavimo, bet nelabai sparčiai, nes artimiausia Mėnulio aplinka jau buvo prisipildžiusi garų. Toks modelis gerai paaiškina ir naujai išmatuotą rubidžio izotopų santykį, ir analogiškus seniau žinomus kalio, galio, vario ir cinko santykius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Veneros sukimosi greitis. Venera aplink savo ašį sukasi neįprastai lėtai – vieną kartą apsisuka per daugiau nei 243 Žemės paras. Bet štai išmatuoti tikslią paros trukmę kaimyninėje planetoje, pasirodo, yra labai sudėtinga užduotis. Veneros paviršių dengiantys debesys trukdo įžiūrėti paviršiaus darinius, kurie galėtų tapti orientyrais matuojant sukimąsi. Visgi per kelis pastaruosius dešimtmečius matavimų buvo atlikta: radarais iš Žemės bei kosminių zondų misijų metu. Deja, jų duodami rezultatai ne visada atitinka vieni kitus: pavyzdžiui, NASA Magellan zondas, dirbęs 1990-1991 metais, išmatavo Veneros paros trukmę, lygią 243 paroms ir 26,6 minutės, o šio amžiaus pradžioje dirbęs ESA zondas Venus Express nustatė, kad įvairios paviršiaus struktūros yra ne ten, kur prognozuota pagal Magellan išmatuotą Veneros paros ilgį; Venus Express duomenimis Veneros para yra 6,5 minutės ilgesnė. Turint omeny, kad Magellan matavimų paklaidos siekia tik devynias sekundes, toks neatitikimas yra labai netikėtas. Ir pavojingas, nes tikslios žinios apie planetos sukimąsi yra būtinos, norint sėkmingai joje nutūpdyti palydovą. Tokie planai po truputį svarstomi, bet jei misijos remtųsi Magellan išmatuota paros trukme, tai jau dabar ties pusiaujų esančių paviršiaus struktūrų padėtys prognozuojamų neatitiktų daugiau nei 20 kilometrų. Naujame tyrime apskaičiuota vidutinė Veneros paros trukmė per pastaruosius 30 metų. Tam tyrėjai pasinaudojo radaro stebėjimų duomenimis, surinktais nuo 1988 iki 2017 metų. Nustatyta, kad Venera vieną kartą aplink ašį apsisuka per 243 paras ir 30,5 minutės, su 50 sekundžių paklaida. Taigi Venera, panašu, tikrai sukasi truputį lėčiau, nei išmatavo Magellan. Kol kas neaišku, kodėl atsirado toks neatitikimas – ar Venera lėtėja nuolatos, ar jos paros trukmė reikšmingai svyruoja keleto metų laikotarpiu. Pastarasis atvejis įmanomas, jei Veneros sukimuisi įtakos turi jos tanki stora atmosfera arba Saulės vėjas. Tiksliau nustatę Veneros paros kitimo pobūdį galėsime geriau suprasti ir šios planetos struktūrą, nes pastaroji nulemia, kaip labai planetos sukimąsi gali paveikti išoriniai veiksniai. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Kad ir kokia Venera būtų pragariška, kai kurie mokslininkai teigia, kad joje gali egzistuoti gyvybė. Ne paviršiuje, bet debesyse. Apie tai kalbama jau kelis dešimtmečius, nuo tada, kai planetos atmosferoje atrasti keisti dariniai, sugeriantys ultravioletinę spinduliuotę. Apie šias ir naujas hipotezes savaitės filmuke pasakoja John Michael Godier:

***

Marso nuošliaužoms nereikia ledo. Marse ir kituose Saulės sistemos kūnuose, turinčiuose kietą paviršių, dažnai randami įvairių nuošliaužų pėdsakai. Kartais juose aptinkami pasikartojantys gūbriai ir slėniai, išsidėstę išilgai nuošliaužos judėjimo krypties. Iki šiol tokių struktūrų formavimasis buvo tiriamas lyginant juos su nuošliaužomis Žemėje, kur panašūs gūbriai randami tik ledynuose. Taigi buvo manoma, kad gūbrių egzistavimas yra vandens ledo egzistavimo įrodymas. Bet naujame tyrime parodyta, kad taip nėra, ir kad gūbrių savybes galima paaiškinti paprasčiausiu greitai riedančių granulių judėjimu. Tokioms sausoms nuošliaužoms irgi būdingas gūbrių susidarymas, bet tik jeigu jos juda pakankamai greitai; Žemėje, panašu, taip greitai judančių nuošliaužų ne ledynuose nebuvo arba jų žymės pranyko dėl augmenijos ar tektonikos poveikio. O Marse nuošliaužos išliko. Tyrimui pasirinktos nuošliaužos Marinerio kanjone, kurių plotas siekia kelias dešimtis kvadratinių kilometrų. Tipiniai atstumai tarp gūbrių čia yra 2-3 kartus didesni už nuošliaužos storį; būtent toks santykis randamas granulių nuošliaužose. Taip pat aptikti S formos vingiai tarp gūbrių ir slėnių, greičiausiai žymintys išlinkimus, atsiradusius skirtingo storio medžiagai judant nevienodais greičiais. Kol kas neaišku, kuri medžiaga judėjo greičiau – gūbrių ar slėnių – bet tą tikimasi nustatyti nagrinėjant detalesnius stebėjimų duomenis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Planeta trinarėje nykštukių sistemoje. Nors egzoplanetų žinome jau daugiau nei keturis tūkstančius, kartais vis pasitaiko naujų išskirtinių atradimų. Vienas iš jų – tik truputį už Žemę didesnė planeta su trimis saulėmis. LTT 1445 sistemą sudaro trys mažos žvaigždės, o planeta sukasi aplink didžiausiąją iš jų. Sistema yra palyginus netoli nuo mūsų – vos už 6,9 parseko. Tai yra antra artimiausia egzoplaneta, aptikta tranzitų metodu, ir artimiausia tokia, kurios žvaigždė yra nykštukė. Planetas prie nykštukių tyrinėti daug paprasčiau, nei prie didesnių žvaigždžių, nes tokiu atveju planetos šviesa sudaro didesnę žvaigždės šviesos dalį, taigi ją atskirti tampa lengviau. Tranzito metu galima užfiksuoti planetos atmosferą ir tyrinėti jos cheminę sudėtį – būtent tą bus bandoma padaryti artimiausiu metu. Planeta aplink žvaigždę apsisuka per kiek daugiau nei penkias Žemės paras; temperatūra jos paviršiuje turėtų siekti apie 170 laipsnių Celsijaus. Taigi LTT 1445Ab nėra tinkama tokiai gyvybei, kokią mes suprantame, bet jos tyrimai gali padėti išsiaiškinti, kokia yra uolinių planetų, ir ypač jų atmosferų, įvairovė Galaktikoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šiltos dulkės – susidūrimų pėdsakas. Dulkės ir įvairaus dydžio uolienos, sudarančios Asteroidų žiedą bei jo analogus kitose žvaigždžių sistemose, paprastai yra labai šaltos. Bet kartais aptinkamos ir šiltos dulkės, kurių temperatūros neįmanoma paaiškinti vien žvaigždės spinduliuotės sukeliamu kaitinimu. Jas įkaitina susidūrimai, vykstantys pusiausvyros dar nepasiekusioje planetinėje sistemoje. Kartais tai yra asteroidų smūgiai, kartais – netgi planetų susidūrimai, panašūs į tą, kuris Saulės sistemos jaunystėje padėjo susiformuoti Mėnuliui. Prieš maždaug dešimtmetį gerokai per daug šiltų dulkių aptikta dvinarėje sistemoje BD +20 307, kurios amžius siekia apie milijardą metų. Toks laiko tarpas yra daugiau nei pakankamas protoplanetiniam diskui išnykti, taigi šiltos dulkės greičiausiai žymėjo neseniai įvykusį katastrofišką planetų ar panašaus dydžio kūnų susidūrimą, bet tai nebuvo vienintelis galimas paaiškinimas. Dabar pristatyti naujų sistemos stebėjimų duomenys. Infraraudonųjų spindulių srautas, sklindantis iš sistemos, per dešimtmetį išaugo maždaug dešimčia procentų, be to, trumpesnių infraraudonųjų bangų spinduliuotė sustiprėjo labiau, nei ilgesnių. Tai greičiausiai reiškia, kad sistemoje gausėja smulkių šiltų dulkių kiekis. Tokį procesą paaiškinti galima tik katastrofiško planetų susidūrimo pasekmėmis, bet daug detalių dar kelia klausimų. Tolesni sistemos tyrimai padės geriau suprasti ir Saulės sistemos evoliuciją jaunystėje, kai įvairūs susidūrimai reikšmingai paveikė planetų – ir Žemės, ir kitų – evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Neutroninių žvaigždžių susidūrimo produktai. Cheminiai elementai Visatoje atsiranda įvairiais keliais. Vandenilis ir helis egzistavo nuo pat Didžiojo sprogimo, daugelis kitų gimsta žvaigždžių branduoliuose termobranduolinių reakcijų metu ir yra išlaisvinami supernovų sprogimais, kiti formuojasi senų mažos masės žvaigždžių atmosferose. Dar vienas formavimosi kelias yra vadinamas greituoju neutronų pagavimu: vieno elemento branduolys apšaudomas daugybe neutronų ir nemažai jų pagauna; neutronai ima virsti protonais ir atsiranda naujas, sunkesnis, cheminis elementas. Jau seniai prognozuojama, kad toks procesas turėtų vykti susiduriant neutroninėms žvaigždėms, bet kol kas turėjome tik netiesioginius to įrodymus. Dabar pirmą kartą neutroninių žvaigždžių susidūrimo vietoje užfiksuotas cheminis elementas stroncis. Tyrimui pasirinktas sprogimas, vadinamas kilonova, įvykęs kartu su gravitacinių bangų signalu GW170817, mat šį įvykį stebėjo daugybė teleskopų, taigi turime labai detalius jo spektrus. Net ir pirmieji įvykio spektrai atitiko sunkių cheminių elementų formavimosi modelio prognozes, bet juose nebuvo išskirti jokių pavienių elementų signalai. Dabar, iš naujo išanalizavę spektrus, tyrėjai aptiko sunkaus elemento stroncio signalą. Didelė dalis stroncio Visatoje turėtų formuotis būtent greitojo neutronų pagavimo būdu, taigi šis rezultatas aiškiai pademonstruoja, kad neutroninių žvaigždžių susidūrimo metu šis reiškinys tikrai vyksta. Taip pat tai yra tvirčiausias įrodymas, kad neutroninės žvaigždės tikrai sudarytos iš neutronų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Keturgubo galaktikų susiliejimo progresas. Įvairios struktūros Visatoje formuojasi hierarchiškai – tai reiškia, kad dauguma jų susidaro susijungiant mažesniems objektams. Vienos iš tokių struktūrų yra galaktikų spiečiai, šimtus ar tūkstančius galaktikų jungiantys telkiniai. Spiečiai karts nuo karto susijungia tarpusavyje ir suformuoja didesnius. Susiliejimo procesas trunka ilgai, todėl jo metu besijungiantis spiečius gali susijungti su dar vienu – įvyksta trigubas susiliejimas. Dar rečiau nutinka keturgubi susiliejimai. Vienas toks yra Abell 1758 sistema, kurią sudaro dvi besijungiančios galaktikų spiečių poros, krentančios viena kitos link. Dabar pristatytas labai detalus šios sistemos tyrimas, parodantis skirtingas spiečių susijungimo evoliucijos stadijas. Šiaurinė spiečių pora jau vieną kartą, prieš 300-400 milijonų metų pralėkė viena pro kitą, o pietinė pora tik dabar pirmą kartą suartėja. Abi poros viena nuo kitos santykinai yra dar toliau, nei pietinės poros spiečiai, taigi visa sistema yra dar ankstyvesnėje susijungimo stadijoje. Šiaurinėje poroje aptiktos smūginės bangos, susidariusios susiduriant spiečiuose esančioms karštoms tarpgalaktinėms dujoms. Taip pat nustatyta, kad ten cheminiai elementai, sunkesni už helį, daugiausiai egzistuoja tarp spiečių – būtent ten, kur po praskridimo pasiliko didžioji dalis spiečių dujų. Pietinėje poroje situacija kitokia: artėjantys spiečiai dar nesusidūrė, tačiau matomi pirmieji dujų susilietimo požymiai, o sunkieji cheminiai elementai telkiasi abiejų spiečių centruose. Atstumas tarp porų yra pakankamai didelis, kad jokių susilietimo požymių tarp porų dar nėra matyti. Ateityje visi keturi spiečiai susijungs į vieną masyviausių telkinių visoje regimojoje Visatoje, bet to dar reikės palaukti kelis milijardus metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Trimatis superspiečiaus vaizdas. Superspiečiai yra bene didžiausi galaktikų telkiniai Visatoje; jie greičiausiai nėra pilnai surišti gravitaciškai, tačiau galaktikų koncentracija juose yra aiškiai didesnė, nei vidutiniškai erdvėje. Tyrinėti juos labai sudėtinga, nes daugybės galaktikų bei jų spiečių judėjimas išdarko vaizdą, be to, pakankamai jautriais teleskopais sudėtinga aprėpti kartais nemažą dangaus plotą apimančias superspiečiaus ribas. Bet visos problemos įveikiamos, o naujame tyrime pristatytas didžiulio superspiečiaus CL1604 trimatis vaizdas. Rezultatas gautas išmatavus išmatavus daugiau nei šimto galaktikų raudonuosius poslinkius, kurie leidžia apskaičiuoti atstumą iki jų. Šie duomenys pridėjo trečią matmenį prie dviejų matmenų dangaus skliaute ir padėjo sudaryti trimatį struktūros vaizdą. Paaiškėjo, kad superspiečius yra bent dvigubai didesnis, nei manyta iki šiol – jo skersmuo siekia bent 50 megaparsekų. Keli galaktikų spiečiai, anksčiau atrodę nepriklausomi, pasirodė esą susiję su šiuo superspiečiumi. Dar kelios struktūros, aptiktos superspiečiaus pakraščiuose, lieka neaiškios, bet gali irgi būti tos pačios milžiniškos struktūros komponentai. Radialine kryptimi – išilgai stebėjimo ašies – superspiečius susideda iš bent trijų komponentų, esančių skirtingais atstumais nuo mūsų. Taip pat labai įdomu, kad visų superspiečiaus galaktikų žvaigždžių vidutinis amžius yra vienodas – apie du milijardus metų, nors jų žvaigždėdaros istorijos galimai skiriasi. Toks panašumas gali žymėti kažkokį tiesioginį ryšį tarp šių galaktikų arba panašios aplinkos poveikį jų evoliucijai, bet tiksli sąveika kol kas lieka neaiški. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gravitacinio lęšio iškreiptos galaktikos. Šaltinis: Rentgeno duomenys – NASA / CXC / J. Irwin et al.; regimieji – NASA/STScI

Gravitacija iškreipia šviesos trajektoriją, todėl tolimos galaktikos, pasislėpusios už arčiau esančių spiečių, dažnai išsilenkia į arkas ar net apskritimus. Kartais jos sudaro ir tokias pareidolijas, kaip šis besišypsantis veidukas. Jo akys yra dvi didelės elipsinės galaktikos, o apvalainos juostos aplink – tolimų galaktikų iškreipti atvaizdai.

***

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

Laiqualasse

4 comments

  1. Sveiki,

    Jeigu visata plečiasi ir kūnai juda venas nuo kito tolyn, kaip galaktikų spiečiai, arba pačios galaktikos galis susidurti viena su kita?
    Sumaištis dėl Hablo straipsnyje rašėte „Panašiu metu išsiaiškinta ir viena įdomi jų savybė – kone visos galaktikos tolsta nuo mūsų.“. Gal galite trumpai paaiškinti?
    Ačiū

    1. „Kone visos“ nereiškia „visos“. Čia yra dvi priežastys:
      1. Erdvė plečiasi ne visais masteliais, o tik didžiausiais. Pavyzdžiui, erdvė tarp Žemės ir Saulės nesiplečia kartu su Visata. Taip pat nesiplečia ir Paukščių Tako užimama erdvė, ir netgi Vietinės galaktikų grupės erdvė. Erdvėlaikio metrika ne tokia.
      2. Net ir tais masteliais, kur erdvė plečiasi, savieji galaktikų ir jų spiečių judėjimai gali nusverti erdvės plėtimąsi. Hablo parametro vertė yra maždaug 70 km/s/Mpc. Kitaip tariant, 10 megaparsekų atstumu esanti erdvė nuo mūsų tolsta 700 km/s greičiu. Toks greitis dar yra palyginamas su galaktikų savaisiais greičiais spiečiuose (pvz. Andromeda prie mūsų artėja maždaug 300 km/s greičiu). Taigi nors dominuoja plėtimasis, lokaliai (10 Mpc masteliu ir mažesniu) jį tikrai gali nusverti savasis judėjimas.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *