Kąsnelis Visatos CDVIII: Poros

Poromis skriejantys asteroidai gali padėti suprasti jų evoliuciją ir pokyčius dėl Saulės spinduliuotės. Juodųjų skylių poros susiliedamos paskui save gali išsinešti aplinkinių dujų ir sukelti žybsnius šalia aktyvių galaktikų branduolių. Du Neptūno palydovai juda labai įdomiu unikaliu rezonansu. Objektų poros dažnai suteikia daugybę galimybių ištirti visokiausius reiškinius. Kitose praėjusios savaitės naujienose – vandens paieškos Mėnulyje, Jezero kraterio Marse tyrimai, tarpplanetinių ir tarpžvaigždinių kelionių metodai ir galaktikų sukimasis. Gero skaitymo!

***

Mėnulio vandens tyrimų misija. Praeitą savaitę NASA paskelbė, kad planuojamo mažojo palydovo Lunar IceCube vienas iš instrumentų bus skirtas vandens paieškai Mėnulyje. Lunar IceCube misija planuojama nuo 2015 metų, o skristi į Mėnulį turėtų 2021-ųjų pabaigoje. Tai bus viena pirmųjų mažojo palydovo – IceCube planuojama masė yra vos 14 kilogramų – misijų į Mėnulį. Palydovas turėtų skraidyti ištęsta septynių valandų trukmės orbita aplink Mėnulį, o kiekvienos orbitos metu apie valandą stebės jo paviršių. Instrumentas BIRCHES (Broadband InfraRed Compact High-resolution Exploration Spectrometer) ieškos vandens ledo pėdsakų Mėnulio paviršiuje bei garų egzosferoje – ploname dujų apvalkale, kuris atsiranda dieninėje Mėnulio pusėje. Šių paieškų tikslas yra pagilinti žinias apie vandens atsargas Mėnulyje bei galimybes has panaudoti žmonių reikmėms. Vanduo bus būtinas astronautams, kurie turėtų vykti tyrimų misijoms į Mėnulį nuo 2024 metų.

***

Skrydžiai į kosmosą kol kas yra labai brangūs. Bet po truputį pinga – gerėjant raketoms ir gausėjant infrastruktūrai. Viena galima sistema, atpiginsianti skrydžių kainą daugybę kartų, yra „kosminis kablys“. Tai tarsi kosminis keltuvas, bet mažesnis ir greičiau besisukantis. Plačiau apie technologijos perspektyvas – savaitės filmuke iš Kurzgesagt:

***

Artimų Žemei asteroidų poros. Asteroidai beveik nesikeitė visus 4,5 milijardo metų nuo Saulės sistemos susiformavimo. Visgi šiokia tokia jų evoliucija vyksta, ypač jeigu jie skrieja palyginus netoli Saulės ir yra nuolat veikiami jos spinduliuotės. Nustatyti, kaip sparčiai keičiasi asteroidų paviršiai, labai sudėtinga, nes dažniausiai nežinome, kiek laiko konkretaus asteroido paviršius buvo… na, paviršius. Mat asteroidai kartais susiduria ir subyra bei persiformuoja, atidengdami naujas uolienas aplinkos poveikiui. Vienas iš būdų pagerinti situaciją yra tyrinėti asteroidų poras, kurių orbitų analizė leidžia pasakyti, kada jos susiformavo. Tokių porų žinoma Asteroidų žiede, tačiau iki šiol beveik nebuvo aptikta artimose Žemei orbitose. Naujame tyrime pristatoma dviejų būtent tokių porų analizė. Šias poras sudarantys asteroidai aptikti 2015-2018 metais, bet tik dabar nustatyta, kad jie iš tiesų sukasi vienas aplink kitą. Egzistuoja tikimybė, kad du asteroidai gali atsitiktinai sukibti į porą, bet šiuo atveju taip negalėjo nutikti, nes abu kiekvienos poros atstovai yra labai panašūs, taigi beveik neabejotinai kilo iš to paties pirminio asteroido ir atsirado tuo pačiu metu. Orbitų analizė parodė, kad abi poros atsiskyrė prieš mažiau nei 10 tūkstančių metų, taigi detalesnė jų paviršių analizė gali parodyti, kaip Saulės šviesa paveikia asteroidus per tokį trumpą laiką. Tikimasi, kad ateityje, atradus daugiau skirtingo amžiaus porų, pavyks susidaryti daug geresnį vaizdą apie asteroidų ir jų populiacijų evoliuciją vidinėje Saulės sistemos dalyje. Tokie rezultatai padės geriau interpretuoti ir į Žemę nukrentančių meteoritų teikiamą informaciją. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Jezero kraterio paviršiaus lobynai. Naujausias NASA marsaeigis Mars 2020 į Raudonąją planetą išskris kitąmet, o nusileis 2021 metų vasarį. Jo nusileidimo vieta – Jezero krateris, kuriame matoma senovinės upės delta bei kadaise egzistavusio ežero pėdsakai. Naujame tyrime pristatyta detaliausia kraterio paviršiaus struktūrų ir cheminės sudėties analizė, atlikta remiantis Mars Reconnaissance Orbiter duomenimis. Jau seniau buvo žinoma, kad krateryje yra daug karbonatų – tai buvo viena iš pagrindinių jo pasirinkimo priežasčių – bet dabar paaiškėjo, kad kai kur karbonatų koncentracija yra gerokai didesnė, nei manyta. Jame yra nuosėdų juostų, kurios greičiausiai žymi kadaise egzistavusio ir po truputį nusekusio ežero krantą. Tokios karbonatų nuosėdos Žemėje dažnai turi daugybę fosilijų. Tarp tų fosilijų dažnai pasitaiko stromatolitai – melsvabakterių fosilijų sluoksniai. Aišku, nėra jokios garantijos, kad panašių fosilijų yra ir Marse, bet tokios vietos, kaip Jezero krateris, yra tinkamiausios fosilijų paieškoms. Taip pat upės deltoje aptikta hidruotų silikatų – tai vėlgi mineralai, kuriuose Žemėje randama mikroorganizmų fosilijų. Net jei gyvybės pėdsakų Marse nerasime, Jezero kraterio paviršiaus mineralai turėtų suteikti daugybę žinių apie Marso atmosferos pokyčius tolimoje praeityje. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Sezoniniai Marso atmosferos pokyčiai. Marso atmosferą daugiausiai sudaro anglies dvideginis, taip pat yra po kelis procentus azoto ir argono. Maždaug 0,16% atmosferos sudaro deguonies molekulės, o kitų elementų ir junginių – daug mažiau. Visų jų gausa ir bendras atmosferos slėgis svyruoja, keičiantis metų laikams: žiemą anglies dvideginis sušąla į ledą, todėl atmosferos slėgis nukrenta, vasarą ledas išgaruoja ir slėgis pakyla. Kitų elementų gausa kinta atitinkamai – vasarą jų tankis šiek tiek išauga, žiemą – sumažėja. Praeitą savaitę pristatyti beveik penkerių metų (trejų Marso metų) atmosferos stebėjimų duomenys, surinkti Curiosity marsaeigio SAM (Sample Analysis on Mars) instrumentu. Azoto ir argono tankis, kaip ir tikėtasi, svyruoja panašiai kaip ir visas atmosferos slėgis, tik atsilikdamas keliomis dešimtimis dienų, nes atmosferai reikia laiko išsimaišyti tarp ašigalių, kur vyksta didžiausi slėgio pokyčiai, ir kitų paviršiaus vietų. O štai deguonies tankis kinta ne visai taip, kaip prognozuota. Vėlyvą pavasarį bei pusę vasaros deguonies tankis dažnai yra didesnis, nei galima spręsti pagal kitų sudedamųjų dalių tankį, o vidury žiemos – mažesnis. Kodėl taip yra – neaišku. Greičiausiai kažkokie paviršiuje vykstantys procesai skirtingais metų laikais išskiria daugiau deguonies arba jį sugeria. Tai gali būti ir geologiniai, ir biologiniai procesai – nors tvirtų gyvybės požymių Marse nėra aptikta, įvairių įtarimų kilo ne kartą. Vienas iš pagrindinių įtarimų yra metano gausos pokyčiai atmosferoje; įdomu, kad jie neblogai koreliuoja su deguonies pokyčiais, nors tą galbūt galima paaiškinti tiesiog bendromis atmosferos slėgio variacijomis. Tolesni deguonies ir metano pokyčių atmosferoje tyrimai prisidės prie geresnio supratimo apie sąlygas gyvybei šiandieniniame Marse. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Keistas Neptūno palydovų rezonansas. Aštuntoji Saulės sistemos planeta Neptūnas turi 14 žinomų palydovų. Didžiausias jų yra Tritonas, besisukantis priešinga kryptimi nei kiti, o daugelis mažųjų atrasti palyginus neseniai – Voyager 2 praskridimo metu 1989 metais. Dabar pristatyta dviejų tokių palydovų, Najadės ir Talasos, judėjimo 1989-2016 metais analizė. Jos abi skrieja labai arti planetos – Najadė vieną ratą apsuka per septynias valandas, Talasa per septynias su puse. Atstumas tarp jų orbitų yra vos 1850 km, bet palydovai vienas prie kito niekada nepriartėja arčiau nei per 3540 kilometrų. Taip atsitinka todėl, kad Najadės orbita yra pasvirusi, lyginant su kitų palydovų, todėl ji visada praskrenda arba aukščiau Talasos, arba žemiau jos. Tiksliau sakant, du kartus ji praskrenda viršuje, tada du kartus apačioje, paskui konfigūracija kartojasi. Toks orbitų rezonansas yra unikalus Saulės sistemoje. Kol kas neaišku, kaip jis atsirado, bet greičiausiai tai susiję su palydovų kilme. Ir Najadė, ir Talasa yra maži, kelių dešimčių kilometrų ilgio, mažo tankio objektai, greičiausiai susiformavę iš didesnio palydovo nuolaužų. Formavęsi kartu, jie galėjo sukibti į keistą rezonansą nuo pat atsiradimo. Najadės orbitos posvyris gali būti sąveikos su kitu palydovu pasekmė, o rezonansas padeda jai tokią orbitą išlaikyti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šviesos ar elektrinės burės? Šviesos burė yra gerai žinoma erdvėlaivių varymo sistemos koncepcija. Didžiulio ploto labai lengva burė atspindi žvaigždės šviesą ir greitėja, kartu tempdama krovinį. Šia idėja remiasi Breakthrough Starshot projektas, kurio tikslas – nusiųsti spiečių mažyčių zondų į Kentauro Proksimą. Tik šių zondų burės bus įgreitinamos ne Saulės šviesa, o infraraudonųjų spindulių lazeriais. Bet yra ir alternatyva šviesos burėms – elektrinės arba magnetinės burės, kurios įgreitėja atspindėdamos žvaigždės vėją. Pastarąjį sudaro elektringos dalelės, sklindančios nuo žvaigždės, taigi jos sąveikauja su elektriniu ar magnetiniu lauku. Tokių burių koncepcija yra gerokai jaunesnė ir praktiškai tyrinėta nedaug, bet galimai yra daug perspektyvesnė, nei šviesos burių. Naujame tyrime išnagrinėta, kiek efektyvūs būtų abu metodai – šviesos ir žvaigždės vėjo burės – prie skirtingų tipų žvaigždžių. Nustatyta, kad praktiškai prie visų žvaigždžių, nedaug masyvesnių už Saulę, elektrinės burės zondą įgreitina daug efektyviau, nei šviesos burės. Ypač skirtumas juntamas prie M spektrinės klasės nykštukių, kurių masė nesiekia pusės Saulės masės. Jų spinduliuotė labai silpna, lyginant su mūsų žvaigžde, o vėjas – beveik tokio paties stiprumo. Iš kitos pusės, šviesos burės daug efektyvesnės, jei kalbame apie įgreitinimą lazerio spinduliuote. Taip šviesos burę galima įgreitinti ir iki keliasdešimties procentų šviesos greičio, o sukurti analogiškai stiprų elektringų dalelių srautą kol kas nemokame. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planetų tinkamumo gyvybei modeliai. Paukščių Take yra daugybė planetų, bet gyvybei tinka toli gražu ne visos. Įprastai, kalbant apie tinkamumą gyvybei, išskiriama „gyvybinė zona“ aplink žvaigždę, kurioje esančių planetų paviršiaus temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Bet toks skirstymas yra labai primityvus, nes neatsižvelgia į daugybę kitų galimai reikšmingų parametrų, tokių kaip žvaigždės aktyvumas, planetos atmosfera ir panašiai. Dabar pirmą kartą planetų tinkamumas gyvybei išnagrinėtas atsižvelgiant į atmosferų cheminę sudėtį bei naudojant trimačius klimato modelius. Gautieji rezultatai daugeliu atžvilgių yra panašus į ankstesnių, paprastesnių modelių rezultatus, tačiau skiriasi keliais svarbiais aspektais. Pirmasis – nustatyta, kad vandens garavimas iš planetos labai priklauso nuo žvaigždės aktyvumo. Jei planeta iš žvaigždės gauna panašiai ultravioletinės spinduliuotės, kaip Žemė iš Saulės, vanduo iš jos garuoja labai lėtai. Tačiau vos tik UV srautas sustiprėja 60% ar daugiau, vandens garai pajėgia sukurti nekontroliuojamą šiltnamio efektą; tada didžioji dalis planetos vandens gali išgaruoti per mažiau nei milijardą metų. Pastaroji situacija gali būti dažna planetose, kurios skrieja mažų žvaigždžių gyvybinėse zonose. Kitas svarbus rezultatas – didelis vandens garų kiekis atmosferoje naikina ozono sluoksnį, nes ozonas lengvai sureaguoja su atmosferoje esančiu vandeniliu. Taigi planetų, kuriose yra daug vandens, paviršius yra menkai apsaugotas nuo žalingos žvaigždės spinduliuotės. Abu šie efektai mažina tikimybę, kad prie mažų žvaigždžių esančios uolinės ar vandeninės planetos bus tinkamos gyvybei. Šias prognozes bus įmanoma patikrinti, kai darbą pradės James Webb kosminis teleskopas: jis galės išmatuoti planetų atmosferų spektrus pakankamai tiksliai, kad užfiksuotų ten esančius vandens garus irba ozoną. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tarpžvaigždinių anglies kamuoliukų formavimasis. Tarpžvaigždinėje erdvėje randamos įvairios molekulės. Dažniausiai tai yra vandenilio turintys junginiai, kas neturėtų stebinti, nes vandenilis yra gausiausias elementas kosmose. Bet pasitaiko ir kitokių. Ypač mokslininkus stebino anglies kamuoliukų, vadinamų fulerenais, egzistavimas. Jie sudaryti iš dešimčių – dažniausiai 60 ar 70 – anglies atomų, susijungusių į šešiakampius ir penkiakampius žiedus, panašiai kaip futbolo kamuolys. Bet sujungti 60 anglies atomų aplinkoje, kur vienam anglies atomui tenka 10 tūkstančių vandenilio atomų, – nelengva užduotis. Visgi dabar rastas fulerenų kilmės paaiškinimas: jie atsiranda, byrant silicio karbido dulkėms. Silicio karbidas yra viena iš tarpžvaigždinių dulkių rūšių; anglies ir silicio atomų junginiai gali susidaryti didžiuliai. Dažnai jie formuojasi šalia senų žvaigždžių, kurių spinduliuotė bei vėjai stipriai talžo dulkeles. Mokslininkai atkūrė panašias sąlygas laboratorijoje: silicio karbido dulkes žemo slėgio aplinkoje pakaitino iki maždaug 1000 laipsnių Celsijaus temperatūros ir bombardavo ksenono jonais (ksenonas nėra dažnas elementas kosmose, bet jo poveikis turėtų būti panašus, kaip lengvesnių jonų realioje sistemoje). Rezultatas – silicis atsiskyrė nuo dulkių, o anglies atomai ėmė formuoti šešiakampius ir penkiakampius žiedus, visai kaip fulerenuose. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Letters.

***


Dujų debesys N159E-Drugelio ūkas (kairėje) ir N159W pietinis (dešinėje) Didžiajame Magelano debesyje. Šaltinis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Fukui et al./Tokuda et al./NASA-ESA Hubble Space Telescope

Žvaigždės formuojasi molekulinių dujų debesyse, bet ne visi debesys yra vienodi. Kai kurie iš jų susiformuoja susiduriant dviem debesims ar dujų srautams. Tokiu atveju gali susidaryti ypač reikšmingi medžiagos sutankėjimai, kuriuose gali formuotis masyvios žvaigždės. Paukščių Take tokių regionų šiuo metu nėra arba jų nesame aptikę, bet kaimyninėje Didžiojo Magelano debesies nykštukinėje galaktikoje – yra. Čia matome dviejų debesies N159 dalių nuotraukas, kuriose atsiskleidžia jų istorija. Į povo uodegas panašios struktūros greičiausiai susidarė susiduriant debesims, o pastaruosius paveikė Didžiojo ir Mažojo Magelano debesų tarpusavio sąveika.

***

Juodųjų skylių susiliejimų pėdsakai. Susijungdamos dvi juodosios skylės paskleidžia gravitacinių bangų signalą, bet elektromagnetinių bangų neišspinduliuoja. Naujame tyrime nagrinėjama situacija, kada įmanoma rasti ir elektromagnetinį susiliejimo signalą. Susiliejimas turi įvykti palyginus tankiame dujų telkinyje – pavyzdžiui akreciniame diske aplink supermasyvią juodąją skylę. Bet kokia žvaigždinių juodųjų skylių pora, patekusi į tokią aplinką, susilies daug greičiau, nei tuštumoje, nes sąveika su dujomis vers abu objektus artėti vieną prie kito. Be to, arti supermasyvios juodosios skylės žvaigždinių juodųjų skylių gali būti daug daugiau, nei vidutiniškai kosmose, mat jos laikui bėgant migruoja į centrines galaktikų dalis. Susiliejimo metu susidariusi didesnė juodoji skylė įprastai yra „paspiriama“ – įgyja nemažą greitį pradinės sistemos masės centro atžvilgiu. Greičiai gali siekti kelias dešimtis ar net šimtus kilometrų per sekundę. Tokiu greičiu judanti juodoji skylė su savimi tempiasi ir šiek tiek aplinkinių dujų. Prieš juodąją skylę susidaro smūginė banga tarp dujų, judančių su ja ir dujų, besisukančių su akreciniu disku. Smūginės bangos įkaitintos dujos spinduliuoja taip ryškiai, kad žybsnis turėtų būti pastebimas kaip aktyvaus branduolio spinduliuotės pokytis. Tikėtina, kad žybsnis gali prasidėti per porą dienų nuo susiliejimo ir tęstis apie 10 dienų. Šiuo metu, kai juodųjų skylių susiliejimai aptinkami maždaug kartą per savaitę, tikėtina, kad bent dalis jų įvyksta akreciniuose diskuose, taigi verta jų požymių ieškoti apžvalginių stebėjimų duomenyse. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikų sukimosi kryptys. Beveik visos galaktikos Visatoje sukasi – vienos sparčiau, kitos lėčiau. Jų sukimosi ašys, pasirodo, yra nukreiptos ne atsitiktinai, o priklauso nuo galaktikos masės ir aplinkinės didelio masto struktūros. Tokia išvada daroma naujame tyrime, kuriame išnagrinėta galaktikų sukimosi ašių kryptis lyginant su artimiausios kosminio voratinklio gijos kryptimi. Išnagrinėję daugiau nei 1400 galaktikų sukimąsi, astronomai nustatė, kad mažų galaktikų sukimosi ašis nukreipta daugmaž išilgai artimiausios gijos, o masyvių – statmenai. Pokytis įvyksta, kai galaktikos žvaigždžių masė viršija maždaug 30 milijardų Saulės masių. Tai yra apie dešimt kartų daugiau, nei Didžiojo Magelano debesies žvaigždžių masė, bet apie du kartus mažiau, nei Paukščių Tako. Tokią priklausomybę greičiausiai paaiškina galaktikų formavimosi procesas. Iš pradžių galaktikos formuojasi kosminio voratinklio gijose arba jų susikirtimo vietose, todėl jų sukimosi ašis yra beveik lygiagreti pačiai gijai. Vėliau galaktikos auga susiliedamos su kitomis, susiliejimai dažniau įvyksta išilgai gijų ir pakeičia sukimosi kryptį į statmeną. Tokie patys rezultatai rasti ir skaitmeniniuose kosmologiniuose modeliuose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

One comment

  1. „irba“ – čia specialiai tokį naudojat? Kietai!
    „Šiuo metu, kai juodųjų skylių susiliejimai aptinkami maždaug kartą per savaitę“ – well, that escalated quickly. Juk LIGO tik 2017 pirmąsias gravitacines bankas aptiko. Ar čia kitu metodu susiliejimai stebimi?

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *