Kąsnelis Visatos CDX: Netipiškumai

Žmonės mėgsta ieškoti panašumų ir tendencijų, aprašyti gamtą dėsniais ir dėlioti į lentynas. Bet kartais to padaryti nepavyksta, ir tada gali kilti didžiuliai proveržiai. Pavyzdžiui, vienoje praėjusios savaitės naujienoje kalbama, kad Žemės padėtis Visatoje gali būti labai netipinė, priešingai nei teigia kosmologinis principas. Ar toks atradimas apvers kosmologiją – nežinia, bet gerai, kad yra dirbančių tokia linkme. Kita naujiena – apie planetas, kurios gali formuotis prie supermasyvių juodųjų skylių. Labai netipiška vieta, bet juk visur veikia vienoda fizika. Kitose naujienose – Marso audros, Jupiterio Raudonoji dėmė, trijų galaktikų susiliejimas ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

80 kilometrų dulkių stulpai. Marso atmosfera labai skiriasi nuo žemiškosios – jos tankis ir slėgis daug mažesni, o susideda ji beveik vien iš anglies dvideginio. Taip pat joje vyksta ir reiškiniai, kurių Žemėje nesutinkame. Vienas pavyzdys – globalios dulkių audros, pakeičiančios orus visoje planetoje. Audros metu susidaro dulkių stulpai, kurie pradeda kilti nuo kelių tūkstančių kvadratinių kilometrų ploto regiono, aukščiausiame 80 kilometrų taške išplinta iki 200 tūkstančių, o vėliau nusileidžia planetos link ir 56 kilometrų aukštyje užima daugiau nei trijų milijonų kvadratinių kilometrų plotą. Globalių audrų metu tokie stulpai išlieka ilgai, kartais net kelias savaites. Dabar pristatyti nauji tyrimų duomenys, rodantys, kad dulkių stulpai gali iš planetos išnešti vandenį. Tyrimo metu išnagrinėtos dviejų paskutinių globalių Marso dulkių audrų, įvykusių 2007 ir 2018 metais, savybės. Paaiškėjo, kad dulkių stulpai sukuria „gilios konvekcijos“ tunelius atmosferoje, kurie padeda maišytis viduriniams ir viršutiniams atmosferos sluoksniams. Taip vandens garai iš vidurinių atmosferos sluoksnių pakyla aukštyn, kur juos suardo Saulės spinduliai ir leidžia pabėgti iš Marso. Tai gali būti paaiškinimas, kaip Marsas neteko atmosferos ir didžiulių kadaise egzistavusių vandens telkinių. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

Kita naujiena, susijusi su Marso klimatu, yra skaitmeniniai jo modeliai. Nors kol kas tokių nėra daug, NASA padalinys Marso klimato modeliavimo centras rodo nemenka progresą. Naujausias jų rezultatas – debesų formavimosi ir nykimo Marse modelis. Šie procesai Marse labai panašūs į žemiškuosius: debesys formuojasi atmosferai vėstant, o nyksta – šylant. Taigi vandens ledo debesys susiformuoja naktį, tankiausi yra prieš pat aušrą, o per dieną beveik visai pranyksta. Šis rezultatas yra didesnio tyrimo apie Marso vandens judėjimą dalis. To tyrimo pagrindinis uždavinys – nustatyti, ar Marse esantys vandens garai bei vandens ledas atsiranda tik garuojant poliarinėms kepurėms, ar yra ir kitokių vandens šaltinių. Kol kas panašu, kad visas Marse aptiktas vanduo kažkada buvo planetos šiaurės ašigalio kepurės dalis.

***

Bioreaktorius Marso kolonijų statyboms. Kai žmonės keliaus į Marsą, jiems reikės įvairios infrastruktūros planetos paviršiuje. Panašu, kad efektyviausias būdas tą infrastruktūrą sukurti yra nusiųsti į Marsą autonomines sistemas, galinčias statyti gyvenamuosius modulius, paruošti dirvą augmenijai ir taip toliau. Visgi išlieka klausimas, kokios autonominės sistemos būtų geriausios. Vienas galimas scenarijus susijęs su bakterijomis. Praeitą savaitę Leideno universitete apginta daktaro disertacija, kurioje analizuojama būtent tokia idėja. Siūloma misija susideda iš trijų pagrindinių komponentų: marsaeigio, bioreaktoriaus ir 3D spausdintuvo. Marsaeigis tarnautų kaip ekskavatorius, iš aplinkos surenkantis paviršių dengiantį regolitą ir juo maitinantis bioreaktorių. Bioreaktoriaus pagrindinis komponentas būtų bakterijų Shewanella oneidensis kolonija. Šios bakterijos Žemėje gyvena ir tarpsta aplinkose, užterštose sunkiaisiais metalais, pavyzdžiui geležimi. Marso regolite yra daug geležies junginių, o bakterijos galėtų šiuos junginius paversti į magnetitą – geležies oksidą, kurį nuo likusio regolito įmanoma atskirti paprasčiausiu magnetu. Deguonį, reikalingą magnetitui, bakterijos gautų iš šalia augančios dumblių kolonijos. Šie pirmykščiai augalai, gaudami Saulės šviesos, konvertuotų atmosferoje esantį anglies dvideginį į deguonį bei gamintų biomasę, kuri vėliau taptų kompostu. Skaičiuojama, kad 1400 litrų talpos bioreaktorius per metus galėtų pagaminti apie 350 kilogramų magnetito. Apskritai tokia sistema galėtų veikti kiek ilgiau nei trejus metus – pakankamai, kad sukurtų toną magnetito, kurią 3D spausdintuvu būtų galima paversti daugybe reikalingų daiktų. Keletas bioreaktorių, nutūpdyti Marse keli metai iki žmonių kelionės, galėtų duoti pradžią visai pirmųjų kolonistų gyvenvietei. Žinoma, bakterijų ir dumblių naudojimas kelia pavojų, kad Marsas bus užterštas žemiška gyvybe, tačiau pristatomuose planuose pasiūlytas sprendimas ir šiam klausimui. Visi bioreaktoriaus produktai iki žmonių atvykimo būtų saugomi uždarose talpose ir neturėtų sąlyčio su Marso aplinka. Vėliau žmonės galėtų juos dezinfekuoti papildomai, kad jie taptų bent tokie pat švarūs, kaip ir astronautų skafandrai. Su disertacija galite susipažinti Leideno universiteto tinklalapyje.

***

Ledo pėdsakai senoviniame meteorite. Vanduo į Žemę atkeliavo su asteroidais ir kometomis, bet proceso detalės nėra iki galo aiškios. Vienas iš klausimų yra pirmykščių Saulės sistemos objektų sudėtis bei evoliucija. Naujame tyrime atsakymo ieškoma tyrinėjant pirmykštį meteoritą Acfer 094, kurio amžius yra apie 4,6 milijardo metų. Kitaip tariant, meteoritą sudarančios uolienos buvo kietos nuo pat Saulės sistemos formavimosi laikų. Šiame tyrime meteorite aptikta mažų ertmių, kuriose greičiausiai kadaise buvo ledo kristalai. Vanduo sąveikavo su aplinkinėmis uolienomis – aplink ertmes atrasti mineralai, kurie formuojasi vandenyje. Ertmės greičiausiai susiformavo tada, kai asteroidas, iš kurio vėliau atskilo meteoritas, priartėjo per arti Saulės. Panašu, kad vanduo išgaravo labai greitai, palikdamas tik nuosėdas, nepaisant to, kad ledo motininiame kūne buvo duag. Greitas vandens ledo pranykimas rodo, kad atnešti vandenį į Žemę galėjo būti daug sunkiau, nei manyta iki šiol. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Jupiterio Raudonoji dėmė nenyksta. Pastaruosius keletą metų vis daugiau kalbama apie tai, kad Jupiterio Didžioji raudonoji dėmė nyksta ir gali pranykti per artimiausius šimtą metų. Šį pavasarį nufotografuoti du atvejai, kai nuo dėmės atsiskyrė raudonos „atplaišos“ – palyginus maži debesys. Šis atradimas dar sustiprino kalbas, kad Dėmės gyvavimas eina į pabaigą. Visgi gali būti, jog tokia interpretacija nėra teisinga, o Dėmė turėtų gyventi dar labai ilgai. Naujo tyrimo autorių teigimu, dėmės, kaip ir bet kokio kito atmosferinio sūkurio, vystymasis priklauso nuo dviejų pagrindinių dydžių: regiono, kuriame medžiagos sūkuringumas reikšmingai skiriasi nuo aplinkos, spindulio, bei regiono, kuriame medžiaga gali skrieti aplink sūkurį, spindulio. Realiuose sūkuriuose antrasis regionas yra didesnis už pirmąjį, o regimosios sūkurio savybės priklauso nuo regionų dydžių santykio. Jei „uždaro skriejimo“ regionas yra daug didesnis už „anomalaus sūkuringumo“ regioną, nauja medžiaga gali ramiai prisijungti prie sūkurio. Bet jei regionų spinduliai tampa panašūs, medžiaga, krentanti į sūkurį, yra sustabdoma ir išmetama lauk. Būtent tokius išmetamus debesis ir matė astronomai šių metų gegužę, bet jų egzistavimas nebūtinai reiškia, kad dėmė nyksta. Tiesiog gali būti, kad pasikeitė jos konfigūracija. Beje, nei vienas iš svarbiųjų atstumų nesutampa su dėmę dengiančių debesų sluoksnio spinduliu, taigi šie pokyčiai gali įvykti be jokio akivaizdžiai matomo pėdsako. Tyrimo rezultatai pristatyti Amerikos fizikų draugijos susitikime.

***

Energingos spinduliuotės kilmė. Kosmose yra įvairių vietų, iš kurių sklinda energinga spinduliuotė ir dalelių srautai, nepaaiškinami vien šiluminiais procesais. Dažnai šiose vietose randami stiprūs magnetiniai laukai: pavyzdžiui, prie neutroninių žvaigždžių ar juodųjų skylių. Taigi natūralu, kad ir spinduliuotės kilmė susijusi su magnetiniais procesais. Dabar pristatyti detaliausio skaitmeninio modelio, nagrinėjančio nešiluminę plazmos spinduliuotę, rezultatai. Modelyje išnagrinėta, kaip tarpusavyje sąveikauja turbulencija stiprų magnetinį lauką turinčioje medžiagoje ir to paties magnetinio lauko persijungimo reiškiniai. Persijungimas yra staigi magnetinio lauko linijų rekonfigūracija, kurios metu dalis magnetinės energijos pavirsta į kinetinę arba šiluminę – taip įgreitinamos dalelės. Paaiškėjo, kad abu procesai vienas kitą sustiprina: turbulencija sukuria daugybę magnetinio lauko sulinkimų, kurie gali persijungti, o persijungimo metu įgreitinamos dalelės dar daugiau energijos įgyja judėdamos per turbulentiškame sraute egzistuojančias smūgines bangas. Taip pat nustatyta, kad didžiausia iš sistemos išlekiančių dalelių energija priklauso nuo turbulencijos pobūdžio: kuo didesni didžiausi sūkuriai, tuo didesnė ir energija. Stipresnis magnetinis laukas ir stipresnė turbulencija sukuria daugiau didelės energijos dalelių. Be to, skirtingos energijos dalelės juda skirtingomis trajektorijomis: energingiausios juda statmenai magnetinio lauko linijoms, mažiausios energijos – išilgai jų. Kol kas modelio rezultatai yra daugiau teoriniai, bet mokslininkai tikisi netolimoje ateityje juos panaudoti paaiškinant bei prognozuojant įvairių stipriai magnetizuotų regionų, pavyzdžių supernovų liekanų, stebėjimus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ypatingai masyvi juodoji skylė. Dauguma juodųjų skylių yra žvaigždinės – jų masės palyginamos su žvaigždžių masėmis. Su žvaigždėmis susijusi ir jų kilmė: masyvi žvaigždė gyvenimo pabaigoje sprogsta supernova, o jos centrinė dalis susitraukia ir pranyksta už įvykių horizonto. Geriausi dabartiniai žvaigždžių evoliucijos modeliai, patvirtinti įvairiais stebėjimais, prognozuoja, kad taip atsirandančios juodosios skylės neturėtų būti masyvesnės, nei maždaug 40 Saulės masių. Nors žvaigždės gali būti ir didesnės, net 150 kartų masyvesnės už Saulę, per savo gyvenimą jos nusimeta didelę dalį masės pūsdamos stiprų vėją, be to, supernovos sprogimo metu didelė dalis žvaigždės masės taip pat išlaksto į šalis. Tačiau praeitą savaitę paskelbta apie juodosios skylės, kurios masė 70 kartų didesnė nei Saulės, atradimą. Ši juodoji skylė aptikta mūsų Galaktikoje. Ji sudaro dvinarę sistemą kartu su gana masyvia žvaigžde, nutolusia pusantro karto toliau, nei Žemės nuo Saulės. Pora aplink bendrą masės centrą apsisuka per maždaug 79 paras; būtent žvaigždės judėjimo pokyčiai leido nustatyti juodosios skylės egzistavimą ir apskaičiuoti jos masę. Kyla klausimas, kaip tokia juodoji skylė galėtų susiformuoti. Viena galimybė yra dviejų juodųjų skylių susiliejimas, panašus į tuos, kurių gravitacinių bangų signalus fiksuoja LIGO ir VIRGO detektoriai. Bet tokiu atveju tėra labai maža tikimybė, kad trečia sistemos narė išliks orbitoje, mat susijungdamos juodosios skylės yra pastumiamos kažkuria kryptimi ir gali labai lengvai suardyti daugianarę sistemą. Kitas variantas – juodoji skylė pateko į greta skriejusią labai masyvią kompanionę ir suvalgė ją iš vidaus. Tokių objektų egzistavimas teoriškai nagrinėjamas jau seniai, bet kol kas jų nesame aptikę. Galimos ir kitos, egzotiškesnės, kilmės istorijos. Šis atradimas tikrai parodo, kad labai masyvios žvaigždinės juodosios skylės egzistuoja mūsų Galaktikoje, bet atsakymo, kaip jos atsiranda, dar reikės palaukti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Planetos prie juodųjų skylių. Praeitą savaitę paskelbti tyrimo rezultatai, kuriuose teigiama, jog prie supermasyvių juodųjų skylių gali formuotis planetos. Aktyvios juodosios skylės aplinkoje, keleto parsekų atstumu, susidaro sąlygos, labai panašios į sąlygas protoplanetiniuose diskuose prie jaunų žvaigždžių. Dujos, supančios juodąją skylę, pridengia šį regioną nuo energingos iš centro sklindančios spinduliuotės, tad ten gali augti dulkės. Tolesnis augimo procesas būtų labai panašus į įprastą planetų formavimąsi: dulkės kimba tarpusavyje, spaudžiasi, kol galiausiai jų gravitacija sutelkia junginius į vis didesnes uolienas. Tiesa, prie supermasyvių juodųjų skylių procesas vyktų lėtai – apie 100 milijonų metų, o ne kelis milijonus, kaip žvaigždžių aplinkoje. Iš kitos pusės, per šį laikotarpį aplink vieną juodąją skylę galėtų susiformuoti dešimtys tūkstančių planetų, tad sistema būtų ypatingai turtinga. Kol kas nežinia, kaip tokias planetas būtų galima aptikti, nes įprasti egzoplanetų paieškos metodai netinka tada, kai planetos sukasi aplink nešviečiantį ir labai masyvų kūną. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždėdaros žybsnio galaktika Messier 94. Šaltinis: ESA/Hubble & NASA

Daugumoje galaktikų žvaigždės formuojasi gana panašiai sparčiai visame diske. Žinoma, egzistuoja žvaigždėdaros regionai, bet jie diske pasiskirstę gana tolygiai. Bet ne visur. Messier 94, Skalikų žvaigždyne matoma galaktika, turi jaunų žvaigždžių žiedą. Apskritai žvaigždės joje formuojasi labai sparčiai – toks procesas vadinamas žvaigždėdaros žybsniu. Šiuo atveju žybsnį greičiausiai sukelia kažkoks gravitacinis nestabilumas, plintantis iš galaktikos centro į išorę. Gali būti, kad tai ir aktyvaus branduolio tėkmės poveikis, spaudžiantis dujas galaktikos diske ir skatinantis naujų žvaigždžių formavimąsi.

***

Žvaigždėdarą spartinanti čiurkšlė. Aktyvūs galaktikų branduoliai gali reikšmingai paveikti savo aplinką. Dažniausiai poveikis pasireiškia kaip neigiamas grįžtamasis ryšys – dujų išstūmimas ir žvaigždėdaros slopinimas. Daug rečiau pastebimas priešingas, teigiamas, grįžtamasis ryšys – dujų suspaudimas ir žvaigždėdaros spartinimas. Dabar pristatyti stebėjimų duomenys, atskleidžiantys teigiamą grįžtamąjį ryšį net ne vienoje, o bent keturiose galaktikose labai toli nuo Žemės. Aktyvios galaktikos ir ją supančių kaimynių spinduliuotė iki mūsų keliavo beveik dešimt milijardų metų. Jau seniau žinoma, kad iš aktyvios galaktikos veržiasi daugiau nei 300 kiloparsekų ilgio čiurkšlė. Naujieji stebėjimai parodė, kad čiurkšlės gale yra didžiulis karštų dujų burbulas, o keturios į burbulą patenkančios galaktikos žvaigždes formuoja 2-5 kartus sparčiau, nei kitos panašios galaktikos šioje kosminėje epochoje. Tikimybė, kad tokia konfigūracija būtų atsitiktinė, yra nykstamai maža, taigi pagrįstai galima teigti, jog aktyvaus branduolio čiurkšlė spartina aplinkinių galaktikų žvaigždėdarą. 300 kiloparsekų yra apie dešimt kartų didesnis atstumas nei tas, kuriuo įprastai stebimi teigiamo grįžtamojo ryšio efektai. Be to, tai pirmas kartas, kai toks žvaigždėdaros paspartinimas stebimas tokioje tolimoje galaktikoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Trijų galaktikų susiliejimas. Galaktikos tarpusavyje jungiasi nuolatos: didelės valgo mažas, o susidūrusios panašaus dydžio galaktikos transformuojasi į daug didesnes. Įprastai susiliejimai vyksta tarp dviejų galaktikų. Laiko tarpas tarp susiliejimų dažniausiai yra ilgesnis už pačio susiliejimo trukmę, todėl prasidėjus naujam susiliejimui, ankstesnis jau būna pasibaigęs. Bet ne visada – kartais turėtų pasitaikyti ir trijų ar net daugiau galaktikų susiliejimų. Keletas tokių konfigūracijų yra matoma, bet paprastai tai yra tik pradedančios jungtis galaktikos, arba dvi besijungiančios ir trečia tik atlekianti prie pirmųjų. O dabar nustatyta, kad galaktikoje NGC 6240 yra trys supermasyvios juodosios skylės, taigi ji yra trijų galaktikų susiliejimo padarinys. Jau seniai buvo žinoma, kad NGC 6240 neseniai patyrė susiliejimą – tą išduoda netvarkinga galaktikos forma bei tolyn nusidriekusios žvaigždžių ir dujų juostos, ištampytos potvyninių efektų. Tačiau iki šiol manyta, kad galaktikoje yra tik du dar nesusijungę branduoliai. Naujais stebėjimais pavyko pažvelgti pro dulkes, storu sluoksniu dengiančias pietinį branduolį, ir jame išskirti du komponentus. Atstumai tarp visų trijų branduolių nesiekia kiloparseko, o du pietiniai branduoliai vienas nuo kito nutolę vos 200 parsekų atstumu – taip arti net ir du branduoliai randami labai retai, jau nekalbant apie šalia esantį trečiąjį. Du iš trijų branduolių šiuo metu aktyvūs, o jų juodųjų skylių masės siekia beveik 100 milijonų Saulės masių. Branduolių aktyvumas turėtų reikšmingai paveikti tolesnę sistemos evoliuciją, taigi detalesnė analizė padės geriau suprasti, kaip aktyvūs branduoliai sąveikauja su besijungiančiomis galaktikomis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Neizotropiškas Visatos plėtimasis. Dabartinis kosmologinis modelis, nusakantis Visatos evoliuciją didžiausiais masteliais, teigia, kad Visata plečiasi greitėdama, galimai dėl kažkokios dar nepažintos tamsiosios energijos poveikio. Šis atradimas padarytas 1998 metais, stebint tolimas Ia tipo supernovas – labai ryškius žvaigždžių sprogimus, kurių visų maksimalus šviesis yra labai panašus. Bet tada turėjome vos kelių dešimčių supernovų stebėjimų duomenis, o dabar jų yra daugiau nei 700, taigi analizę galima ne tik pakartoti, bet ir nustatyti detalesnes plėtimosi savybes. Tokia nauja analizė parodė, jog greičiausiai Visata plečiasi neizotropiškai – skirtingai skirtingomis kryptimis – ir nehomogeniškai – skirtingai skirtingose vietose. Mokslininkai išnagrinėjo supernovų, matomų skirtingomis kryptimis, informaciją ir nustatė, kad daug geriau Visatos plėtimąsi galima aprašyti kaip dviejų komponentų sumą: plėtimosi vienodai visomis kryptimis (tai vadinama monopoliu) ir plėtimosi išilgai kažkokios ašies (tai vadinama dipoliu). Iki šiol buvo laikoma, kad plėtimasis turi tik monopolio komponentą, bet nauja analizė parodė, kad šis komponentas greičiausiai yra apie keturis kartus mažesnis, nei įprastai teigiama, tuo tarpu dipolis yra kelias dešimtis kartų stipresnis. Tiesa, tik šalia mūsų – dipolio komponento vertė mažėja, tolstant nuo Žemės. Dipolio kryptis – ašis, išilgai kurios plėtimasis greitėja sparčiausiai – beveik tiksliai sutampa su pagrindine kosminės foninės spinduliuotės netolygumų ašimi. Tai gali reikšti, kad Paukščių Takas, Vietinė galaktikų grupė ir aplinkinės kosminės struktūros juda dideliu greičiu aplinkinės erdvės atžvilgiu, o tai sudaro greitėjančio Visatos plėtimosi įspūdį. Šis atradimas visiškai prieštarauja vienam pagrindinių kosmologijos postulatų, vadinamajam kosmologiniam principui. Jis teigia, kad mes, kaip stebėtojai, egzistuojame tipinėje Visatos vietoje, ir mūsų aplinka didžiausiais (galaktikų spiečių) masteliais nesiskiria nuo likusios Visatos. Jei šis naujasis atradimas bus patvirtintas, jis gali iš pagrindų apversti kosmologijos mokslą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ar egzistuoja „tipinė“ vieta Visatoje? Vien tai, kad mes egzistuojame, reiškia, kad esame netipinėje Visatos vietoje. Šis pastebėjimas, vadinamas antropiniu principu, tarsi prieštarauja kosmologiniam principui. Kaip jį teisingai įvertinti? Apie tai – savaitės filmuke iš PBS Space Time:

***

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

Laiqualasse

2 comments

    1. Kaip ir rašau tekste, ji aptikta pagal gravitacinį poveikį, kurį daro žvaigždės-kompanionės judėjimui. O 70 Saulės masių yra masyviausia žinoma žvaigždinė juodoji skylė. Masyvesnės jau yra supermasyvios, esančios galaktikų centruose, kurių masės prasideda nuo kelių dešimčių tūkstančių Saulės masių.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *