Kąsnelis Visatos CDXI: Maistas

Bakterija, kuri mielai minta meteoritais – netgi mieliau, nei panašiomis uolienomis iš Žemės. Saulės aplinkoje esančios jos prarytų kometų ir asteroidų liekanos. Baltoji nykštukė, ryjanti medžiagą, dar visai neseniai buvusią aplink ją besisukančios planetos atmosferoje. Ypatingai masyvi juodoji skylė, ir kita juodoji skylė, kurios čiurkšlė jonizuoja aplinkines dujas taip, kaip įprastai tą daro žvaigždės. Kosmose pilna apetito nestokojančių objektų, ryjančių viską aplink, o puotų pėdsakai padeda mums suprasti, kas kažkur vyko praeityje ir vyks ateityje. Šiek tiek tokių (g)astronominių detalių rasite ir naujienose. Gero skaitymo!

***

Meteoritą valganti bakterija. Žemėje yra mikroorganizmų, vadinamų litotrofais; jų bendras bruožas yra energijos pasigaminimas vartojant neorganines medžiagas, pavyzdžiui uolienas ar metalus. Praeitą savaitę paskelbti rezultatai tyrimo, kurio metu vienos litotrofinės bakterijos kolonija buvo auginama ant žemiškų uolienų ir ant metalingo meteorito mėginio. Paaiškėjo, kad bakterijai Metallosphaera sedula meteorito mėginys patinka daug labiau, nei kitokios uolienos. M. sedula yra labai archaiška bakterija, taigi jos elgesys galimai atitinka pirmykščių Žemės mikroorganizmų elgesį. Meteoritas, savo ruožtu, sudėtyje turi įvairių metalų ir yra šiek tiek porėtas – abi šios savybės daro jį patrauklų kaip aplinką M. sedula augti. Bakterijos augimas ištirtas stebint, kiek ir kokių jonų ji išskiria. Iš meteorito bakterija daugiausiai pasiėmė nikelio, taip pat geležies. Tyrėjai teigia, kad bakterijos, panašios į šią, pirmykštėje Žemėje galėjo efektyviai įsisavinti meteoritų atnešamus mineralus ir taip praturtinti biosferą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Scientific Reports.

***

Detaliausių Saulės stebėjimų rezultatai. Prieš metus zondas Parker praskriejo arčiau Saulės, nei bet koks kitas žmonių sukurtas aparatas. Dabar paskelbti pirmieji jo surinktų duomenų analizės rezultatai. Vienas iš šių rezultatų – žinios apie Saulės vėjo formavimąsi, kurios turėtų padėti geriau prognozuoti kosmoso orus. Saulės vėją sudaro dvi komponentės – greitoji ir lėtoji. Greitasis vėjas, judantis 500-1000 km/s greičiu, daugiausiai veržiasi iš „skylių“ Saulės magnetiniame lauke arti žvaigždės ašigalių. O tankesnio lėtojo vėjo, kurio greitis bent du kartus mažesnis, nei greitojo, šaltinis iki šiol buvo nežinomas. Parker zondo surinkti duomenys parodė, kad lėtasis vėjas taip pat veržiasi iš vainiko skylių, tik mažesnių ir esančių arčiau pusiaujo. Šios skylės yra šaltesni Saulės vainiko regionai, dažnai atsirandantys virš Saulės dėmių. Jau seniau buvo manoma, kad dalis Saulės vėjo gali atsklisti iš jų, bet naujieji duomenys šį ryšį įrodo tvirtai.

Daug labiau netikėtas rezultatas yra kartais pasitaikantys staigūs magnetinio lauko krypties apsivertimai, vėjui judant pro zondą. Apsivertimai trunka nuo sekundžių iki valandų, vėliau magnetinio lauko kryptis grįžta į pradinę. Apsivertimų metu pastebėtas ir Saulės vėjo pagreitėjimas – tai reiškia, kad magnetinio lauko pokyčiai išlaisvina daug energijos. Toks procesas gali paaiškinti, kaip Saulės vainikas įkaista iki milijono laipsnių temperatūros – daug aukštesnės, nei Saulės paviršiaus. Taip pat užuominų apie vainiko kaitinimą duoda ir energingų dalelių kelionės trukmė nuo Saulės iki zondo: po Saulės žybsnio energingos dalelės zondą pasiekė vėliau, nei tikėtasi. Tai reiškia, kad magnetinis laukas, iškreipiantis dalelių trajektorijas, arti Saulės yra įvairiai susisukęs ir turi daug daugiau struktūros, nei manyta iki šiol.

Dar vienas įdomus rezultatas – daugybę mikroskopinių dulkių, kurios atsitrenkė į zondą jam esant arčiausiai Saulės. Tai greičiausiai yra asteroidų ir kometų, ištirpusių šalia žvaigždės, liekanos. Gali būti, kad šios dalelės yra stumiamos tolyn nuo Saulės, o gal juda orbitomis, įkalintos magnetinio lauko ir gravitacijos.

Tyrimų rezultatai pristatomi net keturiuose straipsniuose Nature: pirmasis (vėjo kilmė), antrasis (Saulės vėjo sukimasis), trečiasis (dalelių trajektorijos), ketvirtasis (vainiko struktūra).

***

Saulės vėjas toldamas lėtėja. Saulės vėjas sklinda nuo mūsų žvaigždės iki heliopauzės, kur atsimuša į tarpžvaigždinę medžiagą. Heliopauzę nuo Saulės skiria kiek mažiau nei 100 astronominių vienetų – vidutinių atstumų nuo Saulės iki Žemės. Tikslus heliopauzės spindulys priklauso nuo laiko bei krypties, nes skirtingomis kryptimis skiriasi tarpžvaigždinės terpės savybės, o Saulės vėjo savybės kinta laikui bėgant. 2004 metais Voyager 1, būdamas 94 astronominių vienetų atstumu nuo Saulės, kirto Saulės vėjo pabaigos smūginę bangą (angl. termination shock), vieną iš Saulės vėjo ir tarpžvaigždinės medžiagos sąveikos sukeliamų ribų. 2007 metais ją kirto Voyager 2, būdamas tik 84 astronominių vienetų atstumu. Šiuo metu Saulės aktyvumas yra dar silpnesnis, nei 2004-2007 metais, taigi tikėtina, kad smūginė banga yra dar arčiau žvaigždės. Saulės vėjo savybės keičiasi ir nepasiekus smūginės bangos, nes jis pasigauna šiek tiek tarpžvaigždinės medžiagos dalelių, pralindusių į heliosferą, ir sulėtėja. New Horizons zonde yra instrumentas SWAP (Solar Wind Around Pluto), skirtas būtent Saulės vėjo greičio matavimams. Jo duomenys atskleidė, kad Saulės vėjas ties Plutonu yra 5-7% lėtesnis, nei Žemės aplinkoje. Kartu šis instrumentas išmatavo ir tarpžvaigždinių jonų tankį Saulės vėjyje – gautieji duomenys puikiai paaiškina stebimą vėjo sulėtėjimą. Šiuo metu New Horizons vis dar tolsta nuo Saulės, o smūginę bangą gali pasiekti ateinančio dešimtmečio viduryje. Tiesa, iki to laiko Saulės aktyvumas išaugs ir gali nustumti smūginę bangą iki tų pačių 84-94 astronominių vienetų iki New Horizons ją pasiekiant. Bet kuriuo atveju, šis zondas šiuo metu yra vienintelis stebėjimų įrenginys, matuojantis Saulės vėjo savybes už Marso orbitos ribų, taigi jo surinkti duomenys labai prisideda prie geresnio supratimo apie mūsų kosminio burbulo evoliuciją. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Žieduotų planetų tranzitai. Egzoplanetos tankį galime apskaičiuoti, žinodami jos masę ir spindulį. Kai kurių planetų apskaičiuoti tankiai yra labai maži, gerokai mažesni nei vandens. Tokios super-išplitusios planetos, esančios arti savo žvaigždžių, turėtų garuoti, bet tranzitų metu nematoma jokių pabėgančios atmosferos požymių. Dabar pasiūlytas modelis, galintis paaiškinti bent dalį tokių planetų: gali būti, jog jos iš tiesų yra daug mažesnės, bet turi žiedus. Tai nebūtų lediniai žiedai, kaip Saturno, nes ledas taip arti žvaigždės greitai išgaruotų. Bet žiedai gali būti sudaryti iš įvairių uolienų. Tranzito metu žiedas uždengia gerokai didesnį plotą, nei pati planeta, nors jo masė labai nedidelė. Tokiu atveju, darydami prielaidą, kad planeta yra sferiška, apskaičiuojame gerokai per didelę jos spindulio vertę ir gauname per mažą tankį. Tiesa, modelis negali paaiškinti visų šiuo metu žinomų super-išplitusių planetų stebėjimų, nebent kai kurių iš jų žiedai būtų sudaryti iš labai porėtų uolienų. Tyrėjai teigia, kad žiedų egzistavimą galima nustatyti labai tiksliais tranzito matavimais – taip būtų galima patikrinti hipotezę ir tyrinėti žiedų sistemas už Saulės sistemos ribų. Deja, kol kas reikalingo jautrumo turimi teleskopai nepasiekia. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzoplanetų atmosferų paieškos metodas. Egzoplanetas dažniausiai aptinkame per nedidelį poveikį, kurį jos turi savo žvaigždės judėjimui ar šviesai. Aptikti planetos atmosferą yra dar sunkiau, dažniausiai tai daroma matuojant žvaigždės spektrą planetos tranzito metu ir lyginant su „grynu“ žvaigždės spektru – taip galima nustatyti, kokių bangos ilgių spinduliuotę sugeria planeta ir išsiaiškinti jos atmosferos sudėtį. Bet žvaigždės spektro pokyčiai tranzito metu yra mažyčiai, taigi reikia stebėti daugybę tranzitų, kad gautume patikimus rezultatus. Dabar pasiūlytas metodas, kuris leistų nustatyti atmosferos egzistavimą ir netgi apytikrį jos tankį (nors ir ne sudėtį) vos keleto valandų stebėjimais. Metodas remiasi tuo, kad atmosferos egzistavimas sumažina dieninės planetos pusės temperatūrą. Priklausomai nuo atmosferos storio, dominuojantis efektas gali būti žvaigždės spinduliuotės atspindėjimas arba gaunamos energijos išskirstymas per dieninę bei naktinę pusę. Žinodami planetos atstumą nuo žvaigždės bei žvaigždės temperatūrą, galime apskaičiuoti, kiek turėtų įkaisti planetos dieninė pusė. Tuomet, išmatavę realią planetos temperatūrą, galime įvertinti, kiek ji pakinta dėl atmosferos poveikio ir apskaičiuoti tikėtiną atmosferos tankį. Šiuos matavimus geriausia daryti tuo metu, kai planeta pasislepia už žvaigždės – taip galime palyginti žvaigždės plius planetos šviesį su žvaigždės šviesiu ir nustatyti planetos temperatūrą; be to, būtent tuo metu planetos dieninė pusė atsukta tiesiai į mus. Šiuos stebėjimus galės atlikti James Webb kosminis teleskopas, kuris turėtų pakilti 2021 metais. Jis stebės dangų infraraudonųjų spindulių ruože, kuris yra tinkamiausias planetų tyrimams, nes būtent šiame ruože planetos spinduliuotė yra stipriausia. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių ir planetų metalingumas. Žvaigždžių cheminė sudėtis tarpusavyje skiriasi. Nors jos visos sudarytos daugiausiai iš vandenilio ir helio, skirtingi sunkesnių elementų – astronomijoje vadinamų metalais – kiekiai paveikia ir žvaigždės, ir aplink ją esančių planetų evoliuciją. Jau senokai žinoma, kad žvaigždės, kurių sudėtyje yra daugiau metalų, dažniau turi planetų-milžinių. Šį sąryšį mokslininkai aiškina tuo, kad metalingesnės žvaigždės aplinkoje lengviau ir sparčiau auga uoliniai planetų branduoliai, todėl daugiau jų užauga iki kritinės masės, kuri leidžia išlaikyti storą vandenilio ir helio atmosferą. Naujame tyrime ryšys tarp žvaigždės ir planetų cheminės sudėties išnagrinėtas detaliau. Jame ištirta 24 dujinių planetų cheminė sudėtis, matuojant ne tik bendrą metalų, bet ir atskirų elementų gausą. Kiek netikėtai paaiškėjo, kad planetų cheminė sudėtis praktiškai nekoreliuoja su žvaigždės chemine sudėtimi. Toks rezultatas visiškai prieštarauja šiandieniniams planetų formavimosi modeliams. Viena galima užuomina, paaiškinanti šį rezultatą, yra nestiprus sąryšis tarp planetų metalingumo bei lakiųjų ir nelydžiųjų elementų gausos santykio žvaigždėje. Lakieji elementai, tokie kaip anglis ir deguonis, gali nulemti, kaip lengvai formuojasi planetos-milžinės. Visgi tvirtam paaiškinimui dar reikia detalesnių stebėjimų ir modelių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***


Hantelio ūkas, arba Messier 27. Šaltinis: Steve Mazlin

Ši vaiduokliška ranka, raudonais pirštais gniaužianti mėlyną burbulą, yra pirmasis dokumentuotas planetinis ūkas. Dar 1764 metais Charles Messier, sudarinėdamas savo garsųjį nežvaigždinių dangaus kūnų katalogą, pažymėjo ir šį ūką. Po poros dešimtmečių jam ir kitiems panašiems priskirtas planetinio ūko pavadinimas, nors vėliau paaiškėjo, kad su planetomis jie neturi nieko bendra. Kaip tik, toks ūkas yra į Saulę panašios žvaigždės paskutinė gyvenimo stadija, kai ji nusimeta išorinius sluoksnius, o centre lieka baltoji nykštukė. Nykštukės šviesa įkaitina aplinkines dujas, todėl ūkas ima švytėti.

***

Baltoji nykštukė valgo planetą. Baltosios nykštukės yra objektai, susidarantys mirštant į Saulę panašioms žvaigždėms Maždaug Žemės dydžio kūnas, sudarytas dažniausiai iš anglies ir deguonies, savyje talpina didžiąją dalį žvaigždės masės. Per pastaruosius porą dešimtmečių ne kartą baltųjų nykštukių atmosferose aptikta cheminių elementų, kurie byloja apie galimą uolinių planetų rijimą. O dabar aptikta baltoji nykštukė, supama dujų žiedo, sudaryto iš garinamos Neptūno dydžio planetos atmosferos. Dujų žiedas sudarytas beveik vien iš vandenilio, deguonies ir sieros; tokia cheminė sudėtis yra labai netikėta, o vienintelis sugalvotas paaiškinimas – garuojanti ledinės milžinės atmosfera. Įdomu, kad žiedo spindulys apie dešimt kartų viršija Saulės spindulį, o planetos orbita turėtų būti 15 kartų didesnė už Saulės spindulį. Tokiu atstumu esančios planetos turėjo sudegti, žvaigždei virtus raudonąja milžine prieš tampant baltąja nykštuke, taigi planeta į dabartinę padėtį turėjo atmigruoti iš toliau. Migracija baltosios nykštukės sistemoje įmanoma tik ten esant daugiau nei vienai planetai. Tai yra kol kas tvirčiausias įrodymas, kad planetos egzistuoja ir prie baltųjų nykštukių. Šios sistemos tolesni tyrimai padės geriau suprasti ir Saulės sistemos ateitį, kai po daugiau nei penkių milijardų metų, virtusi baltąja nykštuke, ji gali pradėti garinti Jupiterį, Saturną, Uraną ir Neptūną. Tyrimo rezultatai pristatomi dviejuose straipsniuose, kuriuos rasite arXiv.

***

Paukščių Tako disko amžius. Mūsų Galaktikos diskas susideda iš dviejų komponenčių – storojo ir plonojo disko. Storasis diskas yra senesnis ir, kaip byloja pavadinimas, storesnis; jo masė sudaro apie penktadalį Galaktikos žvaigždžių masės. Jo amžius siekia apie 10 milijardų metų, bet ankstesni stebėjimai ir modeliai davė prieštaringus rezultatus. Detaliausi pastarųjų metų modeliai remiasi astroseismologija – žvaigždžių virpesių analize. Žvaigždės vibracijos priklauso nuo jos masės, cheminės sudėties ir amžiaus, taigi detaliai stebėdami, kaip kinta žvaigždės šviesis laikui bėgant, galime nustatyti ir kada ji susiformavo. Visgi Keplerio teleskopo surinkti žvaigždžių šviesio duomenys iki šiol neatitiko modelių prognozių: modeliai rodė, kad storajame diske turėtų būti daugiau mažos masės žvaigždžių, nei gaunama iš stebėjimų. Mažos masės žvaigždžių dominavimas reiškia, kad nagrinėjama sistema yra sena; taigi modeliai prognozavo senesnį diską, nei rodė Keplerio duomenų analizė. Dabar astroseismologinė analizė atlikta žvaigždėms, kurias Kepleris stebėjo antrosios savo misijos K2 metu. Šios misijos stebimos žvaigždės atrinktos daug aiškiau ir reprezentatyviau, nei pirmosios, taigi gautieji duomenys turėtų geriau atitikti realias Galaktikos disko savybes. Gautieji rezultatai vis tiek nesutampa su modelių prognozėmis. Išnagrinėję storojo disko modelius, mokslininkai nustatė, kad juose naudojami ne visai tikslūs žvaigždžių cheminės sudėties parametrai – žvaigždės iš tiesų turi daugiau už helį sunkesnių cheminių elementų. Pataisius modelius, jų rezultatai ėmė puikiai sutapti su stebėjimais. Kartu patikslinta, kad storojo disko amžius tikrai yra apie 10 milijardų metų – šiam parametrui korekcijos nereikėjo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pati masyviausia juodoji skylė. Supermasyvios juodosios skylės, randamos galaktikų centruose, yra bent kelias dešimtis tūkstančių kartų masyvesnės už Saulę. Bet tokios yra tik pačios mažiausios iš jų; reguliariai randamos juodosios skylės, už mūsų žvaigždę masyvesnės milijardą kartų ir daugiau. O dabar paskelbta apie juodosios skylės rekordininkės atradimą; jos masė yra net 40 milijardų Saulės masių. Ji gyvena galaktikos Holm 15A centre, o pati galaktika yra ryškiausia dideliame spiečiuje Abell 85. Holm 15A yra elipsinė galaktika, turinti „nuskurdintą“ centrinę dalį – maždaug keturių kiloparsekų spindulio regionas galaktikos centre šviečia gerokai blausiau. Nuskurdintos centrinės dalys dažnai aptinkamos elipsinėse galaktikose; žvaigždes iš jų išvaiko centrinės juodosios skylės gravitacija. Būtent stebėdami žvaigždžių judėjimą šioje galaktikoje ir pritaikę orbitų modelius, mokslininkai ir apskaičiavo labiausiai tikėtiną juodosios skylės masę. Gautoji masė yra apie du kartus didesnė, nei ankstesnės rekordininkės. Taip pat tai yra tolimiausia galaktika, kurioje juodosios skylės masė išmatuota remiantis informacija apie aplinkinių objektų – žvaigždžių ar dujų – judėjimą. Toks masės nustatymo būdas yra pats patikimiausias, daug geresnis, nei kiti, besiremiantys empiriniais sąryšiais tarp masės ir kitų galaktikos savybių. Žvaigždžių orbitos galaktikos centriniame regione yra beveik vien apskritiminės, nors įprastai elipsinėse galaktikose tokių orbitų yra tik apie pusę, o kitos žvaigždės juda radialiai tolyn nuo centro arba link jo. Ši savybė atskleidžia galaktikos istoriją: ji susiformavo susijungus dviem mažesnėms elipsinėms galaktikoms, kurios jau buvo nuskurdinusios savo centrinius regionus. Tokia istorija atitinka teorinius modelius, kurie teigia, kad tokios masyvios juodosios skylės gali atsirasti tik susijungus mažesnėms. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aktyvus branduolys apsimeta žvaigždėmis. Stebėdami tolimas galaktikas, dažnai negalime erdviškai išskirti, kuriose jų dalyse generuojama spinduliuotė. Net jei galime tą padaryti, centrinė galaktikos dalis dažnai lieka neišskiriama. Tai trukdo atskirti aktyvaus branduolio ir jaunų žvaigždžių spinduliuotę, o geras jų atskyrimas yra labai svarbus daugelio galaktikos savybių tolesnei analizei. Vienas iš atskyrimo būdų yra išmatuoti viengubai jonizuotos anglies skleidžiamą spinduliuotę: žvaigždžių šviesa nuo anglies atplešia tik vieną elektroną, o aktyvaus branduolio – kelis, taigi viengubai jonizuota anglis turėtų rodyti būtent žvaigždžių skleidžiamos spinduliuotės intensyvumą. Bet dabar atrasta galaktika, kurioje aktyvaus branduolio čiurkšlės irgi viengubai jonizuoja anglį. Galaktika HE1353-1917 yra palyginus netoli Žemės, taigi stebėjimais pavyko išskirti jos struktūrą. Nustatyta, kad viengubai jonizuotos anglies spinduliuotė sklinda iš galaktikos disko regiono, kuriame plinta aktyvaus branduolio čiurkšlės kuriama tėkmė. Aktyvių branduolių čiurkšlės sklinda statmenai akreciniam diskui aplink juodąją skylę, bet nebūtinai statmenai galaktikos diskui, taigi kartais pasitaiko situacijos, kai čiurkšlė braunasi pro tankias disko dujas. Būtent taip nutiko HE1353-1917 atveju. Menką anglies jonizaciją tėkmėje greičiausiai galima paaiškinti dideliu pastarosios tankiu – net jei elektronai atplėšiami nuo anglies atomų, jie greitai susijungia vėl. Šie rezultatai parodo, kad vien anglies spinduliuotės intensyvumas neparodo tikrojo žvaigždžių indėlio į galaktikos spinduliuotę. Taip pat jie nurodo galimą būdą nesunkiai aptikti galaktines tėkmes, plintančias daug dujų turinčiuose diskuose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Per visą mūsų istoriją Žemėje gyveno apie 100 milijardų žmonių. O kiek jų dar gyvens? Nors tikslaus atsakymo neturime ir negalime turėti, egzistuoja statistinis argumentas, kad dar turėtume sulaukti maždaug tų pačių 100 milijardų žmonių. Šis „Pragaišties argumentas“ tinka ir kitokioms sistemoms nagrinėti, nuo priešų tankų iki protingų civilizacijų. Apie jį – savaitės filmuke iš PBS Space Time.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.