Kąsnelis Visatos CDXIII: Metų galas

Nauji tyrimų metodai dažnai atveria iki tol nepažintus žinių apie kosmosą lobynus. Praėjusios savaitės naujienose tokių metodų naujienų – ne viena. Čia rasite ir planus statyti teleskopus Mėnulyje ar orbitoje aplink jį, ir žvaigždžių cheminės sudėties naudojimą Galaktikos žvaigždėdaros istorijai nagrinėti, ir gama spindulių žybsnių paieškas neutrinais. Nors visi metodai dar tik vystomi, gali būti, kad per artimiausius keletą metų juos pavyks ir pritaikyti. Gero skaitymo!

***

Žiedinio Saulės užtemimo eigos montažas. Šaltinis: Phys.org

Antrą Kalėdų dieną virš pietinės Azijos praslinko Mėnulio šešėlis, taigi buvo matomas Saulės užtemimas. Tiesa, ne visiškas, o žiedinis, nes Mėnulio dydis dangaus skliaute buvo mažesnis, nei Saulės. Daugybė gražių nuotraukų apskriejo pasaulį – čia matote vieną jų montažą.

***

Mėnulio observatorijos kosmologiniams tyrimams. NASA planai sugrąžinti žmones į Mėnulį – projektas Artemis – pasitarnaus ne tik paties Mėnulio ir Saulės sistemos tyrimams bei geresniam supratimui apie kosminių kelionių poveikį žmonėms, bet ir kosmologijai. Visatos jaunystėje, maždaug nuo 380 tūkstančių iki 180 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, buvo epocha, vadinama Tamsiaisiais amžiais – tuo metu nebuvo jokių spinduliuotės šaltinių, o Visatą užpildančios vandenilio ir helio dujos buvo neutralios. Neutralų vandenilį stebime pagal jo skleidžiamą 21 centimetro, arba 1,4 gigahercų, spinduliuotę, bet dėl Visatos plėtimosi radijo bangos iš tų laikų pailgėja kelias dešimtis kartų, taigi spinduliuotės dažnis tampa keliasdešimt megahercų. Žemėje tai atitinka komunikacijoms naudojamas radijo bangas, todėl astronominiai signalai paskęsta žemiškame triukšme. Mėnulis gali tapti puikiu skydu, uždengiančiu radijo bangas ir leidžiančiu stebėti kosmosą. Šiemet NASA mokslininkai apsvarstė ir pristatė bent dvi kosmologinių stebėjimų Mėnulyje misijas. Pirmoji misija, DAPPER, būtų orbitinis zondas, skriejantis aplink Mėnulį ir maždaug trečdalį orbitos praleidžiantis palydovo šešėlyje. Nors tokią misiją galėtume sukurti ir paleisti ir be žmonių skrydžio į Mėnulį, galimybė pasinaudoti Artemis projekto infrastruktūra gerokai sumažintų kainą. Atskirai tokia misija kainuotų apie pusę milijardo dolerių, o kaip Artemis dalis – tik apie 90 milijonų. Kita, sudėtingesnė misija vadinasi FARSIDE; tai būtų 128 radijo antenų masyvas, kurį dešimties kilometrų skersmens teritorijoje tolimojoje pusėje pastatytų autonominiai mėnuleigiai. Jos kaina gali siekti apie milijardą dolerių. Ir viena, ir kita misija galėtų stebėti iš tolimojo kosmoso ateinančias radijo bangas ir taip nustatyti, kaip vystėsi Visata pirmuosius šimtą milijonų metų. Šios žinios padėtų patikrinti įvairias standartinio kosmologinio modelio detales ir alternatyvias hipotezes apie tamsiosios ir įprastos materijos sąveiką. Projektų pristatymus rasite čia ir čia.

***

Kas nutiko Betelgeizei? Žiemą mūsų danguje gražiai šviečia Orionas, o jo petyje matoma ryški raudona žvaigždė Betelgeizė. Bet gruodį astronomai pastebėjo, kad ji ne tokia ryški, kaip įprastai. Nors dažniausiai Betelgeizė ryškumu mažai nusileidžia ryškiausiai Oriono žvaigždei Rigeliui, dabar ji panašesnė į trečią ryškiausią Belatriksę. Nors jau seniai žinoma, kad Betelgeizės ryškis laikui bėgant kinta, dabar ji priblėso labiau nei bet kada nuo reguliarių stebėjimų pradžios XX a. pradžioje. Betelgeizės šviesis kinta gana sudėtingai – 425 parų, 180 parų ir beveik šešerių metų ilgio ciklais. Panašu, kad šiuo metu sutapo šešerių metų ir 425 parų ciklų minimumai, todėl žvaigždė yra blausesnė, nei buvo ilgą laiką; tačiau viso priblėsimo tai dar nepaaiškina. Betelgeizės masė daugiau nei 11 kartų viršija Saulės, tad ji gyvena palyginus trumpai, o gyvenimo pabaigoje sprogs supernova. Šiuo metu Betelgeizė jau nugyvenusi didžiąją dalį savo gyvenimo ir yra raudonosios supermilžinės stadijoje; jos spindulys aštuonis kartus viršija atstumą nuo Saulės iki Žemės. Kažkada artimiausiu metu ji susprogs, bet „artimiausias metas“ astronominiais terminais gali būti ir rytoj, ir po kelių tūkstančių metų. Kol kas žvaigždžių evoliucijos nesuprantame taip gerai, kad galėtume prognozuoti Betelgeizės ar panašios žvaigždės evoliuciją keletui metų į priekį, taigi bet koks neįprastas jos pokytis sulaukia didelio susidomėjimo. Kiekvienas toks pokytis gali būti paskutinis, prieš jai pavirstant šviesuliu, kuris kelis mėnesius bus aiškiai matomas net ir dieną. Minimi Betelgeizės šviesio pokyčiai aprašyti dviejuose pranešimuose Astronomer’s Telegram.

***

Garuojančių planetų atradimai. Kai kurios žvaigždės pasižymi labai neįprastu spektru, tarsi jų spinduliuotę sugertų žvaigždę gaubiantis dujų apvalkalas. Bet tokį apvalkalą žvaigždė turėtų greitai nupūsti, tad jis gali egzistuoti tik jei yra nuolat papildomas. Viena hipotezė teigia, kad apvalkalą papildo garuojančios artimos žvaigždei planetos. Naujo tyrimo rezultatai šiai hipotezei suteikia rimtą patvirtinimą. Tyrimo metu stebėtos trys palyginus artimos žvaigždės su dujų apvalkalais ir prie jų visų aptiktos labai artimos planetos. Planetų orbitų periodai siekia nuo keleto iki 20 parų, o masės – nuo keleto Žemės masių iki pusės Jupiterio. Jų visų temperatūra tokia aukšta, kad garuoja ne tik atmosferos, bet ir kieti paviršiai, jei tik tokie egzistuoja. Matuodami žvaigždžių spektrą, galime nustatyti, kokia medžiaga palieka šias planetas. Tolesni tyrimai padės atsakyti net į kelis svarbius klausimus: kokia yra uolinių egzoplanetų paviršiaus cheminė sudėtis, kaip greitai skirtingos masės planetos praranda atmosferą ar paviršinius sluoksnius būdamos labai arti žvaigždės. Be to, panašu, kad apgaubtų žvaigždžių stebėjimai yra puikus būdas ieškoti egzoplanetų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Masyvus senas protoplanetinis diskas. Jaunas žvaigždes juosia protoplanetiniai dujų ir dulkių diskai, kuriuose auga planetos. Laikui bėgant, žvaigždės spinduliuotė nustumia dujas tolyn ir diskas išnyksta, jo vietoje lieka planetos ir planetų nuolaužos. Įprastai protoplanetiniai diskai gyvena po 10-20 milijonų metų. Bet dabar aptiktas nuolaužų diskas prie 40 milijonų metų amžiaus žvaigždės, kuriame tebėra reikšmingai daug dujų. Žvaigždė Banginio 49 yra maždaug dvigubai masyvesnė už Saulę, o šviečia beveik 20 kartų ryškiau. Tokio šviesio tikrai turėtų pakakti nupūsti bet kokį diską, bet dviem teleskopais vykdyti stebėjimai parodė, kad prie jos tikrai yra ne tik dulkių, bet ir anglies bei anglies monoksido dujų. Visų trijų komponentų erdvinis pasiskirstymas gana panašus – diskai prasideda prie pat žvaigždės ir tęsiasi bent kelis šimtus astronominių vienetų. Anglies monoksido masė nėra labai didelė, vos viena šimtoji Žemės masės, bet net ir tai yra bent tūkstantį kartų daugiau, nei randama prie kitų panašaus amžiaus žvaigždžių. Vandenilio molekulių, kurias tiesiogiai aptikti sudėtinga, diske gali būti net ir tūkstančius kartų daugiau – pakankamai, kad jame vis dar galėtų augti planetos. Įdomu, kad anglies monoksido ir laisvų anglies atomų tankio santykis yra didžiausias maždaug 100 AU nuotoliu nuo žvaigždės, o arčiau bei toliau anglies atomų yra daugiau. Tai galimai reiškia, kad ir žvaigždės spinduliuotė, ir aplinkinės tarpžvaigždinės spinduliuotės laukas, ardo monoksido molekules. Tikimasi, kad tolesni tyrimai padės atskleisti, kodėl šios žvaigždės diskas dar neišnyko. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Dvinarių žvaigždžių sudėties panašumas. Žvaigždės gimsta ne pavienės, o įvairaus dydžio grupėmis ir spiečiais. Dauguma grupių laikui bėgant išyra, tad kartu gimusias žvaigždes identifikuoti galima nebent pagal jų cheminę sudėtį. Bet iki šiol nebuvo žinoma, kiek panaši kartu susiformavusių žvaigždžių sudėtis. Naujame tyrime siekiama atsakyti į šį klausimą. Analizei pasirinktos 25 dvinarės sistemos, kurių nares skiria nemaži atstumai. Šie atstumai panašūs į tipinius atstumus tarp kartu besiformuojančių žvaigždžių, todėl galima tikėtis, kad jų cheminė sudėtis atkartoja tipinius žvaigždžių skirtumus. Ištyrus net 24 cheminių elementų gausą paaiškėjo, kad dvidešimtyje porų abi narės yra chemiškai identiškos, bent jau matavimų paklaidų ribose. Likusiose penkiose porose matomi iki 25% kai kurių elementų gausos skirtumai. Paėmus dvi atsitiktines panašaus amžiaus ir spektrinio tipo žvaigždes, jų cheminė sudėtis skiriasi daug labiau, nei dvinarių žvaigždžių. Taigi naudoti cheminės sudėties panašumą kaip žvaigždžių kilmės analizės įrankį, panašu, tikrai įmanoma, nors reikėtų suprasti ir kartais atsirandančius skirtumus. Tada metodą būtų galima naudoti dar tiksliau ir daug detaliau nagrinėti Galaktikos žvaigždėdaros istoriją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pulsaro antimaterijos halas. Saulės aplinkoje stebima daugiau pozitronų – antimaterijos dalelių, analogiškų elektronams, tik turinčių teigiamą krūvį – nei turėtų būti vidutiniškai Galaktikoje. Manoma, kad papildomą srautą kuria santykinai netoli mūsų esantys pulsarai – greitai besisukančios neutroninės žvaigždės. Stiprūs jų magnetiniai laukai bei aukšta temperatūra gali būti pakankami sukurti elektronų-pozitronų poroms, kurios paskui sklinda po Paukščių Taką. Energingos dalelės, susidūrusios su fotonais, gali perduoti dalį energijos pastariesiems ir pakelti jų energiją. Taigi jei pulsarai tikrai yra pozitronų šaltiniai, aplink juos turėtų būti matomi gama spinduliuotės halai. Išanalizavus dešimties metų Fermi gama spindulių teleskopo duomenis, toks halas aptiktas prie palyginus artimo pulsaro Geminga. Už 250 parsekų nuo mūsų esanti Geminga apsupta halo, kurio dydis, stebint mažiausių gama spindulių energijų fotonus, 40 kartų viršija Mėnulio pilnaties dydį. Kitaip tariant, Geminga pozitronai sukuria energingą spinduliuotę net 100 parsekų atstumu nuo pulsaro. Didesnės energijos spinduliuotė stebima tik arčiau pulsaro, nes energingesnės dalelės greičiau susiduria su aplinkos fotonais ir juos paverčia gama spinduliais. Remiantis halo savybėmis įvertintas Geminga kuriamas pozitronų srautas sudaro apie penktadalį Saulės aplinkoje randamo pozitronų pertekliaus. Kiti aplinkiniai pulsarai tikrai gali sukurti likusius keturis penktadalius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės kompanionės galimybės. Mūsų Galaktikos, kaip ir kitų, centre egzistuoja supermasyvi juodoji skylė. Dalyje galaktikų supermasyvios juodosios skylės turėtų būti dvinarės, mat po galaktikų susiliejimo dar kelis šimtus milijonų, jei ne milijardus, metų užtrunka jų juodosioms skylėms suartėti ir susijungti į vieną. Teoriškai gali būti, kad ir mūsų juodoji skylė Šaulio A* turi kompanionę, kurios kol kas neaptikome. Naujame tyrime svarstoma, kokie galėtų būti šios juodosios skylės parametrai ir kaip geriausia jos ieškoti. Pasirodo, daugiausiai informacijos suteikia trumpiausia orbita aplink Šaulio A* skriejančios žvaigždės S2 stebėjimai. Jau dabar aišku, kad jei Šaulio A* turėtų bent 100 tūkstančių Saulės masių kompanionę, nutolusią daugiau nei 170 astronominių vienetų atstumu, S2 orbita nebūtų tokia stabili, kokią stebime. Šis apribojimas yra tvirtesnis, nei gaunamas įvertinus, kiek maksimaliai gali kisti pačios Šaulio A* padėtis dangaus skliaute. Ateityje būtų galima nagrinėti, kaip keičiasi S2 ir kitų žvaigždžių orbitų savybės laikui bėgant – tai padėtų dar tiksliau įvertinti galimą kompanionės masę ir nuotolį nuo Šaulio A*. Taip pat kompanionės egzistavimą galėtų išduoti į Šaulio A* krentančio dujų srauto pokyčiai ar gravitacinių bangų signalas, kurį ateityje galėtų aptikti kosminis detektorius LISA. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tvarkingas galaktikos magnetinis laukas. Kosmose beveik visur egzistuoja magnetiniai laukai – kartais tvarkingi, kartais gana chaotiški. Dabar nauji stebėjimai atskleidė labai tvarkingą magnetinį lauką, supantį galaktiką NGC 4631. Dėl savo formos dar žinoma kaip Banginio galaktika, ji matoma beveik tiksliai iš šono, taigi galima patogiai tyrinėti jos halą bei halo-disko sąveiką. Būtent diske ir abipus jo atlikti poliarizuotos dulkių spinduliuotės stebėjimai atskleidė magnetinio lauko struktūrą. Diske magnetinį lauką išmatuoti pavyko tik iš dalies – greičiausiai ten jis yra chaotiškas. Tačiau abipus disko matyti labai aiški poliarizuota spinduliuotė. Iš jos apskaičiuota magnetinio lauko konfigūracija labai įdomi – daugmaž periodiškai keičiasi jo kryptis: lauko linijos tai tolsta nuo mūsų, tai artėja mūsų link. Kitaip tariant, virš galaktikos disko vyniojasi stora magnetinė virvė. Kitoje disko pusėje galimai egzistuoja panaši konfigūracija, bet ne tokia stipri, nes pavyko apskaičiuoti tik dalies magnetinio lauko konfigūraciją. Tai yra pirmasis atvejis, kai tokią struktūrą pavyko aptikti už Paukščių Tako ribų. Kol kas nežinia, kas ją sukuria, bet paaiškinus tokią struktūrą reikšmingai pagerės ir supratimas apie galaktikų bei jų diskų evoliuciją. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.

***

Galingiausia aktyvaus branduolio čiurkšlė. Aktyvūs galaktikų branduoliai – supermasyvios juodosios skylės ir į jas sparčiai krentančios dujos – išskiria daug energijos, kuri reikšmingai paveikia galaktikų evoliuciją. Viena iš poveikio formų vadinama „palaikymu“, kai iš branduolio lekiančios čiurkšlės neleidžia atvėsti aplink galaktiką esančioms dujoms. Šis procesas dažnai stebimas galaktikų spiečiuose. Ten galima apskaičiuoti santykį tarp vėstančių dujų spinduliuotės energijos ir čiurkšlių suteikiamos energijos – jis dažniausiai artimas vienetui, kaip ir turėtų būti pusiausvyroje. Bet ši pusiausvyra nėra nuolatinė – kartais spiečiuose čiurkšlės turėtų būti galingesnės, kartais – silpnesnės. Prieš porą mėnesių grupė astronomų pristatė labai silpnos čiurkšlės stebėjimus Fenikso galaktikų spiečiuje, o dabar ta pati grupė rado pačią galingiausią čiurkšlę tolimoje Visatoje. Ji veržiasi iš centrinės spiečiaus SPT-CLJ0528-5300 galaktikos. Jos pernešama energija apie 50 kartų viršija vėstančių dujų spinduliuotę. Tai reiškia, kad dujos spiečiuje yra labai smarkiai kaitinamos. Laikui bėgant čiurkšlė išstums dujas iš galaktikos ir jos prieigų, medžiagos kritimas į juodąją skylę sulėtės ir sistema taps panašesnė į kitus spiečius. Tiesa, tam gali prireikti dešimčių tūkstančių ar net milijonų metų. Daugiau panašių ekstremalių atvejų atradimų padės susidaryti geresnį vaizdą apie ilgalaikę aktyvių branduolių sąveika su savo galaktikomis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gama žybsnių neutrinų sklaida. Viena gama spindulių žybsnių rūšis yra neutroninių žvaigždžių susidūrimo pasekmė. Aplink susijungimo padarinį – didesnę neutroninę žvaigždę arba juodąją skylę – susiformuoja dujų diskas, o statmenai jam išsiveržia čiurkšlė. Didžioji dalis gama spinduliuotės sklinda išilgai čiurkšlės, tad įprastai manoma, kad kitos energijos formos sklinda panašiai. Bet naujame tyrime išnagrinėta, kad neutrinai sklinda daug platesniu pluoštu. Taip atsitinka todėl, kad neutrinai susiformuoja termobranduolinių reakcijų metu, kai labai energingos dalelės susiduria žybsnio šaltinio aplinkoje. Šios dalelės įgreitėja susiduriant dujų debesims netolygiame diske ir plintančiame apvalkale. Taigi termobranduolinės reakcijos vyksta, ir neutrinų srautas sklisti gali, beveik sferiškai. Nors neutrinai praktiškai nesąveikauja su jokia medžiaga, taigi ir didelio pavojaus esantiems žybsnio aplinkoje nekelia, juos įmanoma aptikti. Taigi neutrinų detektoriai gali tapti puikia priemone ieškoti gama žybsnių, kurių čiurkšlės sklinda ne mūsų link. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ar gali visatos evoliucionuoti? Atsirasti naujos, kisti, daugintis? Evoliucijos teorija, atrodytų, neturi nieko bendra su kosmologija. Bet analogiška koncepcija gali padėti paaiškinti, kodėl mūsų Visata yra tokia tinkama gyvybei egzistuoti. Plačiau apie tai – PBS Space Time vaizdo siužete:

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *