Kąsnelis Visatos CDXV: Svyravimai

Svyruojančios, arba teliuskuojančios, dujos galaktikų spiečiuose ilgai išlaiko informaciją apie praeities įvykius – jų tyrimai padeda suprasti, kaip pats spiečius formavosi. Dujų svyravimai Galaktikos diske galimai sukuria stovinčią bangą, kurioje yra daug daugiau žvaigždėdaros regionų, nei kitur. Netolygumai juodosios skylės čiurkšlėje gal ir nesvyruoja, bet juda, o jų stebėjimai padeda suprasti, kaip evoliucionuoja šie ekstremalūs reiškiniai. Taip pat naujienose – žvaigždžių susidūrimo prognozė, Marso atmosfera, mažiausi tamsiosios materijos telkiniai ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Marso atmosfera persotinta vandeniu. Kadaise Marse buvo daug vandens; vėliau jis išgaravo arba sustingo į ledą. Šiandieniniai vandens likučiai ir toliau po truputį garuoja. Pakilę aukštai virš planetos paviršiaus, vandens garai disocijuoja į deguonį bei vandenilį; Marso gravitacija neišlaiko vandenilio atomų, tad šios dujos greitai pabėga į kosmosą. Naujame tyrime išnagrinėta, kiek vandens yra viršutiniuose Marso atmosferos sluoksniuose. Orbitiniu zondu ExoMars buvo atlikti Saulės stebėjimai pro planetos atmosferą – tokiu būdu galima labai tiksliai nustatyti pastarosios cheminę sudėtį. Stebėjimų metu Marso pietų pusrutulyje buvo pavasaris ir vasara. Paaiškėjo, kad šiame pusrutulyje, 80 km ir didesniame aukštyje, vandens gausa dažnai viršija 100 dalelių milijone, arba 0,01%. Nors tai atrodo nedidelis kiekis, jis yra bent kelis kartus didesnis, nei prisotinimo tankis. Kitaip tariant, viršutinė Marso atmosfera yra persotinta vandens garais. Įprastai modeliuojant Marso atmosferą daroma prielaida, kad vandens garų tankis neviršija įsisotinimo vertės, taigi šiuos modelius reikės pataisyti. O Marso vanduo, pasirodo, palieka planetą sparčiau, nei galvota. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Numatoma nova XXI a. pabaigoje. Gruodį buvo daug kalbama apie keistai besielgiančią Betelgeizę – žvaigždė pritemo labiau, nei bet kada per pastaruosius šimtą metų. Gali būti, kad tai yra vienas iš paskutinių jos pokyčių prieš supernovos sprogimą, tačiau tiksliai to pasakyti, negalime. Šiandieniniai žvaigždžių evoliucijos modeliai neleidžia prognozuoti jų elgesio geresniu nei kelių šimtų tūkstančių metų tikslumu, tad supernovos sprogimas gali įvykti rytoj, bet jo gali tekti palaukti ir 100000 metų. Tuo tarpu kitos žvaigždės ryškų sužibimą prognozuoti galime daug geriau. Dvinarė žvaigždė Strėlės V (V Sagittae) susideda iš baltosios nykštukės ir masyvios pagrindinės sekos žvaigždės. Įprastai tokiose porose baltoji nykštukė yra panašios masės į kompanionę ar netgi masyvesnė, bet Strėlės V yra priešingai: baltosios nykštukės masė siekia apie 90% Saulės masės, o kompanionė už Saulę masyvesnė 3,3 karto. Dėl šios priežasties sistema pasižymi ekstremaliomis savybėmis: didesnės žvaigždės medžiaga labai sparčiai krenta ant baltosios nykštukės, per metus šitaip pernešama apie viena šimtatūkstantąją Saulės masės dalį. Krentanti medžiaga įkaista ir spinduliuoja kitaip, nei pavienė žvaigždė, taigi sistemos spektras irgi yra išskirtinis. Stebėjimai rodo, kad pastaruosius šimtą metų Strėlės V šviesis vis auga – padvigubėja per maždaug 89 metus. Taip pat nustatyta, kad trumpėja sistemos orbitos periodas – sąveikaudamos žvaigždės artėja viena prie kitos. Ilgai taip tęstis negali – po kelių dešimtmečių žvaigždės susidurs. Skaitmeniniais modeliais parodyta, kad susijungimas įvyks maždaug 2083 metais. Įskaitant paklaidas, susijungimo laikas yra tarp 2067 ir 2099 metų. Šiuo metu Strėlės V įžiūrima tik per teleskopus, bet susijungimo metu ji turėtų sužibti kaip raudonoji nova ir tapti ryškiausia nakties dangaus žvaigžde, šiek tiek ryškesne už Sirijų. Susijungusi žvaigždė taps raudonąja milžine, kuri dar gyvuos milijonus metų. Jos centre esanti baltoji nykštukė visos aplink susikaupusios medžiagos evoliucijos labai reikšmingai nepakeis. Taigi, po 60 metų, o gal ir mažiau, mūsų laukia įdomus pokytis nakties danguje. Tyrimo rezultatai pristatyti praeitą savaitę vykusiame Amerikos astronomų sąjungos susitikime; pranešimo santrauką rasite čia.

***

Praeitą savaitę paskelbta, kad TESS teleskopo duomenyse aptikta uolinė planeta savo žvaigždės gyvybinėje zonoje. TOI-700 d yra trečia artimiausia tokia planeta. Plačiau apie šį atradimą, kuo jis svarbus ir kaip toliau galėtume tyrinėti šią ir panašias planetas – savaitės filmuke iš Event Horizon:

***

Tinkamiausios žvaigždės gyvybės paieškoms. Vienintelė planeta, kurioje žinome egzistuojant gyvybę, kol kas yra Žemė. Nenuostabu, kad kitų gyvybei tinkamų planetų paieškos pradžioje apsiribojo žvaigždėmis, panašiomis į mūsų Saulę – jos žinomos kaip G spektrinė klasė. Bet vėliau astronomai suprato, kad daug daugiau yra mažesnių, M spektrinės klasės žvaigždžių, taigi ir planetų paieškos persimetė prie jų. M žvaigždės už G yra įdomesnės ir tuo, kad gyvena žymiai ilgiau – daugiau nei šimtą milijardų metų, taigi teoriškai jų aplinkoje yra daugiau laiko atsirasti ir išsivystyti sudėtingai gyvybei. Deja, M žvaigždės turi ir labai didelį trūkumą – stiprų aktyvumą, dėl kurio jų planetas nuolat talžo galingi vėjai, galintys per kelis milijardus metų sunaikinti planetos atmosferą. Pastaruoju metu svarstoma, kad galimai geriausia ieškoti gyvybei tinkamų planetų prie K tipo žvaigždžių, tarpinių tarp G ir M. Naujame tyrime šie svarstymai išnagrinėti ir įvertinti kiekybiškai. K tipo žvaigždės yra 50-80% Saulės masės, todėl šviečia blausiau, bet gyvena ilgiau. Jų gyvavimo laikas skaičiuojamas dešimtimis milijardų metų, o per Saulės masės žvaigždės gyvenimo laikotarpį – 10 milijardų metų – K tipo žvaigždės šviesis padidėja tik apie 10%. Taigi planeta, besisukanti gyvybinėje zonoje aplink K tipo žvaigždę, daugybę milijardų metų išlieka palanki gyvybei vystytis; tuo tarpu Žemė po poros milijardų metų įkais tiek, kad gyvybė čia egzistuoti nebegalės. K tipo žvaigždės yra ne tokios aktyvios, kaip Saulė ar M tipo žvaigždės, todėl jų gyvybinėje zonoje esančias planetas pasiekia neypatingai žalingas energingos spinduliuotės srautas. Šis srautas gali apie 25 kartus viršyti srautą Žemės aplinkoje, bet tai yra vis dar 15 kartų mažiau, nei M klasės žvaigždės planetose. K žvaigždžių spinduliuotė neturėtų pajėgti suardyti savo planetų atmosferų, taigi po atmosferos ir magnetosferos apsauga gyvybė galėtų vystytis ilgai ir sėkmingai. 30 parsekų atstumu nuo Saulės yra apie tūkstantį K tipo žvaigždžių, taigi turime daug galimybių jas tyrinėti, ieškoti planetų ir galbūt gyvybės pėdsakų jų sistemose. Tyrimo rezultatai pristatyti praeitą savaitę vykusiame Amerikos astronomų sąjungos susitikime; pranešimo santrauką rasite čia.

***

Naujas būdas aptikti deguonį. Deguonis yra bene geriausias biopėdsakas – molekulė, kurios egzistavimas planetos atmosferoje galimai žymi ten esant gyvybę. Visgi jį aptikti nėra labai lengva. Bet naujame tyrime išnagrinėta aptikimo galimybė, kuri anksčiau buvo ignoruojama – spektro linija, atsirandanti dėl deguonies molekulių susidūrimų. Kai susiduria dvi deguonies molekulės arba deguonies molekulė ir kita molekulė ar atomas, deguonis pradeda vibruoti ir suktis. Tada molekulė gali sugerti maždaug 6,4 mikrometrų ilgio infraraudonuosius spindulius. Jei planetos atmosferoje vyksta daug tokių susidūrimų, jos spektre atsiranda aiški sugerties juosta, kurią aptikti daug lengviau, nei kitas deguonies spektro linijas. Naujame tyrime sumodeliuotas galimas įvairių egzoplanetų spektras, įtraukiant deguonies molekulių susidūrimus. Nustatyta, kad, pavyzdžiui, James Webb kosminis teleskopas išmatavęs vos tris tranzitus galėtų aptikti deguonies lygį, atitinkantį žemiškąjį, planetoje keleto parsekų atstumu. Anksčiau buvo manoma, kad tokia užduotis šiam teleskopui bus neįveikiama. Be to, susidūrimų kuriama sugertis proporcinga atmosferos tankio kvadratui, o kitų spektro linijų – pirmajam tankio laipsniui, todėl aptikę daugiau spektro linijų galėtume gerai nustatyti ir atmosferos tankį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dujų banga Saulės aplinkoje. Prieš daugiau nei šimtą metų Saulės aplinkoje aptikta grupė tankių dujų debesų ir žvaigždėdaros regionų, išsidėsčiusių daugmaž žiedo dalimi. Pagal atradėjo pavardę struktūra pavadinta Gouldo juosta (angl. Gould Belt). Ilgą laiką buvo manoma, kad juostą suformavo tamsiosios materijos telkinio susidūrimas su Galaktikos disku – gravitacinio potencialo pokyčiai indukavo žvaigždėdarą, kuri po truputį plinta į šalis. Bet naujame tyrime parodyta, kad toks paaiškinimas tikrai netinkamas, nes Gouldo juosta iš tiesų nėra žiedo formos. Padaryti šį atradimą leido nauji apžvalginiai stebėjimai, kuriais reikšmingai patikslintos dujų debesų ir jaunų žvaigždžių padėtys Galaktikoje. Sudarius trimatį Saulės aplinkos erdvėlapį nustatyta, kad jaunos žvaigždės bei žvaigždėdaros regionai sudaro pailgą struktūrą, primenančią sinusoidinę bangą, kertančią Galaktikos disko vidurio plokštumą. Identifikuotos struktūros ilgis – 2,7 kiloparseko – bent 20 kartų viršija jos plotį ir storį, joje sutelkta daugiau nei trys milijonai Saulės masių dujų. Juostos išsilenkimas siekia apie 160 parsekų į abi puses nuo disko vidurio plokštumos. Tai gali būti Galaktikos disko sukimosi ir spiralinių vijų egzistavimo pasekmė, tačiau tikslios struktūros kilmės kol kas nežinome. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Žvaigždėdara Paukščių Tako hale. Paukščių Tako palydovinės galaktikos Didysis ir Mažasis Magelano debesys sąveikauja su mūsų Galaktika ir po truputį į ją krenta. Dalis mažųjų galaktikų dujų jau yra atsiskyrusios nuo jų ir sudaro didžiulį Magelano srautą, besidriekiantį ir už Debesų, ir prieš juos. Kol kas nėra aiškus tikslus atstumas iki srauto ar, juo labiau, atskirų jo dalių, taigi sunku pasakyti, ar srautas spirale krenta į Paukščių Taką, ar sukasi aplink jį apskritimu. Naujame tyrime pristatytas netiesioginis įrodymas, kad srautas krenta į mūsų Galaktiką ir jau turi jai poveikį. Astronomai tyrinėjo jaunus žvaigždžių spiečius Paukščių Take ir aptiko vieną, esantį Galaktikos hale. Tai yra labai netikėta, nes apskritai žvaigždės formuojasi Paukščių Tako diske ir centriniame telkinyje, o ne hale, kuriame dujos yra labai retos. Visgi šis 117 milijonų metų amžiaus spiečius yra būtent tokioje vietoje, maždaug Magelano srauto gale. Be to, spiečiaus žvaigždžių spektras labai panašus į srauto dujų, taigi spiečius beveik neabejotinai susiformavo iš dujų, atlėkusių iš Magelano debesų. Remdamiesi kitų galaktikų stebėjimais astronomai jau seniai prognozavo, kad Magelano debesų įkritimas į Paukščių Taką sukels žvaigždėdaros žybsnį mūsų Galaktikoje; naujasis atradimas rodo, kad šis procesas jau prasideda. Tyrimo rezultatai pristatyti praeitą savaitę vykusiame Amerikos astronomų sąjungos susitikime; pranešimo santrauką rasite čia.

***

M87* čiurkšlės. Galaktikos M87 juodoji skylė, žymima M87*, garsi ne tik tuo, kad pernai buvo padaryta jos šešėlio nuotrauka, bet ir puikiai matoma čiurkšle. Ji seniai ir gausiai stebima įvairiuose elektromagnetinio spektro ruožuose, taip siekiant pagerinti supratimą apie šių ekstremalių objektų evoliuciją. Naujame tyrime pristatyta čiurkšlės evoliucija 2012-2017 metais, matoma rentgeno spindulių ruože. Chandra kosminiu teleskopu darytuose stebėjimuose matyti, kad per penkerius metus bent du čiurkšlės sutankėjimai pajudėjo tolyn nuo juodosios skylės; greičiausiai pajudėjo ir kiti, tik mažesnį atstumą, kurio išskirti nepavyko. Tiesiogiai apskaičiuotas komponentų greitis keletą kartų viršija šviesos greitį; šis paradoksiškas efektas susidaro todėl, kad čiurkšlė juda beveik mūsų link, o jos medžiaga sklinda beveik šviesos greičiu. Tada mūsų link skriejantys fotonai tik nežymiai pralenkia pačią medžiagą, todėl atrodo, kad medžiaga į šoną juda daug greičiau, nei iš tiesų. Supratę šią geometriją, galime apskaičiuoti ir tikrąjį medžiagos greitį – jis yra maždaug 99% šviesos greičio. Tai yra pirmas kartas, kai regimasis virššviesinis judėjimas aptiktas rentgeno spindulių ruože. Taip pat pastebėta, kad toldami medžiagos sutankėjimai ima skleisti vis mažiau rentgeno spindulių, nors jų radijo ir regimosios spinduliuotės intensyvumas nekinta. Greičiausiai taip nutinka, nes čiurkšlės dalelės netenka energijos, judėdamos magnetiniame lauke ir spinduliuodamos. Šie du atradimai – virššviesinis judėjimas ir blėsimas – rodo, kad judantys objektai yra fiziniai medžiagos telkiniai, o ne, pavyzdžiui, tankio banga, plintanti čiurkšlėje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikų pora NC 1532/1531. Šaltinis: Star Shadows Remote Observatory, PROMPT, CTIO

Daugeliui gerai žinoma besijungiančių galaktikų pora M51A/B, dar vadinama Sūkurio ūku. Čia matoma pora greičiausiai yra labai panaši, tik į ją žiūrime iš šono. NGC 1532 yra didesnė galaktika, kurios išsikreipimas matomas net tokiu rakursu – viena spiralinė vija driekiasi gerokai toliau dešinėn ir žemyn, nei turėtų. Jos kompanionė NGC 1531 yra nykštukinė galaktika, krentanti į didesniąją kaimynę, bet sukelianti reikšmingų perturbacijų ir joje.

***

Radijo žybsnis spiralinėje galaktikoje. Greitieji radijo žybsniai (FRB) yra labai trumpi radijo bangų pulsai, atsklindantys iš už Paukščių Tako ribų. Per 13 metų nuo pirmojo atradimo, jų aptikta jau apie šimtą, bet kol kas visai neaišku, kas juos sukelia. Atsirinkti tarp daugybės hipotezių padeda žinojimas, kokioje aplinkoje kyla žybsniai, taigi svarbu nustatyti, iš kur jie atsklinda. Bet tą padaryti sunku, todėl iki šiol buvo nustatytos tik keturių žybsnių kryptys. Vienas iš jų kartojasi, kiti buvo vienkartiniai. Pasikartojančių žybsnių šaltinis yra žvaigždes formuojančioje nykštukinėje galaktikoje, o vienkartiniai – didžiulėse elipsinėse galaktikose; šis skirtumas sustiprino įtarimą, kad žybsnius sukelia skirtingi reiškiniai. Bet dabar lokalizuotas antras pasikartojantis žybsnis – jis atsklinda iš spiralinės galaktikos, panašios į mūsiškę. Kad ir koks reiškinys sukelia žybsnį FRB180916, jis vyksta galaktikos spiralinėje vijoje. Už 150 megaparsekų. Šis atstumas yra septynis kartus mažesnis, nei ankstesnio lokalizuoto pasikartojančio FRB, ir bent dešimt kartų mažesnis, nei vienkartinių. Atradimas įrodo, kad FRB vyksta įvairiose galaktikose, bet iškelia tik dar daugiau klausimų apie jų kilmę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Dujų judėjimas galaktikų spiečiuose. Galaktikos Visatoje buriasi į didesnes struktūras – grupes ir spiečius. Spiečiuose tarp galaktikų egzistuoja didžiuliai karštų dujų telkiniai. Galaktikoms judant, juda ir dujos – jos ima teliuskuoti gravitaciniame potenciale, panašiai kaip pamaišyta arbata puodelyje. Bent jau taip rodo skaitmeniniai modeliai, o dabar pristatyti ir aiškiausi tokį judėjimą parodantys stebėjimai. Du palyginus artimus galaktikų spiečius – Persėjo ir Garbanų – ištyrę astronomai nustatė, kaip juda dujos tarp galaktikų. Persėjo spiečiuje aptiktas aiškus dujų greičio padidėjimas į rytus nuo spiečiaus centro. Toje pačioje vietoje matoma ir smūginė banga. Būtent tai yra esminis dujų teliuskavimo bruožas – greičio pokytis ir smūginė banga vienoje vietoje. Dujas spiečiuje greičiausiai išjudina į jį krentantis mažesnis spiečius. Tuo tarpu Garbanų spiečiuje teliuskavimo nematyti, tačiau matyti aiškus greičių skirtumas tarp šiaurinės ir pietinės pusės, kuriose matomos dvi galaktikų koncentracijos. Tai greičiausiai yra du panašaus dydžio spiečiai, dar nebaigę jungtis į vieną. Šie duomenys atskleidžia skirtumą tarp dar besijungiančios Garbanų spiečiaus sistemos ir jau relaksuojančio Persėjo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Mažiausi tamsiosios materijos telkiniai. Standartinis kosmologinis modelis teigia, kad didžioji Visatos medžiagos dalis yra tamsioji materija – su įprasta medžiaga tik gravitaciškai sąveikaujančios dalelės. Šios dalelės turėtų būti šaltos – tai reiškia, kad jos juda lėtai ir gali jungtis į labai įvairaus dydžio telkinius. Mažiausių telkinių masė gali būti gerokai mažesnė net už Mėnulio, o didžiausiuose telkiniuose randami kvadrilijonų Saulės masių galaktikų spiečiai. Egzistuoja alternatyvūs tamsiosios materijos modeliais, pagal kuriuos ją sudarančios dalelės yra „šiltos“ arba „karštos“ – juda greitai ir telkiasi tik į didelius darinius. Telkinius, kuriuose formuojasi galaktikos, aptikti ir tyrinėti įmanoma stebint pačių galaktikų judėjimą. Mažesnius telkinius užfiksuoti sudėtinga, bet įmanoma, naudojantis gravitaciniu lęšiavimu. Nesvarbu, ar telkinyje yra žvaigždžių, ar nėra, jo gravitacija vis tiek paveikia pro šalį sklindančios šviesos trajektoriją. Naujame tyrime naudojantis šiuo metodu identifikuoti mažiausi iki šiol aptikti tamsiosios medžiagos telkiniai. Atradimui pasitelkti keturi kvazarai; dėl arčiau esančių galaktikų gravitacinio lęšiavimo kiekvienas kvazaras matomas keturgubas. Atidžiai stebėdami visus keturis kiekvieno objekto atvaizdus, astronomai nustatė, kokie mažesni medžiagos telkiniai papildomai iškreipia atvaizdus. Mažiausi aptikti telkiniai yra 10-100 milijonų kartų masyvesni už Saulę. Nors tai vis dar labai dideli dydžiai, jie yra 10-100 tūkstančių kartų mažesni už Paukščių Tako halo masę ir apskritai mažesni, nei bet koks anksčiau identifikuotas tamsiosios materijos telkinys. Šiltosios ir karštosios tamsiosios materijos modeliai prognozuoja, kad tokių mažų telkinių turėtų nebūti. Taip pat apskaičiuota, kad milijono-milijardo Saulės masių telkiniai sudaro apie 3,5% visos lęšiuojančios galaktikos masės – šis skaičius puikiai atitinka šaltos tamsiosios materijos modelio prognozę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *