Kąsnelis Visatos CDXXVI: Susidūrimai

Asteroido susidūrimas su Žeme gali netgi sunaikinti žmoniją. Nenuostabu, kad tokiam pavojui, kad ir kiek menkai tikėtinam, yra ruošiamasi – planuojamos misijos, modeliuojami asteroidų nustūmimo būdai. Praeitą savaitę paskelbti vieno tokio modelio patikrinimų rezultatai, parodę, kad jis tikrai gerai atkuria smūgių padarinius. Kiti susidūrimai, apie kuriuos galite perskaityti žemiau, labai įvairūs: nuo Saulės vėjo susidūrimo su tarpžvaigždine medžiaga iki daugybės juodųjų skylių susidūrimų ir susijungimų pirmykščių galaktikų centruose bei galaktinės čiurkšlės susidūrimo su aplinkinėmis dujomis. Kitose naujienose – Urano atmosferos pabėgimas ir debesuotos egzoplanetos, dvinarių žvaigždžių cikliška evoliucija ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Asteroidų nustūmimo modelių patikrinimas. Asteroido smūgis į Žemę gali sukelti globalią katastrofą. Vienas iš būdų nuo jos apsisaugoti – pakeisti pavojingo asteroido orbitą, kol jis dar yra toli nuo Žemės. Bet tokia misija irgi nelengva: prastai įvykdyta, ji gali sukelti dar didesnę katastrofą, pavyzdžiui, jeigu asteroidas ne pakeis orbitą, o subyrės į gabalus, kurie kiekvienas vis tiek skris Žemės link. Šiuo metu NASA po truputį planuoja pirmąjį asteroido pastūmimo bandymą – misiją DART, kuri turėtų būti paleista 2021 metų vasarą. Bet apskritai daryti eksperimentų su realiais asteroidais nelabai įmanoma, todėl reikia pasikliauti skaitmeniniais modeliais. Modeliai, žinoma, yra tiek geri, kiek geros mūsų žinios apie asteroidų savybes. Taigi modelius reikia patikrinti. Naujame tyrime pristatomas vienas toks patikrinimas: geriausias dabartinis asteroidų struktūros modelis panaudotas atkurti laboratorinių eksperimentų, kuriuose į bazalto taikinį buvo šaunamos kulkos, rezultatus. Kaip ir buvo galima tikėtis, paaiškėjo, kad modelio rezultatai labai priklauso nuo pasirinktos taikinio medžiagos, įtempties bei tvirtumo parametrų. Tačiau parinkus teisingus parametrus modelio suskaičiuotas šūvio poveikis puikiai atitinka eksperimento rezultatus. Taigi modelį galima naudoti ir tikrų asteroidų nagrinėjimui. Skaičiavimai gali pasitarnauti ne tik DART misijai, bet ir bandant suprasti asteroidų šeimų – grupių, susidariusių subyrėjus didesniam motininiam kūnui – kilmę. Tyrimo rezultatai publikuojami Earth and Space Science.

***

Urano atmosferos pabėgimas. Kiekviena planeta po truputį praranda atmosferą. Procesą valdo įvairūs, daugiausiai magnetiniai, reiškiniai: Saulės vėjo sąveika su magnetosfera. Pastaroji kartais apsaugo atmosferą nuo Saulės vėjo poveikio, o kartais pati gali prisidėti prie dujų pabėgimo. Taip, pavyzdžiui, vyksta Jupiteryje ir Saturne – jų magnetinis laukas kartais susisuka tiek, kad dalis jo atplyšta ir nulekia tolyn, kartu nusinešdama daugybę jonizuotų dujų. Dabar analogiškas reiškinys, vadinamas plazmoidu, aptiktas Urane. Atradimą mokslininkai padarė visai netikėtai, analizuodami trijų dešimtmečių senumo Voyager 2 duomenis. 1986 metais skrisdamas pro planetą, zondas net 45 valandas matavo įvairias jos savybes, darė daugybę nuotraukų. Vienas iš matavimų buvo magnetinio lauko stiprumas ir kryptis. Anksčiau analizuojant šiuos duomenis, jie buvo grupuojami aštuonių minučių intervalais, o dabar išnagrinėtas jų kitimas vos dviejų sekundžių žingsniais. Ir vienoje vietoje pastebėtas magnetinio lauko sustiprėjimas bei susilpnėjimas, šiek tiek panašūs į širdies tvinksnį kardiogramoje. Būtent taip atrodytų plazmoidas, jei Voyager 2 būtų praskridęs tiesiai pro jį. Žinodami zondo judėjimo parametrus, mokslininkai nustatė, kad plazmoidas buvo 400 tūkstančių kilometrų skersmens ir 200 tūkstančių kilometrų ilgio cilindras, kuriame magnetinis laukas išsidėstęs gana tvarkingai. Tai pirmasis įrodymas, kad plazmoidai egzistuoja ir ledinių milžinių magnetosferose. Tyrėjai skaičiuoja, kad plazmoidai gali būti atsakingi už 15-55% Urano atmosferos netekimo, daugiau nei Jupiteryje ar Saturne. Tiesa, aptikus vos vieną plazmoidą sunku daryti gilesnes išvadas, bet daugiau duomenų sulauksime tikrai negreit; net jei artimiausiu metu bus patvirtinta misija Urano tyrimams, jai paruošti ir nuskristi iki tolimos planetos prireiks gerokai daugiau nei dešimtmečio. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Ankstyvi neramumai Saulės sistemoje. Tik susiformavusi Saulės sistema atrodė gerokai kitaip, nei dabar. Didžiųjų planetų orbitos buvo arčiau žvaigždės, o už Neptūno driekėsi didžiulis nuolaužų, likusių po planetų formavimosi, diskas. Vėliau planetos numigravo tolyn, o nuolaužos buvo išbarstytos. Dalis jų pataikė ir į Žemę bei Mėnulį. Ilgą laiką buvo manoma, jog migracija vyko praėjus daugiau nei pusei milijardo metų po planetų atsiradimo – šis įvykis vadintas Vėlyvuoju stipriuoju bombardavimu (Late Heavy Bombardment). Bet pastaruoju metu nauja Apollo astronautų pargabentos Mėnulio medžiagos analizė parodė, kad greičiausiai bombardavimas vyko gerokai anksčiau. Naujame tyrime skaitmeniniais modeliais parodyta, kad vėlyvas bombardavimas yra tikrai labai menkai tikėtinas. Tyrėjai išnagrinėjo, kaip vystosi Saulės sistema, pradedant nuo būsenos, kai Jupiteris ir Saturnas jau susiformavę, o Uranas ir Neptūnas – dar ne. Ankstesniuose tyrimuose būdavo nagrinėjama jau susiformavusių planetų orbitų evoliucija. Paaiškėjo, kad Uranas ir Neptūnas užaugti gali tik tokiu atveju, jei nuolaužų diskas prasideda gana arti už Neptūno orbitos. Tuomet disko gravitacija destabilizuoja keturių didžiųjų planetų orbitas per mažiau nei šimtą milijonų metų, o tai paskatina planetų migraciją ir nuolaužų išmėtymą. Pasitaiko netgi tokių atvejų, kai planetos jau susiformuoja nestabiliose orbitose ir migruoti ima vos per kelis milijonus metų. Sukurti konfigūraciją, kurioje keturios planetos išliktų stabiliose orbitose daugiau nei pusę milijardo metų įmanoma tik tada, jei Jupiteris migruoja labai arti prie Saulės, bet tokiu atveju menkai tikėtinas artimųjų uolinių planetų išgyvenimas. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Heliosferos forma. Saulės vėjas aplink ją išpučia burbulą, vadinamą heliosfera. Burbulo kraštus riboja zona, kur tarpžvaigždinės medžiagos slėgis sustabdo vėjo plitimą. Saulė juda Galaktikoje, pati tarpžvaigždinė medžiaga taip pat įvairiai juda, todėl skirtingomis kryptimis burbulas yra nevienodo dydžio. Ilgą laiką buvo manoma, kad heliosferos forma primena kometą – judėjimo kryptimi kraštas apvalus, o priešinga tęsiasi ilga uodega. Bet pastaraisiais metais atlikti stebėjimai šį vaizdą pakeitė gana radikaliai, o dabar pristatytas detaliausias heliosferos formos modelis. Skaitmeniniame modelyje pirmą kartą įvertinta, kad heliosferos pakraštyje egzistuoja dvi elektringų dalelių populiacijos. Pirmoji atlekia iš Saulės – tai yra tiesiog gerokai sulėtėjęs Saulės vėjas. Antroji sudaryta iš dalelių, kurios, būdamos neutralios, pateko į heliosferą iš tarpžvaigždinės erdvės ir tada buvo jonizuotos. Jų energija gali būti šimtus ar net tūkstančius kartų didesnė, nei Saulės vėjo. Šie jonai sudaro pagrindinį slėgį heliosferos pakraštyje, bet jų energijos nuostoliai dėl sąveikos su tarpžvaigždine medžiaga sumažina ir išlygina visą heliosferą. Taigi jos forma yra artimesnė rutuliui, nors ir netaisyklinga. Heliosfera, sprendžiant pagal šį modelį, turi netgi dvi uodegas, bet jos yra neilgos ir nukreiptos daugmaž ta pačia kryptimi. Visa jos forma primena kruasaną. Šis atradimas padės geriau suprasti ne tik Saulės sistemos pakraščiuose vykstančius procesus, bet ir kitas žvaigždes gaubiančius burbulus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Žemiškų planetų atmosferų modeliai. Atrandant vis daugiau egzoplanetų, gausėja ir jų savybių tyrimai. Pagrindinis būdas nagrinėti konkrečią egzoplanetą yra jos atmosferos spektro matavimas – jei planeta reguliariai praskrenda tarp mūsų ir savo žvaigždės, stebime užtemimus, kurių metu galima išmatuoti, kiek žvaigždės spinduliuotės sugeria įvairios planetą gaubiančios dujos. Per artimiausius keletą metų atsiras teleskopai, kurie galės reguliariai matuoti į Žemę panašių egzoplanetų atmosferų savybes. Taigi svarbu suprasti, kaip šiuos stebėjimų duomenis interpretuoti. Naujame tyrime pristatytas atmosferos spektras, kurį gautų toli esantis stebėtojas, nukreipęs teleskopą į Žemę įvairiais jos evoliucijos etapais. Iš viso tyrėjai apskaičiavo penkis Žemės atmosferos modelius: 3,9 milijardo metų senumo, t. y. prieš atsirandant gyvybei; 3,5 milijardo metų senumo, kai gyvybė jau egzistavo, bet dar nebuvo deguonies; ir tris, atitinkančius deguonies kiekio augimą atmosferoje nuo 0,2% iki šiandieninių 21%. Deguonis ir kiti biopėdsakai – dujos, žyminčios gyvybės egzistavimą – Žemės atmosferoje išryškėjo prieš du milijardus metų, taigi maždaug tiek laiko stebėtojai iš kitų planetinių sistemų turėjo galimybę nustatyti, kad čia egzistuoja biosfera. Šie modeliai padės geriau planuoti artimiausių metų egzoplanetų stebėjimų programas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Debesų įtaka egzoplanetų stebėjimams. Uolinės egzoplanetos, kurių paviršiaus temperatūra tinkama skystam vandeniui egzistuoti, yra įdomiausios vietos gyvybės paieškoms už Saulės sistemos ribų. Patogiausia tokias planetas tyrinėti prie mažų žvaigždžių – raudonųjų nykštukių. Nykštukių planetos yra labai arti savo žvaigždžių, todėl dažnai matome tranzitus ir galime surinkti daug informacijos; be to, mažesnis žvaigždės spindulys reiškia, kad tranzitas yra „gilesnis“ – planeta užstoja didesnę dalį žvaigždės šviesos – todėl lengviau įžiūrėti spektro pokyčius. Būtent spektro pokyčiai leidžia nustatyti planetos atmosferos sudėtį, pavyzdžiui aptikti vandens garus. Bet tam sutrukdyti gali debesys. Naujame tyrime išnagrinėta, kiek debesys apsunkina vandens garų aptikimą uolinėse planetose, esančiose prie raudonųjų nykštukių. Pasinaudodami detaliu planetų klimato modeliu, tyrėjai išnagrinėjo, kokia turėtų nusistovėti pusiausvyra atmosferos sandara vandens turinčiose planetose, kurių viena pusė visada atsukta į žvaigždę – tokia konfigūracija labiausiai tikėtina arti prie žvaigždės esančioje planetoje. Pasirodo, tokių planetų dieninėje pusėje klimatas panašus į tropikų, taigi ten vanduo sparčiai garuoja ir kaupiasi storas debesų sluoksnis, kuris pasklinda visoje planetoje. Debesys užstoja didžiąją dalį atmosferos, todėl aptikti vandens garų signalą tampa 10-100 kartų sunkiau, nei tuo atveju, jei debesų nebūtų. Ypač stipriai poveikis pasireiškia planetoms, kurių orbitos periodas ilgesnis, nei 12 Žemės parų. Tyrėjai įvertino James Webb kosminio teleskopo galimybes stebėti planetų tranzius: jei be debesų vandens garus galima aptikti pamačius vos 10 planetos tranzitų, taigi per mažiau nei metus, debesuotą planetą išnagrinėti gali reikėti 100-1000 tranzitų, o tiek jų neįvyks per visą planuojamą misijos laiką. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Besiformuojančių planetų poveikis diskams. Aplink jaunas žvaigždes egzistuoja dulkių ir dujų diskai, kuriuose formuojasi planetos. Planeta, užaugusi iki pakankamos masės, išstumdo dalį disko medžiagos ir atveria jame mažo tankio tarpą. Tarpus randame daugelyje protoplanetinių diskų, tačiau juos gali sukurti ir kitokie efektai, pavyzdžiui žvaigždės spinduliuotės sąveika su įvairiais cheminiais junginiais. Taigi vien matydami tarpą, negalime būti tikri, ar ten yra ir besiformuojanti planeta. O štai pamatyti augančią planetą – gerokai sunkiau; kol kas tą padaryti pavyko tik vieną kartą. Naujame tyrime mokslininkai pabandė aptikti planetas kitokiu būdu – ieškodami jų gravitacijos poveikio aplinkinėms disko dujoms. Tam jie pasirinko 18 protoplanetinių diskų su tarpais, kurių detalūs stebėjimai atlikti naudojant submilimetrinių bangų teleskopų masyvą ALMA. Aštuoniuose diskuose aptikti lokalūs dujų judėjimo nukrypimai nuo trajektorijų, kuriomis jos turėtų judėti veikiamos vien žvaigždės gravitacijos. Tai greičiausiai reiškia, kad dujas perturbuoja nedidelis masyvus kūnas – planeta. Viename diske aptiktos net dvi perturbacijos. Pagal dujų orbitų nuokrypio stiprumą galima įvertinti ir planetos masę – bent viename diske ji siekia dujinių milžinių lygį, taigi tikėtina, kad ją būtų įmanoma įžiūrėti ir tiesiogiai. Šie rezultatai nėra tvirtas įrodymas, kad planetos tikrai egzistuoja; pavyzdžiui, tai gali būti tiesiog matavimų paklaidos. Iš kitos pusės, visos devynios hipotetinės planetos yra tarpuose arba diskuose matomų spiralinių vijų galuose, kitaip tariant, būtent ten, kur jų ir tikėtumėmės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Oriono žvaigždynas, arba Septyni Šienpjoviai, yra vienas lengviausiai atpažįstamų nakties danguje. Taip pat jame matomas vienas artimiausių žvaigždėdaros regionų – Oriono ūkas. Bet ten taip pat yra daugybė kitų ūkų, kurie puikiai atsiskleidžia šiame montaže. Didesnį vaizdą be anotacijų rasite čia.

***

Ilgalaikė novų evoliucija. Dvinarėse žvaigždėse, kuriose vienas objektas yra baltoji nykštukė, kartais stebimi novų sprogimai: termobranduolinių reakcijų sukeliami žybsniai, kurių metu nykštukė sušvinta 100 tūkstančių ar net milijoną kartų ryškiau, nei Saulė. Įdomu, kad taip elgiasi toli gražu ne visos dvinarės; netgi atsirinkus sistemas, kurių orbitos periodas ar komponenčių masė ir amžius atitinka novomis pasižyminčių sistemų savybes, tikrai ne visada randame sprogimų požymių. Prieš beveik keturis dešimtmečius buvo iškelta mintis, kad galbūt tokios dvinarės žvaigždės turi ilgą, galimai ciklišką, evoliucijos kelią: kartais jos gali sužibti kaip novos, bet didelę dalį laiko praleidžia „miegodamos“ ir nesproginėdamos. Dabar naujais detaliais skaitmeniniais modeliais ši idėja patvirtinta. Mokslininkai išnagrinėjo daugybės dvinarių sistemų, susidedančių iš baltosios nykštukės ir kompanionės, evoliuciją per milijardus metų. Paaiškėjo, kad novos sprogimas paveikia kompanionę ir pristabdo medžiagos pernašą iš jos į baltąją nykštukę. Po novos sprogimo kurį laiką pernaša silpsta ir sistema tampa „nykštukine nova“ – joje vyksta žybsniai diske aplink baltąją nykštukę, bet ne pačioje nykštukėje. Šie žybsniai galiausiai išvis sustabdo kompanionės medžiagos kritimą ir žvaigždės nustoja sąveikauti. Po kurio laiko medžiagos kritimas prasideda iš naujo, vėl ima kilti nykštukinės novos, o galiausiai ir tikros novos. Vidutiniškai vienas ciklas nuo novos iki novos užtrunka apie šimtą tūkstančių metų. Tiesa, kol sistema yra jauna – netrukus po baltosios nykštukės atsiradimo – novų sprogimai vyksta dažniau, vėliau vis retėja. Taigi didžioji dalis stebimų novų sprogimų vyksta jaunose dvinarėse sistemose. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Jaunų čiurkšlių stumiamos dujos. Daugelis aktyvių galaktikų turi čiurkšles – labai greitus siaurus medžiagos srautus, lekiančius tolyn nuo centrinės juodosios skylės prieigų. Pataikiusios į tarpžvaigždines dujas, čiurkšlės gali jas nustumti ir suspausti, taip paveikdamos galaktikos evoliuciją. Kai kuriose galaktikose ši sąveika matoma: dujos, esančios arti čiurkšlės, pasižymi pastebimai kitokia temperatūra ar tankiu, nei likusios. Dabar pristatyti stebėjimų rezultatai, parodantys pačią sąveikos pradžią labai tolimoje galaktikoje. Galaktikos MG J0414+0534 šviesa iki mūsų keliauja 11 milijardų metų, bet pakeliui ją iškreipia arčiau esanti galaktika, todėl atvaizdą matome gerokai didesnį ir ryškesnį. Tai leido labai detaliai ištirti dujų debesų padėtis ir savybes. Taip pat galaktikoje yra dvi čiurkšlės, kurių galai nuo centrinės juodosios skylės nutolę maždaug 60 parsekų – labai nedaug, palyginus su visos galaktikos dydžiu. Aplink jas esančios šaltos dujos juda maždaug 600 km/s greičiu. Tai toli gražu neprilygsta čiurkšlės greičiui, kuris beveik siekia šviesos greitį, tačiau gerokai viršija tipinį dujų judėjimo greitį galaktikose. Taigi akivaizdu, kad čiurkšlė paveikia aplinkines dujas ir šis poveikis prasideda vos tik čiurkšlė ima veržtis iš juodosios skylės prieigų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pirmųjų juodųjų skylių formavimasis. Šiuo metu žinoma, kad Visatai esant vos 700 milijonų metų amžiaus, joje jau egzistavo daugiau nei milijardą kartų už Saulę masyvesnės juodosios skylės. Kaip jos galėjo užaugti iki tokių didelių masių per palyginus trumpą laiko tarpą – nežinia, nors hipotezių esama įvairių. Jas galima suskirstyti į dvi grupes: vienos kalba apie tai, kaip juodosios skylės, susidariusios po pirmųjų žvaigždžių sprogimų, galėjo labai efektyviai ryti dujas ir taip užaugti nuo kelių dešimčių iki milijardo Saulės masių, o kitos nagrinėja galimybes juodosioms skylėms susiformuoti iškart kelių šimtų tūkstančių Saulės masių arba iki tokios masės užaugti ne ryjant dujas. Dabar pristatyta dar viena hipotezė apie galimą juodųjų skylių augimą ne ryjant dujas. Naujasis modelis remiasi žvaigždinių juodųjų skylių – tų, kurios atsiranda mirus masyviai žvaigždei – sąveika su dujomis galaktikoje. Dujos stabdo juodosios skylės judėjimą ir verčia ją „nukristi“ į galaktikos centrą. Daug dujų turinčioje galaktikoje – o pirmosios galaktikos buvo būtent tokios – gana greitai centre gali prisikaupti labai daug juodųjų skylių, kurios susijungia į vieną. Tokiu būdu per kelias dešimtis milijonų metų centre gali susiformuoti iki milijono kartų už Saulę masyvesnė juodoji skylė. Tokiam objektui užaugti iki milijardo Saulės masių per kelis šimtus milijonų metų nėra sudėtinga. Tyrėjai teigia, kad jų modelis turėtų veikti ne tik pirmosiose, bet ir vėliau egzistavusiose daug dujų turinčiose galaktikose. Tokiu atveju jį būtų galima patikrinti gravitacinių bangų stebėjimais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės dažniausiai sukasi aplink savo ašį. Sukimasis iškreipia aplinkinę erdvę – ji taip pat ima suktis. Teoriškai šį sukimąsi įmanoma būtų panaudoti kaip variklį. Be to, besisukančios juodosios skylės gali netgi suformuoti kirmgraužas į kitas visatas ar Visatos dalis. Daugiau apie jas žiūrėkite PBS Space Time siužete:

***

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

Laiqualasse

3 komentarai

  1. Cia Musko palydovai laksto TKS kryptimi vienas po kito kas 3 laipsnius danguje ir sviesumas kaip TKS ar zvaigzdes?

    1. Taip, kol Starlink palydovai kyla į darbinę orbitą, jie matosi gerai. Pakilę jau tampa beveik neįžiūrimi plika akimi. Ir šiaip matosi tik vakare/paryčiais, kai Žemėje jau/dar tamsu, o juos dar/jau apšviečia Saulė.

  2. Skaiciau seniau kad matysis, bet kai pats pamatai tai nustembi kaip tokie mazi palydovai tokie sviesus, nemazas triuksmas astronomams. Paleidus visa tinkla turetu suksis ratu vorele vienas po kito 24/7.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *