Kąsnelis Visatos CDXXXVI: Plitimas

Suslėgtas daiktas atleistas ima plėstis. Taip vyksta mūsų aplinkoje, taip pat – ir kosmose. Jei turime dujų gniužulą, kuris patenka į mažesnio slėgio aplinką, jis ima plėstis – bet tokį, dar nebaigusį plėstis ir garuoti, gumulą astronomai aptiko Fermi burbuluose Paukščių Take. Žiedas aplink Marsą, kuris ten greičiausiai kadaise buvo, plėtėsi ne dėl slėgio, o dėl gravitacinių sąveikų, bet jo palikimą galbūt galime matyti ir šiandien – Deimo orbitoje bei Fobo paviršiuje. Žvaigždžių spiečius, veikiamas Galaktikos gravitacijos, subyra, o jo liekanos plečiasi į ilgą uodegą – viena tokia aptikta Saulės kaimynystėje. Dar netoli Saulės aptikta besiplečiančio supernovos sprogimo stumiama banga, švytinti UV ruože. Tarp kitų naujienų rasite juodųjų skylių formavimąsi ir augimą, naikinamus protoplanetinius diskus ir dar šį tą. Gero skaitymo!

***

Saulės vainiko kaitinimas. Saulės paviršius yra karštas – temperatūra ten siekia apie 5700 kelvinų. Bet žvaigždę supantis daug retesnis vainikas – dar karštesnis, kelių milijonų laipsnių. Vainiko karštis išmatuotas prieš pusšimtį metų, bet procesai, įkaitinantys plazmą, kol kas neišaiškinti. Neabejojama, kad jie susiję su Saulės magnetiniu lauku, kuriame sukaupta daugiau nei pakankamai energijos, reikalingos aukštai vainiko temperatūrai palaikyti, tačiau neaišku, kaip magnetinė energija perduodama plazmai. Vien Saulės žybsnių tam neužtenka – jie vyksta pernelyg retai ir yra lokalūs reiškiniai, tad jei vainiką kaitintų vien žybsniai, jo temperatūra būtų labai skirtinga skirtingose Saulės vietose bei skirtingu metu. Egzistuoja hipotezė, kad vainike vyksta daugybė mikrožybsnių, arba mažyčių sprogimų, tačiau iki šiol jų nepavyko aptikti. Kiekvienas mikrožybsnis turėtų išspinduliuoti šiek tiek ultravioletinių ir rentgeno spindulių, bet panašu, kad šiandieniniai teleskopai nepajėgia jų aptikti. Bet mikrožybsniai taip pat skleidžia ir radijo bangas, o naujame tyrime jas užfiksuoti pavyko. Naudodami bene geriausią šiandieninį radijo bangų teleskopą, Murchison Widefield Array, tyrėjai nustatė, jog Saulėje nuolatos vyksta mažyčiai radijo bangų žybsniai. Jie yra apie šimtą kartų silpnesni, nei silpniausi anksčiau aptikti sprogimai, bet vyksta visame žvaigždės vainike – net ir ten, kur magnetinis laukas gana silpnas. Žybsnių metu išskiriamos energijos pakanka aukštai vainiko temperatūrai palaikyti. Nors šis atradimas neatsako į visus klausimus apie vainiko kaitinimą – pavyzdžiui, vis dar lieka neaiškus tikslus mikrožybsnių susidarymo mechanizmas – jis yra reikšmingas žingsnis link supratimo apie Saulės vainiko savybes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ką Saulės žybsniai reiškia mums? Dažniausiai – šiaurės pašvaistes. Kartais – pavojų palydovams ir jautriai elektronikai. Dar rečiau – didesnius pavojus. Apie juos visus pasakoja Kurzgesagt:

***

Veneros „ugnies žiedas“. Šaltinis: Shahrin Ahmad

Praeitą savaitę įvyko Veneros žemutinė konjunkcija – planeta praskriejo beveik tiksliai tarp mūsų ir Saulės. Stebint iš Žemės, Venera nekirto Saulės disko – tokiu atveju būtų matomas tranzitas, bet jo teks palaukti beveik šimtą metų. Visgi arti Saulės esanti Venera taip pat buvo įdomi stebėtojams, mat ją apjuosė šviesi aureolė, vadinama „ugnies žiedu“. Saulės šviesa apšviečia planetos atmosferą, o dalis šviesos, ją praėjusi, pasiekia ir mus. Būtent šis reiškinys buvo pirmasis įrodymas, kad Venera turi tankią ir storą atmosferą. Netolygumai, matomi žiedo nuotraukose, greičiausiai susiję su debesų sluoksniais, kurie Saulės šviesą praleidžia nevienodai. Artimos Saulei Veneros konjunkcijos kartojasi maždaug kas aštuonerius metus; tarp jų būna tolimesnės konjunkcijos, kurių metu įmanoma pamatyti Venerą net ir plika akimi, bet ugnies žiedo išvysti tikrai nepavyks.

***

Marsas kadaise turėjo žiedą. Marsas turi du palydovus – Fobą ir Deimą. Jie abu yra mažyčiai, Fobas 11 kilometrų skersmens, Deimas vos šešių. Deimas nuo Marso nutolęs truputį daugiau, nei Fobas, o jo orbita pasvirusi į Marso pusiaujo plokštumą. Šis posvyris nedidelis – vos du laipsniai – bet jo kilmė nėra aiški. Marso gravitacija traukia Deimą prie pusiaujo plokštumos, tad per kelis milijardus metų plokštumos turėtų susivienodinti. Vienas galimas nevienodumo paaiškinimas – Deimas praeityje sąveikavo su kitu Marso palydovu. Naujame tyrime ši idėja nagrinėjama skaitmeniniais metodais. Taip tyrėjai nustatė, kad hipotetinis palydovas turėtų būti apie 20 kartų masyvesnis už Fobą. Jis turėjo judėti tolyn nuo Marso, kol galiausiai paliko sistemą. Palydovas šitaip galėtų judėti sąveikaudamas su dulkių ir nuolaužų žiedu, juosiančiu Marsą. Scenarijus skamba ganėtinai hipotetiškai, bet jis puikiai dera su anksčiau paskelbtu Fobo evoliucijos modeliu: šis palydovas greičiausiai yra ankstesnio, didesnio palydovo liekana, susidariusi po to, kai didesnis palydovas subyrėjo, veikiamas Marso gravitacijos. Subyrėjęs palydovas turėjo palikti žiedą, o dalis jo galėjo pabėgti ir tolyn nuo Marso, pakeliui iškreipdama Deimo orbitą. Šis modelis prognozuoja, kad Fobo paviršius turėtų būti daug jaunesnis, nei Deimo – tą galbūt bus galima patikrinti dedikuotomis misijomis ateityje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Bennu ir Ryugu formavimasis. Asteroidas Ryugu, kurį neseniai lankė Japonijos misija Hayabusa 2, ir Bennu, aplink kurį šiuo metu skrajoja NASA zondas Osiris-Rex, yra šiek tiek suploti, o ties pusiauju – išsipūtę; savo forma jie primena vilkelius. Naujame tyrime pademonstruota, kaip tokie asteroidai gali susiformuoti. Pasitelkę skaitmeninius modelius, mokslininkai ištyrė, kaip vystosi asteroido liekanų debesis, asteroidui subyrėjus po stipraus smūgio. Paaiškėjo, kad dalis liekanų dažnai gali sukibti į naują asteroidą su išsipūtusiu pusiauju. Iš esmės naujai besiformuojančiame asteroide aplink pusiaują susidaro didžiulis kalnagūbris. Tokie asteroidai vadinami „nuolaužų krūvomis“ (angl. „rubble pile“) – Bennu ir Ryugu kaip tik priklauso šiai kategorijai. Šis modelis taip pat paaiškina kraterių egzistavimą ties asteroidų pusiauju; alternatyvūs jų formavimosi modeliai prognozuoja, kad kalnagūbris turėtų susiformuoti vėlyvais laikais, todėl ant jo rasti kraterį tikimybė labai menka. Tyrime bandoma atsakyti į klausimą ir apie vieną asteroidų skirtumą: Ryugu paviršiuje yra gerokai mažiau vandeningų mineralų – molio ir jo atmainų – nei Bennu. Modeliai rodo, kad susiformavusios „nuolaužų krūvos“ gali turėti įvairų vandens kiekį paviršiuje. Kelios priežastys, kodėl vandens kiekis skiriasi, yra susijusios su medžiaga, iš kurios formavosi naujasis asteroidas. Jei medžiaga daugiausiai kilo iš motininio kūno paviršiaus, joje galėjo būti daug daugiau vandens, nei gelmių medžiagoje; taip pat medžiaga toli nuo smūgio taško įkaito mažiau, todėl išlaikė daugiau vandens, nei arti smūgio vietos buvusioji. Nors kol kas neįmanoma pasakyti, kuris iš šių skirtumų, o gal nei vienas, paaiškina Bennu ir Ryugu paviršiaus skirtumus, tą galbūt padės padaryti misijų pargabentų asteroidų medžiagos mėginių analizė. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

`Oumuamua – vandenilio aisbergas? 2017 metais pro Saulės sistemos vidinę dalį praskrido pirmasis žinomas tarpžvaigždinis kūnas – `Oumuamua (šis žodis havajietiškai reiškia „Žvalgą“). Nuo tada netyla diskusijos apie jo kilmę. Bet koks kilmės modelis turi paaiškinti kelias keistas kūno savybes: jis yra pailgas, daugmaž cigaro formos, o priskridęs arti Saulės ėmė garuoti ir greitėti, tačiau tų garų nesimatė, taigi garuose buvo mažai vandens ar anglies monoksido. Dabar paskelbta nauja intriguojanti hipotezė, jog tai galėtų būti iš vandenilio molekulių sudarytas ledkalnis. Vandenilio ledas garuoja labai žemoje, -259 Celsijaus laipsnių temperatūroje, o išgaravęs praktiškai nei skleidžia, nei sugeria, nei atspindi šviesos, todėl yra nematomas. Tai paaiškina, kodėl nebuvo matomi jokie iš `Oumuamua sklindantys garai, objektui greitėjant. Iš kitos pusės, garavimas turėjo prasidėti gerokai anksčiau, nei pastebėtas greitėjimas; tai paaiškina keistą objekto formą. Tyrėjai procesą lygina su muilo gabaliuku: tik išpakuotas jis yra stačiakampio gretasienio formos, o vartojamas tampa vis labiau paplokščias ir pailgas. Taip ir `Oumuamua garuodamas galėjo pakeisti formą iš daugmaž elipsoido į pailgą cigarą. Toks ledkalnis galėjo susiformuoti tarpžvaigždinio molekulinio debesies gelmėse, kur yra labai šalta ir nepatenka ultravioletinė spinduliuotė, ardanti molekules. Tyrėjų teigimu, panašių objektų Galaktikoje gali būti daugybė, tad tik laiko klausimas, kol pro Saulės sistemą praskris dar vienas. Detaliai jį tyrinėdami galėtume daugiau sužinoti ir apie molekulinių debesų centrus, kuriuose formuojasi žvaigždės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Spiečiuje sunykę protoplanetiniai diskai. Westerlund 2 yra labai jaunas masyvus žvaigždžių spiečius, nuo Saulės nutolęs maždaug šešių kiloparsekų atstumu. 1-2 milijonų metų amžiaus struktūroje žvaigždės vis dar formuojasi. Aplink jas turėtų egzistuoti ir protoplanetiniai diskai, kurie įprastai išlieka kelias dešimtis milijonų metų. Tačiau trejus metus trukę Westerlund 2 stebėjimai parodė, kad bent dalis žvaigždžių centrinėje spiečiaus dalyje diskų neturi. Tyrime buvo koncentruojamasi į žvaigždžių spinduliuotės kitimą laikui bėgant. Dauguma jaunų žvaigždžių kartais pritemsta, nes tarp jų ir mūsų praslenka dalis jų protoplanetinio disko. Westerlund 2 irgi atrasta tokių pritemstančių žvaigždžių, bet tik spiečiaus pakraščiuose, o centre jų – labai mažai. Tankiausiose spiečiaus vietose tokių žvaigždžių nėra apskritai. Taigi galima daryti išvadą, kad tos žvaigždės neturi protoplanetinių diskų. Tyrėjai identifikavo 30 labai masyvių žvaigždžių, kurių skleidžiamos ultravioletinės spinduliuotės užtenka išgarinti aplinkinių žvaigždžių diskams per mažiau nei du milijonus metų. Taigi spiečiai, atrodo, yra prasta aplink planetų formavimuisi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių juosta Saulės kaimynystėje. Žvaigždės Galaktikos diske nėra pasiskirsčiusios atsitiktinai – jos būriuojasi į įvairias struktūras. Vienas struktūrų tipų yra potvyninės uodegos, atsirandančios, kai pro šalį skrendanti arba į Paukščių Taką krentanti nykštukinė galaktika netenka dalies žvaigždžių. Dabar netoli nuo Saulės aptikta žvaigždžių juosta, panaši į potvyninę uodegą. Netoli Oriono žvaigždėdaros regiono aptiktas paplokščias žvaigždžių telkinys – jo ilgis ir plotis viršija 200 parsekų, o storis tesiekia 80 parsekų. Atstumas iki Saulės – apie 310 parsekų. Tyrėjų pramintas „gyvate“ telkinys turi apie 2000 panašia kryptimi judančių narių, kurios identifikuotos nagrinėjant Gaia kosminiu teleskopu surinktus žvaigždžių duomenis. Juosta negali būti nykštukinės galaktikos palikimas, nes jos žvaigždžių amžius tėra 30-40 milijonų metų, o taip neseniai jokia nykštukinė galaktika į Paukščių Taką neįkrito. Tyrėjų teigimu, tai greičiausiai yra byrantis jaunas žvaigždžių spiečius. Struktūros „galvoje“ aptikti du sutankėjimai, kurie greičiausiai yra pirminio spiečiaus brnaduolio liekanos. Tokia konfigūracija greičiausiai reiškia, kad spiečius patyrė keletą ardančių sukrėtimų; tiesa, kol kas nežinia, koks efektas galėjo taip greitai spiečių ištempti į daugiau nei 200 parsekų ilgio juostą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supernovos sprogimas virš Galaktikos. Mūsų matomas Visatos vaizdas nemažai priklauso nuo artimiausios Saulės sistemos aplinkos – dujų ir dulkių debesų bei juostų, kurie užstoja dalį vaizdo. Daugmaž Didžiosios Lokės žvaigždyno kryptimi tokių trukdžių yra nedaug. Dabar grupė mokslininkų galimai išsiaiškino, kodėl: daugmaž ten, virš Paukščių Tako disko, kadaise sprogo supernova, kurios sprogimo banga išstumdė dujas. Bangos požymis yra ilga, daugiau nei 30 laipsnių besidriekianti ultravioletinės spinduliuotės arka. Viena jos dalis aptikta dar 1997 metais, vėliau kelis gabalus aptiko astronomai mėgėjai, stebėdami dangų regimųjų spindulių teleskopais. Dabar senesni stebėjimai ir nauji duomenys surinkti į vientisą vaizdą. Pratęsus arką iki pilno apskritimo, jo skersmuo būtų apie 60 laipsnių. Arka yra mažiau nei vieno laipsnio storio, taigi švytėjimą sukelia labai siauras dujų pluoštas. Įprastai ultravioletinė spinduliuotė, ypač Saulės aplinkoje, yra atspindžiai nuo tarpžvaigždinių dulkių, bet arka nesutampa su jokia aiškia dulkių sankaupa. Taigi didžiausia tikimybė, kad švyti suspaustos įkaitintos dujos, paveiktos smūginės bangos. Sprogimas, sukūręs bangą, greičiausiai įvyko maždaug 200 parsekų atstumu prieš 100 tūkstančių metų arba seniau. Ateityje tyrėjai tikisi patikslinti šiuos skaičius ir kartu geriau suprasti tarpžvaigždinės Saulės aplinkos savybes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Fermi burbuluose plintantis vandenilis. Prieš kiek daugiau nei dešimt metų abipus Paukščių Tako disko atrasti du didžiuliai karštų dujų burbulai. Jie pavadinti Fermi burbulais pagal teleskopą, kurio surinktuose duomenyse pirmą kartą pastebėti. Burbulai kyla daugmaž iš Galaktikos centro, o jų aukštis viršija atstumą nuo centro iki Saulės. Laikui bėgant, struktūrų egzistavimas patvirtintas ir kitais būdais – pavyzdžiui, aptiktos karštos dujos, sugeriančios tolimų aktyvių galaktikų spinduliuotę, o tų dujų judėjimas byloja, kad jos plinta į šonus dėl aukšto slėgio burbulo viduje. O dabar pirmą kartą aptikta tokių besiplečiančių dujų skleidžiama spinduliuotė. Jonizuoto vandenilio spinduliuotė aptikta ta pačia kryptimi, kaip seniau užfiksuota kvazaro PDS 456 spinduliuotės sugertis. Spinduliuojančios dujos artėja mūsų link daugiau nei 200 kilometrų per sekundę greičiu, panašiai, kaip ir spinduliuotę sugeriančios dujos. Žinodami dujų sugerties stiprumą ir spinduliuotės intensyvumą, mokslininkai taip pat gali apskaičiuoti jų tankį ir temperatūrą. Pasirodo, dujų tankis yra apie du atomus kubiniame centimetre – truputį aukštesnis, nei tipinis dujų tankis Galaktikos diske. Bet šios dujos yra ne diske, o gerokai retesniame Paukščių Tako hale, taigi jų tankis, palyginus su aplinka, labai didelis. Gana aukštas ir jų slėgis. O štai spinduliuojančio regiono dydis turbūt nėra didelis, nesiekia net vieno parseko. Tai greičiausiai reiškia, kad spinduliuotė sklinda iš mažo tankaus dujų gumuliuko, kuris išlėkė iš centrinių Galaktikos dalių kartu su besiplečiančiais burbulais ir kol kas nespėjo išgaruoti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supermasyvių žvaigždžių formavimosi modeliai. Beveik kiekvienos galaktikos centre egzistuoja supermasyvi juodoji skylė, kurios masė gali siekti nuo kelių dešimčių tūkstančių iki dešimčių milijardų Saulės masių. Jos susiformavo Visatos jaunystėje; vėliau jos augo, rydamos dujas ir žvaigždes, bet greičiausiai nuo pat pradžių buvo daug masyvesnės už tas, kurios atsiranda po supernovų sprogimų. Viena supermasyvių juodųjų skylių atsiradimo hipotezė teigia, kad pirmykštėje Visatoje galėjo formuotis supermasyvios žvaigždės – šimtų tūkstančių Saulės masių dujų telkiniai, kurie susispausdavo, trumpam įsižiebdavo kaip žvaigždės, ir greitai kolapsuodavo į juodąsias skyles. Šiandieninėje Visatoje žvaigždės nebūna masyvesnės nei maždaug 150 Saulės masių, nes bet koks masyvesnis dujų telkinys dar besitraukdamas suskiltų į mažesnius. Skilimą iš dalies nulemia sunkesnių už helį cheminių elementų – astronomijoje jie vadinami metalais – kiekis dujose; kuo tokių elementų mažiau, tuo fragmentacija mažiau efektyvi. Visgi ji turėtų vykti net ir tada, kai metalų dalis tėra milijoną kartų mažesnė, nei šiandien. Tad greičiausiai dujų debesys fragmentuoti pradėjo vos pora šimtų milijonų metų po Didžiojo sprogimo – netrukus po pirmųjų žvaigždžių susiformavimo. Per tiek laiko negalėjo susiformuoti pakankamai juodųjų skylių, kad užpildytų visas galaktikas, tad jų kilmės klausimas lieka neatsakytas. Naujame tyrime supermasyvių žvaigždžių hipotezė tiriama detaliau, pasitelkiant skaitmeninius modelius. Modeliai patvirtina, kad dujų debesys ima fragmentuoti, vos metalų dalis viršija kelias milijonąsias Saulės vertės. Tačiau kai metalų yra tiek nedaug, fragmentacija vyksta vangiai, ir debesies centre vis dar formuojasi supermasyvi žvaigždė. Jos gravitacija traukia likusias dujas ir stabdo aplink esančių žvaigždžių įsižiebimą, todėl debesyje susiformuoja viena supermasyvi ir keletas įprastos masės žvaigždžių. Supermasyvi žvaigždė vis dar gali duoti pradžią supermasyviai juodajai skylei, nors ir ne tokiai didžiulei, kaip labiau pirmykštėje sistemoje su mažesniu metalų kiekiu. Fragmentacija supermasyvių žvaigždžių atsiradimą sustabdo tik tada, kai metalų dalis pasiekia tūkstantąją dalį Saulės vertės. Tai nutinka maždaug per milijardą metų po Didžiojo sprogimo, o tiek laiko jau visai pakanka susiformuoti užtektinam juodųjų skylių skaičiui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodųjų skylių augimo pobūdis. Supermasyvios juodosios skylės, esančios galaktikų centruose, laikui bėgant auga. Tą jos daro iš principo dviem būdais: rydamos dujas ir žvaigždes arba jungdamosi tarpusavyje. Naujame tyrime bandoma įvertinti, kiek santykinai svarbūs šie būdai bendrai juodųjų skylių augimo istorijai Visatoje. Remdamiesi geriausiomis šiandieninėmis žiniomis apie aktyvių galaktikų – objektų, kuriuose centrinė juodoji skylė sparčiai ryja dujas ar žvaigždes – šviesio pasiskirstymą, bei galaktikų susiliejimų dažnumą, tyrėjai sukūrė juodųjų skylių augimo modelį. Jis leido įvertinti, kaip sparčiai skirtingos masės juodosios skylės skirtingais Visatos evoliucijos laikotarpiais auga dėl medžiagos rijimo ir dėl tarpusavio susiliejimų. Paaiškėjo, kad susiliejimai dominuoja tik dviem atvejais: palyginus mažoms, šimto tūkstančių Saulės masių neviršijančioms juodosioms skylėms per pirmą milijardą metų po Didžiojo sprogimo, ir masyvesnėms nei milijardo Saulės masių juodosioms skylėms paskutinius septynis milijardus metų; tiesa, iki šių dienų ši masės riba sumažėjo iki šimto milijonų Saulės masių. Visą likusį laiką ir kitos masės juodosios skylės daugiau auga rydamos medžiagą. Per artimiausią dešimtmetį pradėsiantys veikti nauji rentgeno spindulių teleskopai bei gravitacinių bangų detektoriai leis įvertinti juodųjų skylių populiacijas bei augimo spartą praktiškai visoje Visatoje; taip bus galima patikrinti ir šio tyrimo išvadas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš vasaros pradžios. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

2 komentarai

  1. Šiandieninėje Visatoje žvaigždės nebūna masyvesnės nei maždaug 150 Saulės masių, nes bet koks masyvesnis dujų telkinys dar besitraukdamas suskiltų į mažesnius.
    Pakomentuokit kodėsl žaigždė R136a1 yra dvigububai masyvesnė …

    1. Deja, tiksliai nepasakysiu, bet atsimenu, kad esam apie šitą žvaigždę diskutavę grupės seminare ir daugmaž bendra labiau pasikausčiusių kolegų išvada buvo tokia, kad jos masės vertinimai labai nepatikimi.
      Iš kitos pusės, jei įvertinimas ir geras ir jos masė tikrai >300 Saulės masių, tai reikia atsižvelgti, kad ji susiformavo ekstremalioje aplinkoje – masyviame spiečiuje, kuris yra masyvaus žvaigždėdaros regiono centre. Galbūt ten veikia dalis panašių procesų, kaip čia aprašytame modelyje, galbūt tai yra kelios į vieną susijungusios žvaigždės (visgi labai tankioje aplinkoje augo, galėjo ir susidurti).

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *