Kąsnelis Visatos CDXXXVIII: Raiška

Ko labiausiai trūksta astronomams? Geresnės raiškos: ar tai būtų pajėgesni teleskopai, galintys detaliau pažvelgti į kosmose esančius objektus, ar skaitmeniniai modeliai, leidžiantys detaliau tuos objektus atkurti ir sekti jų evoliuciją. Gerėjant raiškai, padaroma vis įdomesnių atradimų: praėjusios savaitės naujienose randame magnetinių laukų Paukščių Tako centre modelius, naują būdą apskaičiuoti Hablo konstantai ir Rejonizacijos epochos pabaigos paieškas. Žinoma, ne viskas dar pavyksta – kvazarų čiurkšlių formos analizė dar įmanoma tik patiems artimiausiems objektams. Tarp kitų naujienų – fermos Marse ir Mėnulyje, Saulės šviesos sukeliami uolienų skilimai asteroide, sudėtingų molekulių formavimasis tarpžvaigždiniuose debesyse ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Žemės mantija sugėrė deguonį. Žemės atmosferoje deguonies kiekis smarkiai išaugo prieš 2,4 milijardo metų. Tačiau fotosintetinantys organizmai atsirado keliais šimtais milijonų metų anksčiau. Kodėl deguonies kiekis neišaugo anksčiau? Naujame tyrime išnagrinėta mantijos uolienų įtaka. Idėja, kad cheminės reakcijos tarp atmosferos ir mantijos, vykstančios daugiausiai dėl ugnikalnių išsiveržimų, galėjo paveikti atmosferos sudėtį, nėra nauja, bet čia ji pirmą kartą išnagrinėta kiekybiškai. Ankstyvosios Žemės mantijoje buvo daug mineralų, kurie, veikiami karščio, išskirdavo vandenilio ir panašių dujų. Šios dujos per ugnikalnius patekdavo į atmosferą, kur reagavo su deguonimi, todėl deguonis atmosferoje ilgai neužsilikdavo. Bet laikui bėgant, tokios uolienos mantijoje tiesiog baigėsi, ir jų produktai nustojo šalinti deguonį iš atmosferos. Taigi galiausiai deguonies kiekis atmosferoje ėmė augti. Naujajame tyrime, apskaičiavus tikėtiną mantijos uolienų sudėtį jaunoje Žemėje bei vulkanizmo evoliuciją laikui bėgant, nustatyta, kad deguonies šalinimas sulėtėjo prieš 2,5 milijardo metų arba mažiau. Šis atradimas leidžia spręsti, kad panaši situacija gali egzistuoti ir uolinėse egzoplanetose – pirmus pusantro-du milijardus metų po susiformavimo jų atmosferose deguonis negalėtų išsilaikyti dėl greitų reakcijų su mantijos medžiaga. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Marso fermų planai. Kai žmonės pradės gyventi Marse, jiems reikės tapti kuo labiau nepriklausomiems nuo Žemės. Tarp kitų iššūkių bus ir maisto gamyba – ir, idealiu atveju, maistas neapsiribos vien bulvėmis ir vitaminų tabletėmis. Šiuo metu egzistuoja ne viena iniciatyva, skirta maisto gamybos už Žemės ribų vystymui. Štai grupė mokslininkų planuoja, kaip būtų galima Mėnulyje arba Marse įrengti fermas, naudojant vietines žaliavas. Tai būtų pirmas šių dangaus kūnų teraformavimo – pavertimo panašiais į Žemę – žingsnis. Koncepcija paremta dumblių auginimu: maitinami anglies dvideginiu, iš vietinio ledo išgaunamu vandeniu, žmonių veiklos atliekomis bei Saulės šviesa, šie augalai gali pagaminti daug biomasės, kuri, chemiškai apdorota, gali tapti įvairiais bioplastikais. Vienas svarbiausių bioplastikų yra polietileno furandikarboksilatas, arba PEF, kurį galima panaudoti kaip rišančiąją medžiagą gaminant struktūras iš Mėnulio ar Marso paviršiaus dulkių. Taigi toks šiltnamis gamintų ir deguonį, ir statybines medžiagas, o šalia galėtų augti ir maistiniai augalai. Įrengti virš kolonijos, jie taip pat veiktų kaip apsauginis sluoksnis nuo žalingos spinduliuotės. Detalesnį aprašymą rasite straipsnyje.

Kitas, ambicingesnis, bet mažiau išvystytas projektas yra Mars City Design – nuo 2015 metų rengiamas konkursas Marso miestų idėjoms. Kasmet konkurso tema susijusi su kuriuo nors svarbiu tokio darbo aspektu, pavyzdžiui robotika ar transporto sistemomis. Šių metų konkurso tema – maisto gamyba Marso miestuose. Marso gyvenvietės turės kartu būti ir fermos, nes maisto gamyba atskirai nuo žmonių gyvenamos erdvės yra nepraktiška. Taip pat svarbu, kad Marso kolonistai gautų visavertį maistą, tad konkurso dalyviai kviečiami siūlyti idėjas ne tik lengvai auginamiems, bet ir sudėtingiems maisto produktams pagaminti. Konkurso rengėjai tikisi, kad idėjos, skirtos Marsui, paskatins ir inovatyvių sprendimų diegimą Žemėje, kur miestų aplinka taip pat gali būti išnaudota jei ne maisto gamybai, tai bent jau žaliųjų plotų didinimui. Plačiau apie konkursą skaitykite Mars City Design puslapyje.

***

Šviesa skaldo Bennu uolienas. Kosminiuose objektuose, kurie neturi atmosferos, paviršiaus uolienos vis tiek po truputį nyksta. Tą galima suprasti iš regolito – paviršinių dulkių – egzistavimo. Ilgą laiką manoma, kad už tai atsakinga Saulės šviesa. Dienos ir nakties temperatūra be atmosferos skiriasi labai stipriai, tad uolienos nuolatos plečiasi ir traukiasi ir gali suskilinėti. Bet iki šiol nepavyko tokių skilimų pademonstruoti jokiame objekte, kur tikrai nevyksta kiti irimo procesai, ar susiję su atmosfera, ar su, pavyzdžiui, vidiniais drebėjimais. Dabar, remdamiesi Osiris-Rex zondo surinktais duomenimis, mokslininkai nustatė, kad asteroido Bennu paviršiuje toks skilinėjimas tikrai vyksta. Bennu aplink savo ašį apsisuka per 4,3 valandos, taigi paviršiaus temperatūra ten keičiasi labai dažnai. Osiris-Rex nuotraukose matyti įvairūs uolienų įskilimai, puikiai atitinkantys būtent šiluminio skilimo prognozes. Nei meteoroidų smūgiai, nei cheminiai procesai tokių įskilimų – pailgų, aštriais kraštais, su atskylančiais mažesniais fragmentais – sukelti negali. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Titanas bėga nuo Saturno. Planetos aplink Saulę ir palydovai aplink planetas skrieja ne visiškai nekintančiomis orbitomis: dėl sąveikos su kitais kūnais ir netgi dėl pagrindinio kūno formos netolygumų orbita nuolatos po truputį kinta. Naujame tyrime parodyta, kad Saturno palydovas Titanas nuo planetos tolsta net 100 kartų greičiau, nei buvo manoma iki šiol. Pagrindinis procesas, verčiantis palydovus tolti nuo Saturno, yra potvyninė sąveika, panaši į sąveiką tarp Žemės ir Mėnulio. Saturnas daugiausiai sudarytas iš dujų, todėl yra daug paslankesnis, nei Žemė, ir palydovai nuo jo galėtų tolti sparčiau. Įprasti modeliai teigia, kad migracijos sparta labai sparčiai slopsta, didėjant atstumui, tad tokie palydovai, kaip Titanas, turėtų beveik nemigruoti – nutoltų nuo Saturno tik po milimetrą per metus. Visgi dabar paaiškėjo, kad yra kitaip. Naujojo tyrimo autoriai panaudojo astrometrinius – Saturno ir Titano padėties tolimų žvaigždžių atžvilgiu – bei Cassini radiometrinius – palydovą veikiančių jėgų – duomenis ir apskaičiavo, kad Titanas nuo Saturno tolsta apie 11 centimetrų per metus. Tai taip pat reiškia, kad Titanas greičiausiai susiformavo trigubai arčiau Saturno, nei yra dabar, o kiti planetos palydovai per puspenkto milijardo metų taip pat numigravo tolyn nuo jos. Kodėl Titanas tolsta daug sparčiau, nei buvo skaičiuojama iki šiol? Greičiausiai tai vyksta dėl rezonanso: Titano keliami potvyniai sukuria stovinčią bangą Saturno gelmėse, banga iškreipia Saturną ir efektyviai lėtina jo sukimąsi, o ši energija perduodama palydovui. Kai kurias šio tyrimo prognozes galbūt bus galima patikrinti nusiuntus į Titaną dedikuotą tyrimų zondą; NASA tokią misiją planuoja išsiųsti 2026 metais. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Heliopauzės pokyčiai. Saulės aktyvumas kinta maždaug 11 metų trukmės ciklu. Ciklo pradžioje ir pabaigoje Saulė yra neaktyvi, jos vėjas silpnesnis, žybsnių ir vainikinės masės išmetimų – mažiau; ciklo viduryje visi šie aktyvumo indikatoriai sustiprėja. Logiška manyti, kad šie pokyčiai atsiliepia ir heliopauzėje – zonoje, kur Saulės vėjas susiduria su tarpžvaigždine medžiaga. Heliopauzė nutolusi apie 90 astronominių vienetų nuo Saulės – 90 kartų toliau, nei Žemė. Naujame tyrime pristatyti NASA zondo IBEX (Interstellar Boundary EXplorer) duomenys, surinkti 2009-2019 metų laikotarpiu, t. y. apimantys visą Saulės aktyvumo ciklą. IBEX skrieja orbita aplink Žemę; zondo misija prasidėjo 2008 metų pabaigoje ir buvo planuota vos dvejiems metams, bet tęsiasi iki šiol. Panaši ilgalaikė duomenų analizė buvo atlikta ir anksčiau, paskutinėje buvo nagrinėjami 2009-2016 metų stebėjimai. IBEX fiksuoja energingus neutralius atomus – tai greičiausiai yra Saulės vėjo jonai, kurie sąveikavo su tarpžvaigždine medžiaga, pasigavo elektronų ir tapo neutralūs. Nuskristi nuo Saulės iki heliopauzės jiems reikia maždaug metų, dar tiek pat užtrunka kelionė atgal iki Žemės, taigi stebimas šių dalelių srautas turėtų koreliuoti su maždaug dvejų metų senumo Saulės aktyvumu. 2014 metais Saulės aktyvumas pasiekė maksimumą. 2016 metais pastebėtas energingų neutralių atomų srauto padidėjimas iš vienos pusės, kur heliopauzė yra arčiausiai Saulės. Iki 2019 metų srautas išplito ir dabar atskrieja iš daugelio krypčių; 2018 metais išplitimas apėmė pietinį dangaus ašigalį, pernai – ir šiaurinį. Be to, 2018 metais iš artimiausios heliopauzės dalies srautas sustiprėjo – tai galimai reiškia, kad tuo metu IBEX pradėjo pasiekti dalelės, kadaise priklausiusios lėtesnei Saulės vėjo komponentei. Apskritai, reaguodama į aktyvumo maksimumą, heliosfera ėmė pūstis ir pučiasi iki šiol. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Supplement.

***

Ar gali virusai keliauti tarp planetų? Ir apskritai, kuo jie svarbūs ne tik gyvybei, bet ir visai planetinei – o gal net tarpplanetinei – aplinkai? Apie tai pasakoja PBS Space Time:

***

Gyvybei reikalingų junginių kilmė. Daugybė gyvybei reikalingų junginių susiformavo kosmose, o į Žemę juos atnešė meteoritai ir kometos. Kol kas neaišku, kaip jie ten atsiranda; daugelis sudėtingų organinių molekulių randamos žvaigždėdaros regionuose, taigi greičiausiai jų formavimuisi svarbūs būtent ten vykstantys procesai. Pavyzdžiui, kai kurie modeliai remiasi scenarijumi, pagal kurį molekulės formuojasi ant ledo kristalų, kuriuos apšvitina ultravioletinė aplinkinių žvaigždžių bei besiformuojančių prožvaigždžių spinduliuotė, o vėliau nuo jų nugaruoja. Naujame tyrime mokslininkai nustatė, kad įvairūs sudėtingi junginiai žvaigždėdaros regionuose susiformuoja netgi anksčiau, nei pačios žvaigždės. Astronomai stebėjimams pasirinko 31 tankų dujų gumulą Tauro molekuliniame debesyje; nei viename gumule žvaigždė dar nėra įsižiebusi – kai kuriuose jos formuojasi, kituose net ir prožvaigždžių nėra. Visuose gumuluose aptikta metanolio, o 22-uose – dar ir acetaldehido. Tai reiškia, kad šios molekulės formuojasi dujinėje fazėse (jei jos būtų ledo kristaluose, spektre nesimatytų) ir gerokai anksčiau, nei žvaigždės bei planetos. Kol kas neaišku, ar acetaldehidas formuojasi iš metanolio, ar kitu būdu – ieškant atsakymo padėtų aukštesnės erdvinės skyros duomenys, kurie leistų geriau susieti šių molekulių gausos pokyčius skirtingose gumulų vietose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Besiformuojanti dvinarė žvaigždė IRAS 16293-2422. Šaltinis: MPE

Štai taip atrodo gimstanti dvinarė žvaigždė. Gyvatnešio Ro tarpžvaigždiniame debesyje esanti pora ilgai slėpėsi nuo astronomų, nes tankios aplinkinės dujos trukdė pamatyti objekto struktūrą. Naujausi stebėjimai atskleidė daug geresnį vaizdą: dvi žvaigždės, kurias skiria atstumas, maždaug lygus Plutono nuotoliui nuo Saulės. Aplink vieną jų išskirtas ir Saturno orbitos dydžio protoplanetinis diskas, mažesnis diskas aplink antrąją žvaigždę dar neįkandamas šiandieniniams stebėjimams.

***

Juodosios skylės magnetizmas. Paukščių Tako centre esanti juodoji skylė, Šaulio A*, yra labai neaktyvi – medžiaga į ją krenta labai lėtai. Tam yra keletas priežasčių: medžiagos ten yra mažai, be to, jos kritimui priešinasi magnetinis laukas. Pati juodoji skylė magnetinio lauko neturi, bet į ją krentančios medžiagos besisukantis srautas sukuria magnetinio lauko linijas, kurios gali sustabdyti tolesnį medžiagos kritimą – tai vadinama „magnetiškai sulaikytu“ srautu. Naujame tyrime bandoma tokio srauto evoliuciją nagrinėti kelių mastelių skaitmeniniais modeliais. Magnetinio lauko ir krentančios medžiagos sąveika prasideda ties arti Šaulio A* esančiomis žvaigždėmis, kurių vėjai suformuoja srautą, o baigiasi ties juodosios skylės įvykių horizontu. Žvaigždės yra kelis milijonus kartų toliau, nei įvykių horizonto spindulys, o tokio masto skaitmeninių modelių šiandieniniais kompiuteriais suskaičiuoti neįmanoma. Taigi tyrėjai pasirinko skaičiuoti tris modelius. Pirmajame buvo apskaičiuotos 30-ies artimų labai stiprius vėjus pučiančių žvaigždžių orbitos tūkstančio metų laikotarpiu. Antrajame nagrinėtas šių žvaigždžių išmetamų vėjų judėjimas, sąveika su magnetiniu lauku ir kritimas juodosios skylės link. Trečiajame ištirtas dujų judėjimas taip arti juodosios skylės, kad būtina atsižvelgti ir į reliatyvistinius efektus, ir sukurtos radijo bangų spinduliuotės prognozės. Rezultatai rodo, kad medžiagos srautas aplink Šaulio A* tikrai turėtų būti magnetiškai sulaikytas. Problema su prognozių patikrinimu yra ta, kad radijo bangų vaizdas kinta sekundžių laiko skale, taigi bet kokia šiuo metu įmanoma nuotrauka būtų labai išskydusi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kvazarų čiurkšlių forma. Daugelis aktyvių galaktikų branduolių išmeta čiurkšles – labai greitus medžiagos srautus, lekiančius tolyn nuo centrinės juodosios skylės ir ją supančio krentančių dujų srauto. Toldamos nuo centro čiurkšlės plinta, bet tikslią jų formą nustatyti sudėtinga. Naujame tyrime nustatyta, kad arti juodosios skylės jos dažnai yra parabolinės, o nutolusios tampa kūginėmis. Išnagrinėję 367 čiurkšlių nuotraukas, tyrėjai identifikavo formos pokytį dešimtyje iš jų; likusios nuotraukos tam buvo pernelyg prastos kokybės. Visos dešimt čiurkšlių – iš 29, esančių panašiu atstumu nuo mūsų – kinta būtent iš parabolinės į kūginę. Forma pakinta maždaug 100 tūkstančių – milijoną kartų didesniu atstumu, nei įvykių horizonto spindulys. Panašu, kad šis atstumas atitinka atstumą, ties kuriuo čiurkšlės kinetinė energija susilygina su magnetinio lauko energija, tačiau kol kas neaišku, ar tai yra pagrindinė pokytį nulemianti priežastis. Aukštesnės raiškos stebėjimai ateityje leis pagerinti ir stebėjimų statistiką, ir supratimą apie fizikinius procesus, veikiančius čiurkšlių evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Rejonizacijos pabaigos paieškos. Praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, besiplečianti Visata atvėso tiek, kad fotonai praktiškai nustojo sąveikauti su medžiaga, elektronai ir jonai susijungė į neutralius vandenilio atomus, ir prasidėjo Tamsieji amžiai. Tamsieji todėl, kad nebuvo nei kam šviesti, nei ką apšviesti. Po poros šimtų milijonų metų įsižiebė pirmosios žvaigždės, kurios, kaip ir pirmieji aktyvūs galaktikų branduoliai, per dar kelis šimtus milijonų metų vėl jonizavo didžiąją dalį Visatos dujų. Tamsieji amžiai bei Rejonizacijos epocha yra bene mažiausiai ištirti Visatos evoliucijos etapai, bet naujausi radijo teleskopai yra pakankamai geri, kad pajėgtų užfiksuoti iš tų laikų sklindančius signalus. Pagrindinis signalas yra neutralaus vandenilio spektro linija, kurios ilgis 21 centimetras, bet dėl Visatos plėtimosi ji stebima didesnio ilgio diapazone. Naujame tyrime pristatyti iki šiol detaliausi šio signalo stebėjimai 157-170 centimetrų bangos ilgio ruože. Tiek išplitusi banga rodo signalą, atsklindantį iš laikų, kai Visatos amžius buvo 750-850 milijonų metų. Australijoje esančiu Murchison Widefield Array radijo antenų masyvu atlikti stebėjimai parodė, kad dujų temperatūros netolygumai buvo didesni, nei 0,05 kelvino – tokia, panašiausia, temperatūra gauta nagrinėjant skirtumus maždaug 1,6 megaparsekų atstumais. Nors skirtumas gali atrodyti mažytis, jis yra gerokai didesnis, nei kosminės foninės mikrobangės spinduliuotės, kuri atspindi medžiagos temperatūrų skirtumus Tamsiųjų amžių pradžioje. Be to, netolygumai kitais masteliais gali būti gerokai didesni, taigi dujos tuo metu buvo reikšmingai paveiktos. Tai yra pirminė šių naujų duomenų analizė, tolesni stebėjimai ir analizė turėtų atskleisti daug daugiau detalių apie rejonizacijos proceso pabaigą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Hablo konstantos neaiškumai nenyksta. Hablo konstanta – arba parametras – nurodo, kaip sparčiai plečiasi Visata. Jis susieja atstumą iki tolimo objekto ir to objekto judėjimo tolyn nuo mūsų greitį. Ilgą laiką buvo žinoma, kad konstantos vertė yra apie 70 km/s vienam megaparsekui, bet matavimo paklaida viršijo 10%. Per pastarąjį dešimtmetį paklaida gerokai sumažinta, ir paaiškėjo, kad skirtingais metodais gaunama šiandieninė konstantos vertė yra nevienoda. Matuojant aplinkinių galaktikų judėjimą, gaunama vertė apie 74 km/s/Mpc, o apskaičiuojant konstantos evoliuciją nuo seniausių laikų pagal kosminės foninės spinduliuotės netolygumus – 68 km/s/Mpc. Yra įvairių bandymų paaiškinti šių neatitikimų kilmę: nuo egzotiškos fizikos, veikiančios Visatos evoliuciją, iki elementarių matavimo ar kalibracijos paklaidų. Viena tokia paklaida susijusi su atstumų iki aplinkinių galaktikų nustatymu. Jis remiasi keliais metodais: vienas tinka artimoms žvaigždėms, kitas – tolimesnėms žvaigždėms bei artimoms galaktikoms, dar vienas – tolimesnėms galaktikoms. Kiekvienas tolimesnis metodas kalibruojamas naudojant artimesnio rezultatus, o kiekviena sandūra gali įvesti papildomų paklaidų. Dabar pristatyti Hablo konstantos matavimo rezultatai, gauti remiantis megamazerių spinduliuote. Megamazeriai yra radijo bangų šaltiniai, susidarantys tankiuose tarpžvaigždiniuose debesyse, kuriuose yra vandens molekulių. Dažniausiai megamazeriai randami besisukantys aplink supermasyvias juodąsias skyles galaktikų centruose. Stebėdami galaktikos branduolį ir megamazerius, astronomai gali nustatyti ir fizinį atstumą tarp branduolio bei mazerio šaltinio, ir kampinį atstumą tarp jų dangaus skliaute. Šie du dydžiai leidžia apskaičiuoti ir atstumą iki galaktikos, visiškai nepriklausomai nuo kitų atstumo indikatorių. Šie stebėjimai pradėti neseniai, nes tik dabar teleskopai pasiekia pakankamai gerą erdvinę raišką, kad išskirtų megamazerius. Naujajame tyrime Hablo konstanta apskaičiuota remiantis šešių galaktikų stebėjimais. Gautoji vertė gana gerai sutampa su aplinkinių galaktikų judėjimo verte, ir yra reikšmingai didesnė už gaunamą iš kosminės foninės spinduliuotės. Taigi šis tyrimas panaikina vieną galimą reikšmingą paklaidos šaltinį ir sustiprina įtarimą, kad neatitikimas tarp Hablo konstantos verčių yra realių fizikinių skirtumų pasekmė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip visada, laukiu klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.