Kosmosas žmogiškais masteliais gali atrodyti stabilus ir nekintantis, bet per milijonus ar milijardus metų pokyčiai būna milžiniški. Daug reikšmės kitimui turi įvairūs sprogimai ar išsiveržimai – pavyzdžiui, supernovų sprogimai ir žvaigždžių vėjai praturtina tarpžvaigždinę terpę sunkesniais už helį cheminiais elementais. Apie tokį praturtinimą – anglimi – rašoma viename iš praėjusios savaitės tyrimų, kuriuos pristatau Kąsnelyje. Taip pat rasite naujienų apie neutrinus iš gyvenimą baigiančių žvaigždžių ir apie supernovų liekanų plitimą, veikiant magnetiniams laukams. Kitokie išsiveržimai – krateriai ir jų aplinka – padeda suprasti Mėnulio cheminę sandarą ir kelia klausimų apie jo kilmę. Kitose naujienose – naujoviška medžiaga astronautų apsaugai nuo žalingos spinduliuotės, trys tuoj išskrisiančios misijos į Marsą bei ryškiausias kvazaras. Gero skaitymo!

***

Magnetinio lauko apsivertimo prognozė. Žemės magnetosfera saugo mus nuo pražūtingų Saulės žybsnių ir kitų kosmoso pavojų. Magnetinį lauką planetai suteikia skystasis branduolys, sudarytas daugiausiai iš geležies. Judantys geležies srautai sukuria elektros srovę, kuri suformuoja magnetinį lauką. Magnetinis laukas nuolatos keičiasi, o uolienose randami pokyčių pėdsakai rodo, kad maždaug kas 200 tūkstančių metų jis išvis apsiverčia – šiaurinis ir pietinis poliai susikeičia vietomis. Apsivertimo metu kurį laiką magnetinis laukas labai nusilpsta, tad jei taip nutiktų dabar, žmonijai gali kilti daug problemų, nuo nebeveikiančių navigacijos sistemų iki vėžinių susirgimų šuolio. Pastaruoju metu stebimas magnetinio ašigalio judėjimo pagreitėjimas – dabar jis juda po kelis šimtus metrų per dieną. Daug tai ar mažai? Ar jau verta nerimauti? Naujame tyrime bandoma atsakyti į šį klausimą, pasitelkiant skaitmeninius modelius. Dar neseniai skaitmeniniai modeliai nebuvo pakankamai detalūs, kad galėtų atkurti magnetinio lauko struktūros detales Žemės paviršiuje, bet dabar situacija keičiasi. Naujajame tyrime apskaičiuoti Žemės magnetinio lauko pokyčiai 100 tūkstančių metų laikotarpiu, įskaitant magnetinio lauko apsivertimo įvykį. Nustatyta, kad prieš pat apsivertimą magnetinio lauko linijos bei magnetinio ašigalio padėtis gali dreifuoti daugiau nei 10 laipsnių per metus, arba 25 kilometrų per dieną, greičiu. Tai maždaug šimtą kartų viršija šiuo metu išmatuotas vertes, tad kol kas galime būti ramūs, kad magnetinis laukas apsiversti neturėtų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Selenomelaninas astronautų apsaugai. Vienas didžiausių pavojų astronautams, ypač už Žemės orbitos, yra spinduliuotė. Bet atmosferos ir magnetosferos teikiamos apsaugos, kosminiai laivai ir astronautai nuolat gauna didelę dozę ultravioletinės bei rentgeno spinduliuotės, kuri pažeidžia organizmus bei jautrius elektroninius prietaisus. Teoriškai erdvėlaivių korpusus galima daryti labai storus arba švininius, bet praktiškai tai neįmanoma dėl dviejų priežasčių. Pirma, astronautas su švininiu skafandru sunkiai galės atlikti reikalingas užduotis. Antra, iškelti švininius skydus į orbitą labai brangu. Taigi mokslininkai ieško alternatyvų, o viena jų – melaninas. Melaninas yra pigmentas, randamas daugelyje gyvų organizmų; žmonėse jis padeda apsisaugoti nuo ultravioletinės spinduliuotės. Yra daug melanino atmainų; naujame tyrime mokslininkai sukūrė dar vieną, bent kol kas gamtoje neaptiktą – selenomelaniną. Tai yra melaninas, praturtintas cheminiu elementu selenu, kuris gerai sugeria energingą spinduliuotę. Tada jie išbandė, kaip žmogaus odos ląstelės, padengtos įvairiomis melanino atmainomis, atlaiko dideles spinduliuotės dozes. Iš visų bandymų tik selenomelaninas apsaugojo ląsteles nuo rentgeno spinduliuotės, tuo tarpu kitos atmainos – feomelaninas ir eumelaninas – to padaryti nepajėgė. Selenomelaninas įdomus ir tuo, kad jį nesunku sintezuoti, naudojant sieros turintį feomelaniną bei aminorūgštį selenocisteiną. Taigi bent jau teoriškai ši medžiaga gali tapti puikia apsaugos priemone kosminių kelionių metu. Tyrimo rezultatai publikuojami ACS Publications.

***

Mėnulyje – daugiau metalų. Arti Mėnulio ašigalių esama kraterių, kurių dugno niekada neapšviečia Saulė. Juose gali būti daug vandens ledo, kuris būtų naudingas ten nuskridusiems žmonėms. Bet aptikti šį ledą – sudėtinga, nes tam reikia zonduoti kraterius radaro signalais. Radaro atspindžio savybės priklauso ne tik nuo ledo, bet ir nuo šalia esančių paviršinių dulkių – regolito. Tad Mėnulio apžvalgos zondo (Lunar Reconnaisance Orbiter, LRO) komanda nusprendė ištirti regolito savybes kraterių aplinkoje, ypač jų priklausomybę nuo Mėnulio platumos bei kraterio dydžio. Kiek netikėtai paaiškėjo, kad priklausomybė egzistuoja. Prie didesnių kraterių regolito dielektrinė skvarba yra pastebimai didesnė, nei prie mažų. Didesni krateriai turėtų būti ir gilesni, taigi jų aplinkoje esantis regolitas susidarė iš gilesnių Mėnulio plutos sluoksnių. Didesnė dielektrinė skvarba reiškia didesnį metalų – šiuo atveju, geležies ir titano – kiekį, taigi panašu, kad Mėnulio gelmėse yra reikšmingai daugiau metalų, nei paviršiuje. Šis atradimas kelia abejonių Mėnulio formavimosi modelio teisingumu. Pagal šį modelį, Mėnulis atsirado, kai į jauną Žemę trenkėsi maždaug Marso dydžio planeta Tėja, o po susidūrimo išmesta medžiaga suformavo mūsų palydovą. Jei smūgio metu Žemė ir Tėja jau buvo išsiskirsčiusios į branduolį, mantiją bei plutą – taip paprastai teigia modelio šalininkai – Mėnulyje turėtų būti labai mažai sunkių cheminių elementų, tokių kaip geležis ir titanas. Ankstesni duomenys, daugiausiai surinkti iš Mėnulio aukštumų, šią prognozę patvirtino, bet naujasis atradimas jai prieštarauja. Nors tai nereiškia, kad smūginės Mėnulio kilmės hipotezę reikėtų išvis atmesti, ją gali tekti reikšmingai pakoreguoti. Tyrimo rezultatai publikuojami Earth and Planetary Science Letters.

***

Trys Marso misijos. Kas 26 mėnesius Žemė ir Marsas vienas kito atžvilgiu atsiduria tokiose padėtyse, kad skrydžiui tarp jų reikia mažiausio energijos kiekio. Per kiekvieną tokį skrydžių langą į Raudonąją planetą išskrenda viena ar daugiau misijų. Pavyzdžiui, 2018 metais išskrido NASA zondas InSight ir du palydovai-kubiukai. Liepos antroje pusėje langas vėl atsidarys, o šįkart numatomi net trijų misijų skrydžiai. Viena iš jų yra pirmoji tarpplanetinė misija iš arabų šalies: Jungtinių arabų emyratų orbitinis zondas Al Amal, arba Viltis. Jo tikslas – ištirti Marso atmosferą ir atsakyti į klausimą, kaip keitėsi planetos klimatas per visą jos istoriją. Al Amal išskris pirmoji iš trijų, liepos 15 dieną. Kiek vėliau, tarp liepos 20 ir 25 dienos, išskristi turėtų Kinijos zondas Tianwen-1 (Dangiškieji klausimai). Tai bus pirmoji šios šalies misija į Marsą. Ją sudarys ir orbitinis zondas, ir marsaeigis. Bendras misijos tikslas – ieškoti šiandieninės ir praeities gyvybės pėdsakų Raudonojoje planetoje. Paskutinis iš trijų – didžiausias projektas, NASA marsaeigis Perseverance (Atkaklumas). Jis išskris liepos 30-ąją. Kaip ir Kinijos misija, taip ir NASA marsaeigis ieškos gyvybės pėdsakų. Visi zondai Marsą pasiekti turėtų 2021-ųjų vasarį. Dar viena šiam langui planuota misija, Europos-Rusijos ExoMars, dėl pandemijos buvo nukelta į sekantį langą 2022 metų rugsėjį. Tam langui jau planuojamos Japonijos bei Indijos misijos ir galbūt netgi pirmoji privati – SpaceX – misija.

***

Didžiausia Saulės sistemos planeta Jupiteris garsi savo Raudonąja dėme – audros sūkuriu, kuris nenyksta bent keturis šimtmečius. Bet audrų ten yra ir daugiau, jos nuolat atsiranda ir išnyksta. Šioje nuotraukoje matyti nauja besiformuojanti audra – pačiame centre, į dešinę ir žemyn nuo Raudonosios. Audrų stebėjimai padeda išsiaiškinti Jupiterio atmosferos struktūrą ir ten vykstančius procesus.

***

Saturno palydovas Hiperijonas atrodo kaip kempinė: daug mažyčių gilių kraterių ryškiai kraštais sukuria įspūdį, tarsi visas kūnas būtų išvagotas tuneliais. Kaip jie atsirado ir kaip galėjo susiformuoti toks neįprastas objektas? Apie tai pasakoja Dr Becky:

***

Kaip aptikti devintąją planetą? Jau prieš daugiau nei ketverius metus iškelta hipotezė, kad Saulės sistemos pakraštyje egzistuoja dar viena planeta, galimai bent keletą kartų masyvesnė už Žemę, vis dar nėra nei patvirtinta, nei galutinai paneigta. Nors planetos kol kas tiesiogiai aptikti nepavyko, jos galimos gravitacinės įtakos mažųjų Saulės sistemos kūnų orbitoms paaiškinti kitais mechanizmais taip pat nepavyksta. Neseniai iškelta idėja, kad galbūt tas masyvus kūnas yra ne planeta, o planetinės masės juodoji skylė, galimai susiformavusi pirmosiomis Visatos akimirkomis. Naujame tyrime pristatomas būdas, kaip tokią juodąją skylę būtų galima aptikti. Tyrimo autoriai apskaičiavo, kaip dažnai juodoji skylė gali suardyti nedidelę kometą ar asteroidą ir kokio stiprumo žybsnis galėtų kilti, suardytam kūnui krentant link įvykių horizonto. Tokius žybsnius šiandieniniai mūsų teleskopai galėtų aptikti, tik kyla problema – nežinome, kur tiksliai reikia žiūrėti, o žybsniai truktų labai trumpai, vos kelias sekundes. Laimei, jau po keleto metų darbą pradėti turėtų Veros Rubin teleskopas – didžiulis apžvalginis regimųjų spindulių teleskopas. Jo pagrindinis projektas yra Palikiminė erdvės ir laiko apžvalga (Legacy Survey of Space and Time, LSST), kurio metu kas tris naktis bus padaromos viso pietinio dangaus nuotraukos. Tyrėjai apskaičiavo, kad per metus LSST gali užfiksuoti nuo kelių iki keliasdešimties žybsnių iš dešimties Žemės masių juodosios skylės Saulės sistemos pakraštyje. Taip pat šie apžvalginiai stebėjimai leistų aptikti ir daugiau pirmykščių juodųjų skylių, jei jų yra kur nors iki Saulę gaubiančio Oorto debesies pakrašio – maždaug ketvirtadalio atstumo iki Kentauro Proksimos. Net jei tokių juodųjų skylių nebus aptikta, tai būtų naudingas rezultatas, nes tada galėtume gerokai tiksliau apibrėžti, kiek jų gali būti Visatoje. Pirmykštės juodosios skylės yra viena iš galimų tamsiosios materijos rūšių, tad žinodami jų tankį galime įvertinti ir kokią tamsiosios materijos dalį jos gali sudaryti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Seniausios rudosios nykštukės. Rudosios nykštukės yra tarpiniai objektai tarp planetų ir žvaigždžių. Jų centruose vyksta šiek tiek branduolinių reakcijų, bet jų kuriamo slėgio nepakanka įveikti gravitacinei traukai. Šį balansą apsprendžia objekto masė – rudosios nykštukės yra 1,3-8% Saulės masės, arba 13-80 kartų masyvesnės už Jupiterį. Naujame tyrime pristatytos dvi naujos rudosios nykštukės, kurių spektras nepanašus į jokias anksčiau aptiktas. Abi nykštukės atrastos padedant piliečių mokslo projekto Backyard Worlds dalyviams. Šio projekto tikslas – ieškoti devintosios planetos, galimai egzistuojančios Saulės sistemos pakraštyje, bet jo dalyviai fiksuoja ir kitus blausius, bet palyginus greitai dangaus skliautu judančius kūnus, pavyzdžiui asteroidus. Kartais tarp jų pasitaiko ir rudųjų nykštukių. Naujai atrastosios yra maždaug 75 kartus masyvesnės už Jupiterį. Visgi kai kurios jų spektrų savybės panašesnės į gerokai mažesnių nykštukių. Nors nei vienas šiandieninis rudųjų nykštukių struktūros modelis negali pilnai atkurti šių objektų spektro, tyrimo autoriai teigia, kad naujosios nykštukės turėtų būti labai senos, daugiau nei 10 milijardų metų amžiaus. Jei tai tiesa, tai būtų mažiausios masės tokio amžiaus objektai, kuriuos kol kas žinome. Sunkesnių už helį cheminių elementų jose nedaug, apie 10 kartų mažiau, nei Saulėje. Tolesni šių nykštukių tyrimai turėtų padėti geriau suprasti ne tik rudųjų nykštukių, bet ir egzoplanetų, susiformavusių Paukščių Tako jaunystėje, savybes bei evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supernovų liekanų nesferiškumas. Masyvios žvaigždės baigia gyvenimus sprogdamos supernovomis. Žvaigždės yra beveik tiksliai sferiškos, tad ir supernovų sprogimai turėtų būti sferiški. Visgi daugelis žinomų supernovų sprogimų liekanų yra nesferiškos; net neskaitant įvairių netolygumų, atsirandančių dėl sąveikos su tarpžvaigždine medžiaga, bendra liekanos forma dažnai yra pailga. Vienas galimas paaiškinimas – plintančios medžiagos sąveika su Galaktikos magnetiniu lauku. Naujame tyrime šį hipotezė išnagrinėta laboratorijoje sukūrus stiprias smūgines bangas. Labai galingais lazerio impulsais sukurta smūginė banga dujose ir jai leista plisti, veikiant skirtingo stiprumo magnetiniam laukui. Kai magnetinio lauko nebuvo, banga plito sferiškai simetriškai, o įjungus magnetinį lauką, dalis energijos nukreipta išilgai lauko linijoms. Taip plito magnetohidrodinaminės smūginės bangos, atsirandančios dėl plazmos judėjimo magnetiniame lauke. Taigi magnetinis laukas tikrai gali iškreipti sferiško sprogimo bangą. Tiesa, kol kas neaišku, ar Galaktikos magnetinio lauko pakanka stebimiems nesferiškumams paaiškinti; laboratorinis bandymas darytas naudojant gerokai stipresnį magnetinį lauką, nei aptinkamas tarpžvaigždinėje terpėje. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Neutrinai prieš supernovos sprogimą. Supernovos sprogimas – masyvios žvaigždės mirtis – kurį laiką gali šviesti ryškiau, nei visos galaktikos žvaigždės kartu sudėjus. Bet prieš žvaigždei išsilakstant į šalis, iš jos gelmių atsklinda kitas signalas – neutrinų srautas. Šios elementariosios dalelės su medžiaga sąveikauja labai silpnai, todėl iš žvaigždės išsiveržia anksčiau, nei sprogimo fotonai. Pavyzdžiui, 1987 metais sprogus supernovai Didžiajame Magelano debesyje, neutrinų detektoriai Žemėje dalelių žybsnį užfiksavo keletu valandų anksčiau, nei pastebėtas pats supernovos sprogimas. Tiesa, tada aptikti tik 25 neutrinai, bet šiandieniniai detektoriai greičiausiai aptiktų keliasdešimt tūkstančių. Maža to, gali būti, kad šiandien neutrinus pavyktų užfiksuoti iki sprogimo likus ne kelioms valandoms, o net kelioms dienoms, kai žvaigždės centre vyksta spartūs procesai, jai nenumaldomai artėjant branduolio kolapso ir sprogimo link. Naujame tyrime nagrinėjama, koks tas neutrinų srautas galėtų būti ir ką jis gali mums pasakyti apie žvaigždės evoliuciją. Skaitmeniniais modeliais suskaičiuota 15 kartų už Saulę masyvesnės žvaigždės gyvenimo pabaiga, paskutiniai keli šimtmečiai prieš supernovos sprogimą. Iš viso suskaičiuoti 20 modelių, kuriuose buvo varijuojami keli skaitmeniniai parametrai, pavyzdžiui branduolinių reakcijų tinklo detalumas ar išskiriamų žvaigždės regionų dydis. Paaiškėjo, kad šie skaitmeniniai parametrai neutrinų srautą pakeičia iki dešimties kartų, tačiau detaliausi modeliai, atrodo, priartėja prie realistiško rezultato. Naudodamiesi šiais detaliais modeliais, tyrėjai apskaičiavo neutrinų srauto priklausomybę nuo žvaigždės centrinio tankio, temperatūros bei elektronų gausos. Ši priklausomybė leis susieti stebimus neutrinų srautus su sprogti besiruošiančios žvaigždės savybėmis, taigi padės ir geriau ištirti žvaigždžių evoliuciją pačioje gyvenimo pabaigoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Anglies sklaida Paukščių Take. Anglis yra vienas gausiausių cheminių elementų Visatoje – daugiau už jį yra tik vandenilio, helio ir deguonies. Visa anglis formuojasi žvaigždėse termobranduolinių reakcijų metu, o vėliau dalis jos išlekia į tarpžvaigždinę terpę. Yra du pagrindiniai tarpžvaigždinės anglies šaltiniai: mažos žvaigždės, kurios, prieš tapdamos baltosiomis nykštukėmis, nusimeta išorinius sluoksnius, praturtintus anglimi; ir masyvios žvaigždės, kurių vėjai prieš joms sprogstant supernovomis irgi praturtina aplinką. Pirmuoju atveju efektyviausiai anglimi aplinką praturtina žvaigždės, kurių paviršiniuose sluoksniuose tos anglies yra daug – daugiau, nei deguonies. Šios vadinamosios anglinės žvaigždės turėtų būti šiek tiek masyvesnės už Saulę, bet nežinia, kiek. Naujo tyrimo autoriai teigia radę atsakymą, tyrinėdami baltųjų nykštukių savybes. Baltosios nykštukės, likusios po žvaigždės mirties, masė priklauso nuo pradinės žvaigždės masės ir jos evoliucijos. Tyrinėdami baltąsias nykštukes Paukščių Tako spiečiuose, kurių amžius siekia iki dviejų milijardų metų, tyrėjai susiejo baltųjų nykštukių mases su pradinėmis jas suformavusių žvaigždžių masėmis. Taip jiems pavyko nustatyti, kad šis masių sąryšis nėra monotoniškas – kitaip sakant, jei žvaigždės pradinė masė yra didesnė, tai dar nereiškia, kad ji paliks masyvesnę baltąją nykštukę. Didžiausias nukrypimas nuo sąryšio monotoniškumo gautas žvaigždėms, kurių pradinė masė yra maždaug 1,8-1,9 karto didesnė už Saulės; išgyvenusios 1,7-1,8 milijardo metų, jos palieka 0,7-0,75 Saulės masės baltąsias nykštukes. Skaitmeniniai evoliucijos modeliai rodo, kad būtent šios žvaigždės yra tikėtiniausi anglinių žvaigždžių pavyzdžiai. Taigi didžioji Paukščių Tako anglies dalis greičiausiai pasklido būtent iš tokių žvaigždžių. Šis atradimas padeda geriau suprasti, kaip mūsų Galaktika buvo praturtinta cheminiais elementais, be kurių neįmanoma ir gyvybė. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Ryškiausias kvazaras. Kvazarai yra ypatingai ryškūs aktyvūs galaktikų branduoliai – supermasyvios juodosios skylės, į kurias krenta dujos. Būtent dujos, netekdamos gravitacinės potencinės energijos, įkaista ir ima spinduliuoti, kartais netgi ryškiau, nei visos galaktikos žvaigždės. Nėra griežtai apibrėžtos ribos, nuo kada aktyvus branduolys vadinamas kvazaru, bet įprastai kvazaro ryškumas bent dešimt kartų viršija galaktikos, kurioje jis yra, šviesį. Dabar atrastas pats ryškiausias kvazaras Visatoje. Per sekundę jis išspinduliuoja tiek energijos, kiek Saulė – per keturis milijonus metų. Už Paukščių Taką šis objektas, žinomas tik katalogo numeriu SMSS J215728.21-360215.1, ryškesnis 12 tūkstančių kartų. Kvazaro šviesa iki mūsų keliauja apie dvylika su puse milijardo metų. Tyrime taip pat apskaičiuota centrinės juodosios skylės masė – 34 milijardai Saulės masių. Nors tai nėra pati masyviausia žinoma juodoji skylė, visos 4-5 už ją masyvesnės yra arčiau mūsų. Šis kvazaras ir juodosios skylės mase, ir šviesiu gana panašus, nors ir truputį masyvesnis bei ryškesnis, į kelis dar tolimesnius kvazarus; tai rodo, kad ryškiausių aktyvių branduolių savybės laikotarpiu, kai Visatos amžius buvo 0,9-1,3 milijardo metų, skyrėsi nežymiai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse