Kąsnelis Visatos CDXLV: Netikėtumai

Ateinančią savaitę būsiu miškuose, atsitraukęs nuo civilizacijos ir ypač internetų, taigi Kąsneliu dalinuosi iš anksto. O jame – skirtumai tarp aktyvių ir neaktyvių galaktikų diskų, Visatos tolygumo matavimai, Saulės aktyvumas ramybės metu, Marso struktūros analizė ir dar daug kitų naujienų. Gero skaitymo!

***

Saulės aktyvumas ramybės periodu. Mūsų Saulė kartais yra aktyvesnė, kartais ramesnė. Šie periodai kartojasi 11 metų trukmės ciklu. Didesnio aktyvumo metu Saulėje būna daug dėmių, ji spjaudosi žybsniais ir vainikinės masės išmetaimai, sustiprėja Saulės vėjas, net visa heliosfera išsipučia. Ramybės metu viskas prislopsta, dėmių nebelieka, ir ilgą laiką buvo manoma, kad tuo metu Saulėje nevyksta praktiškai jokie trumpalaikiai pokyčiai. Bet dabar paaiškėjo, kad ir rami Saulė kartais sužimba, tik radijo bangų diapazone. Išnagrinėję pernai vasarą atliktus radijo bangų Saulės stebėjimus, tyrėjai aptiko įvairių trumpalaikių pašviesėjimų. Kai kurie iš jų vyko ties ašigaliais – jie greičiausiai žymi atsiveriančias kiaurymes vainike, pro kurias išsiveržia daugiau energingų dalelių. Kiti pašviesėjimai taip pat susiję su dalelių išmetimais, bet vyko ne prie ašigalių. Dar kiti pašviesėjimai įvyko vietose, kur ultravioletinių spindulių stebėjimai rodo esant stipresnius nei vidutiniai magnetinius laukus. Bet šios trys priežastys nepaaiškina visų stebėtų pašviesėjimų. Gali būti, kad išsiaiškinus jų kilmę galėsime geriau prognozuoti ir ateinančio Saulės aktyvumo ciklo savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Solar Physics.

***

Marso drebėjimų analizė. 2018 metų lapkritį Marse nusileidusio InSight zondo pagrindinis tikslas – planetos struktūros analizė, remiantis seismologiniais duomenimis. Nepaisant įvairių kliūčių, duomenis apie drebėjimus zondas renka sėkmingai, o dabar paskelbta jų analizė, siekiant išsiaiškinti pagrindinių planetos komponentų – plutos, mantijos ir branduolio – dydžius. 2019 metų vasario-rugsėjo mėnesiais užfiksuoti daugiau nei 170 drebėjimų – būtent juos tyrėjai pasirinko analizei. Dalis drebėjimų susiję su vėjo gūsiais ar paties prietaiso vibracijomis, bet atmetus juos, pavyko užfiksuoti tikrai pro planetą sklindančias seismines bangas. Bangos atsispindi nuo įvairių įtrūkimų bei tankio pokyčių, ypač nuo plutos-mantijos bei mantijos-branduolio sandūrų ir dviejų tipų uolienų dominavimo regionų pokyčio mantijos viduryje. InSight užfiksuotos bangos leido apskaičiuoti, kad Marso pluta baigiasi 35 kilometrų gylyje po paviršiumi ties zondo buvimo vieta, mantijos uolienos pakinta 1110-1170 km gylyje, o branduolys prasideda 1520-1600 km gylyje. Vidutinis Marso spindulys yra beveik 3400 km. Gautieji rezultatai atitinka ir kitais metodais apskaičiuotus sluoksnių storius, taigi patvirtina, kad InSight surinkti duomenys yra teisingi. Tolesnė, didesnio duomenų kiekio analizė leis patikslinti Marso struktūros detales. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Medžiagos migracija besiformuojant planetoms. Jupiteris ėmė formuotis per pirmą milijoną metų po Saulės atsiradimo; augančios planetos gravitacija netruko atverti tarpą protoplanetiniame diske. Medžiaga, buvusi tame regione, prisijungė prie Jupiterio arba buvo nustumta į šalis, ir migracija iš vidinio regiono į išorinį praktiškai sustojo. Taip susiformavo du disko regionai, kurių skirtumus galima suprasti iš skirtingose vietose gimusių asteroidų ar meteoritų savybių. Visgi kartais migracija vykdavo, o naujame tyrime pristatomi to įrodymai. Ištyrę labai smulkias granules, randamas meteorituose, kilusiuose ir vidinėje, ir išorinėje Saulės sistemos dalyse, tyrėjai rado daug panašumų. Daugelyje meteoritų yra granulių – chondrulių – kurios nepanašios į likusį meteoritą, taigi turbūt yra inkliuzai. Būtent inkliuzų savybės ir parodė, kad meteoritai, formavęsi Saulės sistemos išorėje, galėjo inkorporuoti mineralus, atitinkančius vidinės protoplanetinio disko dalies savybes. Nors iš šių duomenų neįmanoma pasakyti, ar migracija įvyko dar Jupiteriui nesuformavus tarpo diske, ar vėliau, tyrėjai tikisi tą padaryti tolesne didesnio meteoritų kiekio analize. Tyrimo rezultatai publikuojami Geochimica et Cosmochimica Acta.

***

Ledo struktūros Plutone. Plutono paviršiaus temperatūra svyruoja nuo 24 iki 54 laipsnių virš absoliutaus nulio, t. y. nuo -250 iki -220 Celsijaus. Tokiame šaltyje azotas ir metanas sustingsta į kietus kristalus, bet New Horizons zondo surinkti duomenys leidžia spręsti, kad iš šių medžiagų sudaryti ledynai Plutone nuolatos juda. Kaip taip gali būti, kodėl jie neišlieka vienoje vietoje? Įkvėpti šio klausimo, grupė mokslininkų detaliai ištyrė azoto bei metano molekulių struktūrą ir jos pokyčius šiame temperatūrų ruože. Taip jie išsprendė net pusšimtį metų neatsakytą klausimą apie azoto struktūrą labai žemose temperatūrose. Naudodami geriausią šiandieninį difraktometrą – prietaisą, skirtą matuoti kristalų gardelių dydžiams – mokslininkai nustatė abiejų molekulių struktūrą. Paaiškėjo, kad ir viena, ir kita molekulė žemose temperatūrose patiria fazinį virsmą: metanas ties maždaug 21 kelvinų, azotas – ties 37. Šaltesnės azoto formos struktūra yra tvarkingesnė, nei manyta iki šiol. Bet daug įdomiau tai, kad šiltesnės formos ir azotas, ir metanas nėra visiškai kieti. Nors jie išlaiko kristalinę struktūrą, kiekviena molekulė gali gana laisvai suktis savo kristalinės gardelės pozicijoje. Tai leidžia iš šių molekulių sudarytoms struktūroms judėti daug greičiau, nei tvirtesniam kristalui. Be to, temperatūrų intervale, atitinkančiame Plutono paviršiaus temperatūras, metano tankis kinta apie 2%, o azoto – net apie 7%; palyginimui vandens ledo tankis šiame temperatūrų intervale kinta gerokai mažiau nei 1%. Tad Plutono ledynai gali judėti vien dėl reguliaraus sušilimo ir atšalimo. Tyrimo rezultatai publikuojami International Union of Crystallography žurnale.

***

Masyvi tanki planeta. Egzoplanetų įvairovė nesiliauja stebinti. Visai neseniai rašiau apie pirmą atrastą „nuogą“ dujinės milžinės branduolį – 40 kartų už Žemę masyvesnę uolinę planetą. O dabar aptiktas antras panašus objektas, tik kiek mažesnis. Planeta K2-25b aptikta dar 2015 metais, išplėstos Keplerio teleskopo misijos K2 metu. Bet Kepleris galėjo nustatyti tik jos spindulį, o ne masę; dabar, atlikę žvaigždės radialinio greičio stebėjimus, mokslininkai gavo ir šiuos duomenis. Paaiškėjo, kad planetos spindulys daugiau nei tris kartus viršija Žemės, o masė siekia 25 Žemės mases. Tai reiškia, kad vidutinis planetos tankis yra daugiau nei pusė Žemės tankio – gerokai didesnis, nei, pavyzdžiui, Neptūno, kuris už Žemę masyvesnis 17 kartų, nors jo spindulys didesnis keturis kartus. Tikėtiniausia planetos sudėtis yra uolinė, su neypatingai stora, ne daugiau nei 5% masės sudarančia, atmosfera. Planeta aplink žvaigždę apskrieja per pusketvirtos Žemės paros, bet žvaigždė yra gerokai mažesnė už Saulę, tad planetos temperatūra dar tinkama skystam vandeniui egzistuoti, nors ir aukštoka, apie 72 Celsijaus laipsnius. Žvaigždės stebėjimai leido nustatyti ir jos ašies posvyrio kampą į planetos orbitos plokštumą – jis yra labai mažas, galimai netgi nulinis. Toks planetos orbitos ir žvaigždės sukimosi sutapimas kiek netikėtas – kitų karštų Neptūnų atveju kampas tarp šių krypčių yra reikšmingas. Taip pat svarbu, kad sistema yra jauna, 600-800 milijonų metų amžiaus. Bet net ir tokio laiko tarpo užteko, kad K2-25b netektų savo atmosferos, jei tokią kada ir turėjo. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip planetos atmigruoja arti savo žvaigždžių ir kokį poveikį joms turi buvimas tokioje karštoje zonoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Karštųjų Jupiterių temperatūros profilis. Kiekvienos planetos atmosferą šildo ir žvaigždės šviesa, pasiekianti ją iš viršaus, ir planetos spinduliuotė iš apačios. Priklausomai nuo atmosferos sudėties bei šių šildymo procesų santykinio intensyvumo, atmosferos temperatūros priklausomybė nuo aukščio virš planetos paviršiaus (arba, analogiškai, gylio po atmosferos viršumi) gali būti skirtinga. Paprasčiausiu atveju temperatūra, einant gilyn, visą laiką auga – taip yra Saulės sistemos dujinėse milžinėse. Kitu atveju tam tikrame aukštyje susidaro temperatūros inversija, ir temperatūra auga tiek einant gilyn, tiek kylant aukštyn nuo minimumo taško. Naujame tyrime pateikiami įrodymai, kad karštieji Jupiteriai – dujinės planetos, esančios arti savo žvaigždžių – pasižymi temperatūros inversija, bet tik jei yra pakankamai karšti. Planetos atmosfera nėra visiškai tolygi, tad skirtingo ilgio bangos atsklinda iš skirtingų atmosferos gylių. Jei temperatūra, einant gilyn, kyla, galima tikėtis, kad didesnio bangos ilgio spinduliuotė bus kiek mažiau intensyvi, nei trumpesnio. Ir priešingai, jei egzistuoja temperatūros inversija, galime tikėtis priešingo efekto – mažiau intensyvi bus trumpesnių bangų spinduliuotė, atsklindanti iš žemesnių atmosferos sluoksnių. Būtent tokį efektą aptiko mokslininkai, ištyrę 78 karštųjų Jupiterių spinduliuotę dviejų infraraudonųjų spindulių bangos ilgių diapazone. Planetų, kurių vidutinė temperatūra nesiekia 1660 kelvinų, didesnio bangos ilgio spinduliuotė buvo kiek blausesnė, o karštesnėse ji tapo vis intensyvesnė, lyginant su trumpesnėmis bangomis. Be to, kuo temperatūra yra aukščiau virš šios ribos, tuo intensyvumų skirtumas didesnis, taigi panašu, kad temperatūros inversija tik stiprėja. Šis rezultatas atitinka teorinius planetų atmosferų modelius, nors prognozuojama inversijos atsiradimo temperatūra yra maždaug šimtu laipsnių aukštesnė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dramblio straublio ūkas, arba vdB 142. Šaltinis: Chad Leader

Cefėjo žvaigždyne yra jaunų žvaigždžių grupė IC 1396, kurioje galima pamatyti besitiesiantį dramblio straublį. Šis ūkas, žinomas katalogo numeriu vdB 142, yra molekulinio debesies liekana. Iš šio debesies susiformavusios, ir dar tebesiformuojančios, žvaigždės skleidžia energingą spinduliuotę, kuri garina tankias šaltas dujas. Išgaravusios karštos dujos matomos nuotraukoje kaip melsvai ir rausvai švytinti migla.

***

Daug fosforo turinčios žvaigždės. Žemėje, kaip ir apskritai Visatoje, yra nemažai fosforo. Jis būtinas visai Žemėje esančiai gyvybei. Įdomu, kad šiandieniniai Galaktikos cheminės evoliucijos modeliai negali paaiškinti stebimo fosforo kiekio – jie prognozuoja daug mažiau šio elemento. Kaip ir kiti elementai, išskyrus vandenilį ir helį, fosforas formuojasi žvaigždėse termobranduolinių reakcijų metu, taigi modelių ir stebėjimų neatitikimas greičiausiai reiškia, kad modeliuose neįtraukiamas kažkuris svarbus termobranduolinis procesas. Dabar atrastos 15 žvaigždžių, kuriose yra neįprastai daug fosforo. Žvaigždės aptikos išanalizavus daugybės žvaigždžių infraraudonuosius spektrus. Žvaigždės spektre matomi cheminiai elementai yra tie, kurie egzistavo žvaigždės formavimosi metu – pačios žvaigždės pagaminti elementai tūno giliai jos branduolyje ir pasklinda į aplinką tik žvaigždei mirštant. Taigi galėtų būti, kad šios žvaigždės tiesiog susiformavo regione, kuriame buvo daugiau fosforo, pasklidusio iš anksčiau egzistavusių žvaigždžių. Bet žvaigždėse taip pat aptikta daugiau, nei įprastai, deguonies, magnio, silicio, aliuminio ir sunkaus elemento cerio. Jokie šiandieniniai žvaigždžių evoliucijos modeliai nepaaiškina, kaip galėtų išaugti visų šių elementų gausa. Tai tik patvirtina, kad dar toli gražu ne viską suprantame apie kosminę nukleosintezę. Tyrėjai teigia, kad galbūt stebimas elementų gausas galėtų paaiškinti nukleosintezės modeliai, įtraukiantys žvaigždės sukimosi poveikį bei reakcijas konvekciniuose žvaigždės regionuose. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Aktyvių galaktikų diskai ypatingi. Aktyvi galaktika yra galaktika, kurios centre esančią supermasyvią juodąją skylę sparčiai maitina dujos, o jų išskiriama energija sukuria ryškų spinduliuotės šaltinį, vadinamą aktyviu branduoliu. Galaktikos aktyvumas turi didelį poveikį jos evoliucijai, tad astronomai seniai stengiasi suprasti, kodėl vienos galaktikos yra aktyvios, o kitos – ne. Žinoma, tai susiję su dujų patekimu į galaktikos centrą, tačiau kokiu masteliu? Ar skirtumai pasireiškia tik centre, ar per visą galaktiką? Naujame tyrime pirmą kartą parodyta, kad skirtumai tarp aktyvių ir pasyvių spiralinių galaktikų matomi jų diskuose. Pasirinkę 20 aktyvių galaktikų, kurių žvaigždžių masės kiek mažesnės, nei Paukščių Tako – tarp 10 ir 100 milijardų Saulės masių – tyrėjai rado kiekvienai jų po neaktyvią porininkę, kitaip tariant, galaktiką, kuri yra labai panašaus dydžio bei masės, tik neaktyvi. 16-oje porų aktyvios galaktikos diskas sukosi greičiau, nei neaktyvios. Daugiausiai šis skirtumas pasireiškė galaktikose, turinčiose skerses – visose 11-oje tokių porų aktyvi galaktika sukosi sparčiau. Skirtumai negali būti aktyvaus branduolio poveikio diskui pasekmė, nes diskas į branduolio šviesį ar kuriamas tėkmes praktiškai nereaguoja dėl palyginus didelio atstumo ir tankio. Taigi galima daryti išvadą, kad aktyviose galaktikose centro link krentančios dujos efektyviau atiduoda judesio kiekio momentą disko dujoms. Taip diskas įsukamas iki didesnio greičio, o krentančios dujos lengviau pasiekia centrą, nes „neužstringa“ besisukdamos kažkokiu atstumu nuo jo. Dujų judėjimą centro link gali sukelti nestabilumai pačiame diske, arba susiliejimai su mažomis galaktikomis – šių procesų šiame tyrime atskirti nepavyko. Kaip bebūtų, šis atradimas gali reikšti, kad kai kurios galaktikos turi daugiau šansų tapti aktyviomis, nei kitos, ir šie skirtumai gali pasireikšti net dideliu – disko – mastu. Įprastai laikoma, kad kiekviena galaktika per savo gyvenimą aktyvi būna panašią dalį laiko, kaip ir kiekviena kita tokios pat masės ir formos galaktika, bet gali būti, kad tokį požiūrį teks pakeisti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dulkėse pasislėpę kvazarai. Kvazarai – ypatingai ryškūs aktyvūs galaktikų branduoliai – dažnai slepiasi dulkėtuose tankiuose dujų debesyse. Tai yra natūralus jų evoliucijos etapas – šios dujos reikalingos maitinti juodajai skylei, jos ir sukuria paties kvazaro spinduliuotę. Bet stebint kvazarą iš toli, kartais sudėtinga pasakyti, ar jis yra paslėptas už dulkių sienos, ar tiesiog blausus pats savaime. Ilgą laiką buvo manoma, kad didelės energijos rentgeno spinduliai efektyviai prasiskverbia pro dujas, todėl turėtų būti geras tikrojo branduolio šviesio indikatorius. Visgi pasirodo, kad taip nėra – naujame tyrime išnagrinėti 523 kvazarai ir nustatyta, kad daugelis labai mažai energingų rentgeno spindulių skleidžiančių objektų yra iš tiesų labai šviesūs, bet gerokai paslėpti. Tyrimui mokslininkai pasitelkė ne tik rentgeno, bet ir kitų ruožų stebėjimų duomenis – jonizuoto deguonies spektro linijos intensyvumą regimuosiuose spinduliuose bei radijo bangų intensyvumą. Daugelio kvazarų rentgeno spinduliuotė pasirodė esanti silpnesnė, kartais net iki dešimties kartų, nei būtų galima tikėtis pagal žinomus sąryšius tarp radijo ar regimųjų spindulių ir rentgeno spinduliuotės. Tai reiškia, kad šiuos rentgeno-blausius kvazarus dengia apie dešimt kartų storesnis dulkių sluoksnis, nei manyta iki šiol. 28 objektai anksčiau netgi nebuvo identifikuoti, kaip kvazarai, nes energingų rentgeno spindulių skleidė labai mažai. Šis atradimas parodo, kad net ir energingiausi rentgeno spinduliai neprasiskverbia pro storiausius dulkių apdangalus, tad kvazarų – ypač dideliu atstumu nuo mūsų – paieška turi remtis platesnio spektro stebėjimais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Didžiausios kosminės struktūros – nuo aplink mus esančio Laniakėjos superspiečiaus iki įvairių sienų, tuštumų ir šaltumų – dažnai neduoda ramybės mokslininkams. Apie dešimt jų pasakoja John Michael Godier:

***

Visata yra labai tolygi. Galaktikos ir spiečiai Visatoje nėra išsidėstę visiškai tolygiai, tačiau didžiausiais masteliais jų pasiskirstymas artimas tolygiam. Nukrypimai nuo tolygumo priklauso nuo įvairių kosmologinių parametrų – Visatos plėtimosi spartos, vidutinio medžiagos tankio ir kitų. Juos visus galima apjungti į dydį, vadinamą struktūrų augimo parametru, o pastarąjį įvertinti galima keliais būdais. Vienas jų – gerai žinomas kosminės foninės spinduliuotės netolygumų matavimas, kurio išsamiausius rezultatus surinko Planck kosminis teleskopas. Kitas metodas – daugybės galaktikų stebėjimai, parodantys, kaip jos išsidėsčiusios realioje erdvėje įvairiais atstumais nuo mūsų. Praeitą savaitę paskelbti naujausi tokį metodą naudojančio projekto KiDS-1000 rezultatai. Struktūros augimo parametras įvertintas su mažesne nei 3% paklaida – geriau, nei bet kuriame ankstesniame galaktikų padėčių matavimo projekte. Tačiau gautoji vertė yra apie 8% mažesnė, nei apskaičiuotoji iš Planck duomenų. Tai reiškia, kad pagal KiDS-1000 rezultatus Visata yra šiek tiek tolygesnė, nei pagal kosmologinius duomenis. Šis skirtumas statistiškai reikšmingas net 3 standartinių nuokrypių lygiu – tikimybė, kad rezultatas atsitiktinis, yra mažesnė nei trys iš tūkstančio. Įvertinus bendrą kosmologinių parametrų rinkinį, gautą iš KiDS-1000 duomenų, skirtumas nuo Planck rezultatų yra maždaug du standartiniai nuokrypiai – atsitiktinio nesutapimo tikimybė lygi penkiems iš šimto. Tad nors nesutapimai nėra ypatingai dideli, jų ignoruoti negalima. Pridėjus prie Visatos plėtimosi spartos įvertinimų nesutapimų, kurie jau keletą metų neduoda ramybės astronomams, šie rezultatai verčia vis labiau pergalvoti esminius Visatos evoliucijos teorijos elementus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.