Žemės magnetosferoje, pasirodo, egzistuoja dalelių greitintuvas, suteikiantis elektronams milžinišką energiją. Įdomių atradimų apie energiją padaryta ir Jupiterio aplinkoje – didžiausi jo palydovai šyla ne tik dėl Jupiterio keliamų potvynių, bet ir dėl tarpusavio sąveikų. Kiti energijos pasireiškimai praėjusios savaitės naujienose yra supernovos sprogime bei cheminėse reakcijose, kurios kai kurias egzoplanetas gali paversti deimantinėmis. Dar skaitykite apie astronautų smegenų pokyčius, netikėtai didelį kiekį gravitacinių lęšių ir kitas įdomybes. Gero skaitymo!

***

Pokyčiai astronautų smegenyse. Buvimas kosmose įvairiai atsiliepia žmogaus organizmui. Prastėjantis regėjimas, kraujotakos sutrikimai, raumenų silpimas… atrodytų, vien problemos. Ar problemų kyla ir smegenims? Panašu, kad nelabai. Naujame darbe pristatyti vienuolikos rusų kosmonautų smegenų tyrimai, rodantys, kad smegenų pokyčiai neatrodo neigiami. Kosmonautai (visi vyrai) buvo nuskenuoti magnetinio rezonanso prietaisu prieš kelionę į Tarptautinę kosminę stotį (TKS), grįžus iš jos – vidutiniškai po šešių mėnesių – ir dar po septynių mėnesių. Pagrindinis pastebėtas pokytis – smegenys mikrogravitacijos sąlygomis ėmė plūduriuoti kaukolėje, todėl šiek tiek persiskirstė, taip pat truputį pasikeitė ir smegenų dalių išsidėstymas. Pastebėtos naujos jungtys, rodančios, kad kosmonautai įgijo naujų motorinių bei balansavimo įgūdžių. Po septynių mėnesių pokyčiai pranyko ir smegenys atrodė praktiškai taip pat, kaip ir prieš skrydį. Nei iškart grįžus iš TKS, nei vėliau nepastebėta jokių degeneratyvių smegenų pokyčių, kitaip tariant, smegenys šiek tiek pasikeitė, bet nesuprastėjo. Taip pat tyrimo metu patvirtinta, jog regėjimo problemos kyla dėl skysčių kaupimosi už akies, nes tai sukelia papildomą slėgį į akies obuolį. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Dalelių greitintuvas Žemės magnetosferoje. Aplink Žemę egzistuoja dvi riestainio formos sritys, kuriose planetos magnetosfera įkalina elektronus, pagaunamus iš Saulės vėjo ar tarpžvaigždinių šaltinių. Jos atrastos vos pradėjus į kosmosą skraidyti raketoms ir pavadintos Van Aleno žiedais, atradėjo garbei. Ten vykstantys procesai vis dar lieka iki galo neišaiškinti. Jau kurį laiką žinome, kad žieduose būna labai energingų elektronų. Jų kinetinė energija daug didesnė už rimties masės energiją; tokias daleles vadiname ultra-reliatyvistinėmis. Kaip jos ten atsiranda? Galimi du svarbūs procesai: arba dalelės įgreitėja, migruodamos iš išorinės Van Aleno žiedo dalies į vidinę, kur yra aptinkamos; arba jos įgreitėja lokaliai, sąveikaudamos su magnetinėmis plazmos bangomis, nuolat sklindančiomis žieduose. Įmanoma ir šių dviejų mechanizmų kombinacija. Naujame tyrime pateikiama NASA Van Aleno zondų duomenų analizė, rodanti, kad pagrindinis įgreitinimo procesas yra lokalus. Analizei pasitelkti adiabatiniai invariantai – dydžiai, nekintantys elektronams judant magnetiniame lauke, jei nekinta pačių elektronų energija. Vienas iš invariantų, nurodantis magnetinio srauto intensyvumą, keičiasi labai skirtingai, priklausomai nuo elektronų įgreitinimo mechanizmo. Stebėjimų duomenys puikiai atitinka modelį, pagal kurį elektronai įgreitinami lokaliai ir tada sklinda tolyn nuo Žemės, ir visai neatitinka modelio, pagal kurį jie įgreitėja artėdami prie planetos. Taigi aplink Žemę egzistuoja galingas natūralus dalelių greitintuvas. Šis atradimas padės geriau suprasti ir daleles greitinančius procesus prie Saulės bei prie kitų planetų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Asteroido Bennu paviršiaus aktyvumas. Asteroidas Bennu, kurį tyrinėja NASA zondas Osiris-Rex, uždavė daug klausimų. Pirmasis iš jų – kodėl asteroido paviršius toks grubus? Iki zondui priartėjant mokslininkai tikėjosi rasti asteroidą, padengtą smulkaus regolito – dulkių – sluoksniu, tačiau Bennu paviršių dengia stabūs rieduliai. Per beveik dvejus metus trunkantį asteroido tyrimų periodą Osiris-Rex užfiksavo daugybę smiltelių, pakylančių nuo asteroido paviršiaus. Naujuose tyrimuose pristatoma šių smiltelių analizė ir ieškoma atsakymo į klausimą, kas sukelia asteroido paviršiaus aktyvumą. Dauguma smiltelių nuo asteroido paviršiaus kyla taip lėtai, kad nukrenta atgal, nors kai kurios net kelias dienas plevena orbitoje aplink asteroidą. Dalis pabėga iš jo visiškai. Vidutiniškai smiltelės yra mažesnės nei centimetro skersmens, o jų dydžių pasiskirstymas neblogai atitinka šiluminio skeldėjimo modelį. Pagal šį modelį, dalelės atplyšta nuo asteroido todėl, kad jam sukantis kiekvienas paviršiaus taškas reguliariai įkaista ir atvėsta, tad plečiasi ir traukiasi, ir taip uolienos vis skilinėja. Alternatyvi smiltelių išmetimo hipotezė – mikrometeoroidų smūgiai – taip pat negali būti atmesta. Tyrimo rezultatai publikuojami specialiame JGR Planets numeryje.

***

Jupiterio mėnuliai šildosi. Keturi didieji Jupiterio palydovai – Ijo, Europa, Ganimedas ir Kalista – turi popaviršinius vandenynus. Ijo atveju tai yra magmos mantija, kituose trijuose – vanduo. Jie yra labai toli nuo Saulės, tad per puspenkto milijardo metų turėtų būti užšalę. Bet šiltus juos palaiko potvyninės sąveikos – reguliarios deformacijos dėl aplinkinių kūnų gravitacijos poveikio. Ilgą laiką buvo manoma, kad pagrindinį poveikį turi Jupiteris, bet naujame tyrime pateikiami skaičiavimai rodo, kad greičiausiai mėnuliai šildo vienas kitą. Nors mėnuliai yra daug mažesni už planetą, jų tarpusavio sąveikos gali sukelti rezonansą vandenynuose, o tai labai pakelia kaitinimo spartą. Rezonansas nutinka tada, kai išorinės jėgos atsikartojimo dažnis – šiuo atveju, periodiškas mėnulių suartėjimas, jiems judant savo orbitomis – sutampa su vidiniu sistemos dažniu – vandenyno bangų sklidimu. Jupiteris taip pat gali sukelti rezonansines bangas savo palydovuose, bet tik tuo atveju, jei vandenynai yra labai ploni, maždaug kilometro storio. Dabartiniai skaičiavimai ir geriausi turimi duomenys rodo, kad vandenynai yra dešimčių ar šimtų kilometrų gylio. Detalesni tyrimai apie palydovų patiriamą kaitinimą turėtų padėti tiksliau įvertinti jų paviršinės plutos bei vandenynų storius. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

Be keturių didžiųjų, Jupiteris turi ir daugybę mažesnių palydovų. Šiuo metu jų yra patvirtinti 79, bet gali būti, kad yra net 600. Tokią išvadą grupė tyrėjų padarė išnagrinėję nedidelio dangaus skliauto plotelio greta Jupiterio stebėjimus. Maždaug vieno kvadratinio laipsnio plote, stebėtame 2010 metais, aptikti 52 objektai, judantys danguje labai panašiai, kaip ir Jupiteris. Tai beveik neabejotinai yra maži planetos palydovai, mažiausiųjų skersmuo siekia tik apie 400 metrų. Septyni iš 52 objektų yra jau žinomi mėnuliai, o visi kiti – nauji. Ekstrapoliuodami šiuos rezultatus į visą erdvę aplink Jupiterį, tyrėjai apskaičiavo, kad didžiausioji mūsų sistemos planeta gali turėti 600 palydovų, kurių skersmuo 400 metrų ar didesnis. Beveik visi šie palydovai sukasi aplink Jupiterį priešinga kryptimi, nei Jupiteris aplink Saulę; greičiausiai tai yra pagauti asteroidai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***
Saturnas yra labai svarbi Saulės sistemos planeta. Ne dėl to, kad turi žiedus ir daugybę palydovų, o dėl to, kad greičiausiai dėl jo gravitacijos Žemė atsidūrė ten, kur yra dabar, o ne buvo išmesta į sistemos pakraščius. Apie tai pasakoja Dr. Becky:

***

Protoplanetinių diskų cheminė evoliucija. Planetos formuojasi iš dujų bei dulkių diskų aplink jaunas žvaigždes, o planetos cheminės sudėtis priklauso nuo to, kokie elementai ir junginiai egzistavo diske. Protoplanetinis diskas yra gerokai kitokia aplinka, nei tarpžvaigždinė terpė, ir nuolat kinta, tačiau pokyčių detalės vis dar yra neaiškios. Naujame tyrime bandoma atsakyti, kaip greitai diske nyksta įvairūs lakūs junginiai, tokie kaip anglies monoksidas ar cianidas. Tyrėjai atliko penkių ypatingai jaunų žvaigždžių ir jas supančių diskų stebėjimus, apjungė šiuos duomenis su keturiolika labiau evoliucionavusių diskų, ir taip nustatė, kad anglies monoksido dujų diske nelieka per maždaug 0,5-1 mln. metų nuo disko susiformavimo. Taip nutinka greičiausiai todėl, kad monoksidas sustingsta į ledą ir nusėda šaltoje disko vidurio plokštumoje. Taip pat pastebėti cheminės sudėties skirtumai tarp jaunų ir senesnių diskų, greičiausiai kylantys dėl to, kad labai jauną diską dar gaubia molekulinio debesies fragmento liekanos, apsaugančios molekules nuo ardančios ultravioletinės spinduliuotės. Visgi šių duomenų neužtenka, kad būtų galima atsakyti, ar ledo grumstams garuojant vėliau diske gali padaugėti lakiųjų junginių dujų. Atsakymo į šį klausimą tyrėjai ketina ieškoti tolesniais, didesnio skaičiaus ir dar labiau evoliucionavusių diskų stebėjimais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Deimantinės egzoplanetos? Anglis yra vienas dažniausiai pasitaikančių cheminių elementų Visatoje. Esant tinkamoms sąlygoms, anglis gali virsti deimantu – ar gali taip nutikti visos planetos mastu? Naujame tyrime teigiama, kad taip. Tyrime nagrinėjama planetų, sudarytų daugiausiai iš karbidinių uolienų, evoliucija. Tokios planetos gali susiformuoti prie žvaigždžių, kurių sudėtyje yra daug anglies, palyginus su deguonimi. Žemas šių elementų gausos santykis, kaip Saulėje, nulemia silikatinių uolienų (sudarytų iš silicio ir deguonies) dominavimą, o aukštas – karbidinių (sudarytų iš silicio ir anglies). Laboratoriniais bandymais nustatyta, kad esant aukštai (2500 laipsnių) temperatūrai bei aukštam (50 gigapaskalių, arba 500 tūkstančių atmosferų) slėgiui, silicio karbidas, sąveikaudamas su vandeniu, suformuoja smėlio bei deimanto mišinį ir išskiria vandenilio dujas. Taigi, jauna karbidinė planeta gali tapti deimantine, kai į ją krenta vandens turinčios kometos ir asteroidai. Aišku, ji nebus visa sudaryta vien iš deimantų, tačiau reikšmingą plutos ir mantijos dalį gali sudaryti būtent šie brangakmeniai. Išsiskyręs vandenilis, o šiek tiek žemesniame slėgyje – metanas, gali iškilti į paviršių ir suformuoti atmosferą. Reakcijų metu sumažėja planetos tankis, todėl deimantinė planeta turėtų būti retesnė nei karbidinė ar silikatinė – tą būtų galima nustatyti išmatavus jos masę ir spindulį. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planetinis ūkas yra į Saulę panašios žvaigždės gyvenimo pabaigoje susiformuojantis darinys. Žvaigždė nusimeta dalį išorinių dujų, o jos centras pavirsta baltąja nykštuke. Jei žvaigždė yra dvinarėje sistemoje, numetamos dujos skrieja nesimetriškai, todėl gauname nesferiškus darinius. Vienas jų – Drugelio ūkas. Dvi žvaigždės sukasi diske, todėl disko plokštumoje medžiaga iš sistemos nepabėga. Bet statmenai diskui dujos išlekia, o jų energija ir iš centro vis dar sklindanti spinduliuotė nušviečia viską įvairiausiomis spalvomis.

***

Žvaigždžių susijungimo supernova. Supernovos yra žvaigždžių sprogimai, kuriam laikui šviečiantys ryškiau už visą galaktiką. Viena jų rūšis yra Ia tipo supernovos; jų metu sprogsta baltoji nykštukė, į Saulę panašios žvaigždės liekana. Šiaip sau baltoji nykštukė nesprogsta, tam ji turi priaugti masės ir viršyti vadinamąją Chandrasekharo ribą, apie 1,4 Saulės mases. Dauguma Ia tipo supernovų yra labai panašios vienos į kitas, todėl jas astronomai naudoja atstumams iki tolimų galaktikų matuoti. Visgi esama ir skirtumų, o juos išsiaiškinti svarbu ir dėl tų pačių atstumų matavimo tikslumo, ir vardan geresnio supratimo apie žvaigždžių evoliuciją. Naujame tyrime pristatoma labai neįprastos Ia tipo supernovos stebėjimų analizė ir tikėtina kilmės hipotezė. Supernova, žinoma tik katalogo numeriu LSQ14fmg, buvo gerokai ryškesnė, nei kitos, ir ryškėjo gerokai lėčiau. Įprastai Ia tipo supernovos didžiausią šviesį pasiekia per kelias savaites, o LSQ14fmg užtruko ilgiau nei mėnesį. Praėjus dar mėnesiui po maksimumo, jos šviesis ėmė staigiai blėsti. Pagrindinis energijos šaltinis, palaikantis supernovos šviesį kelis mėnesius, Ia tipo supernovose yra radioaktyvus nikelis, tačiau šiuo atveju švietė ir kažkas kito. Tyrėjai mano, kad geriausias paaiškinimas yra smūginė banga, susidariusi supernovos frontui atsimušus į aplink buvusias tankias dujas, greičiausiai išmestas gyvenimą baigiančios žvaigždės. Vėlesnis šviesio blėsimas rodo, kad ėmė sparčiai kristi supernovos liekanos temperatūra, galimai dėl anglies monoksido molekulių formavimosi – tam taip pat reikia didelio tankio aplinkos. Didelis supernovos maksimalus šviesis gali reikšti, kad sprogęs objektas buvo gerokai masyvesnis, nei Chandrasekharo riba. Visos šios užuominos veda prie tokio scenarijaus: sprogimas įvyko, kai dvinarėje sistemoje susijungė baltoji nykštukė ir žvaigždė-milžinė. Susijungimas greičiausiai įvyko, kai nykštukės kompanionė tapo milžine, išsiplėtė ir apgaubė kaimynę, „paskandindama“ ją. Staigiai išaugusi nykštukės masė įžiebė termobranduolines reakcijas, kurios suplėšė visą junginį į gabalus. Toks scenarijus tikrai negali nutikti dažnai, todėl ir supernova gavosi labai neįprasta. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gravitacinės bangos supernovos sprogime. Masyvių žvaigždžių sprogimai – branduolio kolapso supernovos – yra labai energingi, tačiau kol kas ne iki galo aišku, kaip jie iš tiesų įvyksta. Žinome, kad žvaigždės centre susidaro geležies branduolys, o tolimesnė branduolinė sintezė nebeišskiria energijos, kuri galėtų priešintis gravitaciniam kolapsui. Tačiau vien kolapsas – branduolio susitraukimas į juodąją skylę ar neutroninę žvaigždę – neturėtų išlaisvinti tiek energijos, kad išorinius žvaigždės sluoksnius ištaškytų į gabalus. Net įvertinus tai, kad elektronams ir protonams jungiantis į neutronus dalis išorinės medžiagos atsimuša į šį mišinį ir atšoka atgal, energijos nepakanka. Naujame tyrime pristatyti skaičiavimai, rodantys, kad prieš atsirandant juodajai skylei gali įvykti dar vienas virsmas, panašus į neutronų formavimąsi. Stipriai spaudžiami neutronai gali pavirsti į kvarkų-gliuonų plazmą, egzotišką medžiagos būseną, kuri egzistavo ir pačioje Visatos pradžioje. Šis virsmas dar kartą priverčia išorinę medžiagą atšokti atgal ir išskiria pakankamai energijos, kad suteiktų supernovos sprogimui stebimas savybes. Kaip nustatyti, ar toks virsmas tikrai vyksta? Tą padaryti padėtų gravitacinės bangos, kurių signalas turėtų būti 30 kartų stipresnis, nei kiti, susiję su supernovų sprogimais, tad jį aptikti turėtų būti paprasčiau. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Rečiausios ir tankiausios galaktikos. Bendrai paėmus, galaktikos masė ir jos skersmuo yra susiję: kuo galaktika masyvesnė, tuo didesnio skersmens galime tikėtis. Bet aplink šį sąryšį egzistuoja didelė sklaida: vienodos masės galaktikos gali būti ir labai mažos, ir labai didelės. Ypatingai šie skirtumai išryškėja mažesnės masės, nykštukinėse galaktikose. Egzistuoja ir ultra-kompaktiškos, ir ultra-išplitusios nykštukinės galaktikos. Naujame tyrime atskleidžiama, kad ir vienos, ir kitos greičiausiai tokios tampa dėl sąveikų su aplinkinėmis. Didžiulio projekto, skirto netolimo Mergelės spiečiaus galaktikų stebėjimams, metu pastebėta, kad ir ultra-kompaktiškos, ir ultra-išplitusios nykštukinės galaktikos randamos tankesnėje aplinkoje, nei vidutinė Visata, kitaip tariant, prie jų yra neįprastai daug kitų galaktikų. Kai kurios ultra-kompaktiškos galaktikos turi ne tik tankų žvaigždžių branduolį, bet ir retesnį apvalkalą, kuris gali būti didesnės galaktikos, per milijardus metų išardytos dėl kitų galaktikų gravitacinio poveikio, liekana. Ultra-pasklidusios galaktikos yra gana įvairios, tad turbūt formavosi skirtingais būdais, bet jų buvimas tankiose zonose taip pat byloja, kad dabartinė jų forma atsirado ne be sąveikų su kaimynėmis – galbūt potvyninių, o galbūt ir susiliejimų. Tyrimo rezultatai arXiv: pasklidusios galaktikos, kompaktiškos galaktikos.

***

Daug netikėtų gravitacinių lęšių. Tamsioji materija išlaiko galaktikas ir jų spiečius neišsilakstančius į šalis. Taip pat ji, kaip ir bet koks masę turintis objektas, iškreipia pro šalį sklindančią šviesą. Taigi masyvūs medžiagos telkiniai, tokie kaip galaktikų spiečiai, veikia kaip gravitaciniai lęšiai. Kiekviename spiečiuje yra daug mažesnių telkinių – pavienių galaktikų arba tuščių tamsiosios materijos halų – kurie irgi veikia kaip lęšiai. Naujame darbe tyrėjai pabandė patikrinti, kiek tokių mažų lęšių galima aptikti spiečiuose. Ištyrę 11 spiečių, jie juose rado vidutiniškai dešimt kartų daugiau stiprių lęšių, nei prognozuoja geriausi šiandieniniai skaitmeniniai modeliai. Panašu, kad tamsiosios materijos telkiniai realiuose spiečiuose yra daug labiau koncentruoti, nei gaunami modeliuose. Tai reiškia, kad kažkas yra labai negerai arba su tais modeliais, arba su mūsų prielaidomis apie tamsiosios materijos savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

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

Laiqualasse