Dujos kosmose yra visur, o jų savybės leidžia tyrinėti visokiausius procesus, nuo labai trumpų ir greitai kintančių iki ilgaamžių. Štai Jupiterio palydovas Ijo turi retą nuolat kintančią atmosferą, kylančią iš ugnikalnių. O Paukščių Tako diską gaubia atmosfera, kylanti iš žvaigždėdaros regionų. Dujų srautai prie neutroninės žvaigždės padeda patikrinti reliatyvumo teorijos prognozes, o karštos Neptūno dydžio planetos atmosfera – planetų evoliucijos modelius. Kitose naujienose – tarpplanetinių komunikacijų metodai, asteroido Bennu mėginio paėmimas, Paukščių Tako prarytos nykštukinės galaktikos liekana ir pirmųjų žvaigždžių sprogimų modeliai. Gero skaitymo!

***

Nauja tarpplanetinių komunikacijų įranga. Šiuo metu NASA ir kitos kosmoso agentūros su kosminėmis misijomis bendrauja radijo bangomis. Šiandieniniai komunikacijų protokolai sukurti maždaug Apollo misijų metu; jie buvo užtektini keliems žmonių skrydžiams į Mėnulį, dabartinėms robotinėms misijoms bei komunikacijai su astronautais Tarptautinėje kosminėje stotyje. Net ir dabar ryšio pajėgumai išnaudojami praktiškai iki ribų, vis ieškoma būdų, kaip sumažinti gaunamos informacijos kiekį, neprarandant naudingų duomenų. Kai žmonės pradės daugiau skraidyti į kosmosą – grįš į Mėnulį, nuskris į Marsą, gal ims kasinėti asteroidus, plėsis artimojo kosmoso apgyvendinimas – reikės gerinti ir komunikacijų infrastruktūrą. Neseniai grupė mokslininkų pasiūlė ir laboratoriškai išbandė sistemą, paremtą ne radijo, o šviesos spinduliais. Naudoti regimuosius spindulius yra daug efektyviau, nei radijo, nes mažesnis bangos ilgis leidžia duomenis perduoti greičiau; iš kitos pusės, regimuosius spindulius labiau veikia sklaida ir kitokie trikdžiai, todėl sunku išlaikyti signalą nepakitusį. Tyrėjai išbandė tokią metodiką: kartu su duomenis koduojančiu signalu siunčiamas dar vienas, žinomos formos signalas, ir jie dar sujungiami į vieną bendrą, patikrinimo signalą. Gauti duomenys išpakuojami žinant referencinį ir apjungtą signalus, taip eliminuojant daugumą klaidų. Signalas išlaikomas taip kokybiškai, kad praktiškai vienas fotonas gali koduoti vieną bitą naudingos informacijos. Eksperimentiškai pasiektas 10 gigabitų per sekundę pralaidumas dešimt kartų viršija geriausias šiandienos kosmines technologijas. Žinoma, iki pritaikymo praktikoje dar toli, bet tai – jau inžinerijos, o ne fundamentalių mokslinių sprendimų klausimas. Tyrimo rezultatai publikuojami Light: Science & Applications.

***

Artemis misijos progresas. Artemis misija – žmonių grįžimas į Mėnulį 2024-aisiais – susideda iš daugybės detalių. Reikia paruošti raketą, skrydžio kapsulę, nusileidimo modulį ir taip toliau. Pastarąją dalį NASA patikės komerciniam rangovui, o praeitą savaitę paskelbta, kad trys galimi partneriai kol kas planus vysto be kliūčių ir vėlavimų. Projektų pasiūlymai buvo vertinami šių metų pradžioje, balandį sudarytos pirminės sutartys su trimis kompanijomis – Blue Origin, Dynetics ir SpaceX. Visos jos turi iki ateinančių metų vasario paruošti detalius misijos konceptus. Tokia praktika šiek tiek skiriasi nuo įprastinės NASA veiklos, kai išoriniams rangovams pateikiamos labai tikslios specifikacijos; čia į planavimo procesą įsitraukia ir kompanijos. Būtent todėl planų rengimo laikotarpio viduryje atlikta inspekcija, kurią visos kompanijos praėjo labai sėkmingai. Tad bent jau ši Artemis dalis juda pagal planą.

Dar viena, bendresnio pobūdžio, komponentė yra Artemis Sutarimas – tarptautinis dokumentas, kuriuo JAV kviečia kitas valstybes įsipareigoti Mėnulį tyrinėti saugiai ir tvariai. Sutarimo pagrindą sudaro dešimt pagrindinių principų, nuo bendradarbiavimo iki istorinio palikimo saugojimo, nuo orbitinių šiukšlių valdymo iki dalinimosi surenkamais duomenimis. Dokumento idėja kilo dar pernai gegužę, o praeitą savaitę jį pasirašė pirmosios septynios valstybės. Tai – JAV, Australija, Kanada, Italija, Japonija, Liuksemburgas, Jungtiniai Arabų Emyratai ir Jungtinė Karalystė. Visos šalys prisideda ar planuoja prisidėti prie Artemis misijų, taigi jų prisijungimas prie Sutarimo – labai svarbus. Neabejotinai pasirašančiųjų bus ir daugiau. Tiesa, Rusija pasirašyti dokumentą atsisako, motyvuodama tuo, kad visai Artemis misijai per daug vadovauja JAV ir NASA, tad nebelieka lygiaverčio tarptautinio bendradarbiavimo, koks pasiektas Tarptautinėje kosminėje stotyje. Taip pat Sutarimo nepasirašė ir Kinija, bet taip yra dėl JAV politikos – dar nuo 2011 metų JAV institucijoms ir bendrovėms draudžiama bendradarbiauti su Kinija įvairiais klausimais, tarp jų ir kosmoso tyrimų srityje. Turint omeny, kad Kinija taip pat planuoja žmonių skrydžius į Mėnulį, lieka neaišku, kiek realios naudos duos Artemis Sutarimas.

***

Bennu mėginių paėmimas. Antradienį NASA zondas OSIRIS-REx sėkmingai priartėjo prie asteroido Bennu, bakstelėjo į jį, paėmė paviršiaus mėginių ir atsitraukė. Visiškai autonomiškai atliktas manevras buvo vienas iš pagrindinių visos misijos tikslų, kuriam ruoštasi dvejus metus. Būtent 2018-ųjų pabaigoje OSIRIS-REx atskrido į Bennu apylinkes ir visą tą laiką tyrinėjo asteroidą, padėdamas suprasti jo savybes ir išrinkti mėginių paėmimo vietą. Antradienio manevras truko keturias su puse valandos, tačiau prie asteroido paviršiaus zondas lietėsi vos 10 sekundžių. Per tą laiką iš specialios tūtos paleistas azoto dujų srautas pakėlė dulkių ir grumstų nuo paviršiaus, o dalis jų pateko į mėginių surinkimo dėžutę. Dėžutėje turėtų tilpti iki dviejų kilogramų medžiagos, tačiau misijos tikslas – paimti bent 60 gramų. Atrodo, kad šis tikslas pasiektas su kaupu – penktadienį pranešta, kad dėžutės nepavyksta uždaryti, nes ji tokia pilna medžiagos. Manoma, kad taip nutiko todėl, kad mėginių paėmimo dėžutė įsiskverbė per giliai į asteroidą – kone pusmetrį po paviršiniu dulkių sluoksniu. Taigi į ją pateko ne tik dulkės ir mažytės granulės, bet ir keli stambesni akmenukai, kurie ir trukdo jai užsidaryti. Deja, pataisyti dangčio galimybių nėra, tad misijos kuratoriams belieka skubinti darbų eigą ir perkelti mėginį į sandarią kapsulę, kol per daug jo neišsilakstė. Tą numatoma padaryti antradienį, ne lapkričio pradžioje, kaip buvo planuota originaliai. Taip pat nuspręsta nebandyti tiksliai išmatuoti, kiek medžiagos pavyko surinkti, tačiau vertinama, kad dėžutėje turėtų būti bent keli šimtai gramų.

***

Vulkaninė Ijo atmosfera. Jupiterio palydovas Ijo yra vienintelis kūnas Saulės sistemoje, neskaitant Žemės (ir galbūt Veneros), turintis aktyvių ugnikalnių. Palydove jų skaičiuojama daugiau nei keturi šimtai – Jupiterio gravitacija taip tampo ir gniuždo palydovą, kad jo gelmės niekada neatšalo ir vis veržiasi į paviršių. Išsiveržusi medžiaga ne visa nusėda atgal ant paviršiaus; dalis išlekia į kosmosą ir suformuoja labai retą nepastovią atmosferą. Nors Ijo atmosfera milijardą kartų retesnė, nei Žemės, ją tyrinėdami galime daug geriau suprasti palydovo sandarą. Naujame tyrime pristatomi detalūs Ijo atmosferos stebėjimai, atlikti submilimetrinių bangų teleskopu ALMA. Tyrėjus labiausiai domino sieros dioksido bei monoksido judėjimas atmosferoje. Šių dujų egzistavimas žinomas jau seniai, bet buvo neaišku, ar jos išsiveržia tiesiai iš ugnikalnių, ar ima garuoti nuo paviršiaus, pakaitinus Saulei. Šįkart Ijo stebėtas skrydžio pro Jupiterio šešėlį metu, kai jo neveikia tiesioginiai Saulės spinduliai. Tada palydovo paviršiuje esantys sieros junginiai tikrai negali garuoti, todėl visa matoma atmosfera atsiranda tik iš ugnikalnių išsiveržimų. Gauti duomenys leido apskaičiuoti, kad iš ugnikalnių išsiveržiantys junginiai sudaro 30-50% visos Ijo atmosferos. Be to, pavyko erdviškai išskirti, kad dujos tikrai veržiasi iš ugnikalnių, nes yra matomos daugiausiai jų aplinkoje, o ne pasklidusios per visą Ijo diską. Taip pat aptiktos kalio chlorido dujos. Įdomu, kad šios dujos veržėsi iš kitų ugnikalnių, nei sieros junginiai, taigi galima daryti išvadą, kad po Ijo paviršiumi yra skirtingos cheminės sudėties magmos rezervuarų, o ne vientisas magmos okeanas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Karšto neptūno atmosfera. Daugybė egzoplanetų skrieja labai arti savo žvaigždžių, todėl jų temperatūra siekia tūkstančius laipsnių. Didžiausios iš jų vadinamos karštaisiais jupiteriais, uolinės – karštomis žemėmis. Į tarpą tarp šių ekstremumų egzistuoja Neptūno dydžio ir masės planetos, bet ilgą laiką buvo manoma, kad karštieji neptūnai neturėtų egzistuoti. Jų nebuvo aptinkama, o priežastis atrodė gana aiški: taip arti žvaigždės esančios Neptūno dydžio planetos atmosfera turėtų tiesiog išgaruoti, tad iš planetos liktų tik už Žemę masyvesnis uolinis branduolys. Visgi Visata nelinkusi elgtis pagal mūsų modelius ir vis pateikia staigmenų. Viena tokia yra planeta LTT 9779b, aptikta TESS kosminiu teleskopu. Apie jos atradimą paskelbta prieš mėnesį, o dabar sulaukėme ir spektrinių tyrimų, atskleidžiančių atmosferos sudėtį. Tai pirma atmosferos analizė TESS aptiktai planetai. Stebėdami infraraudonųjų spindulių šviesio kitimą planetai sukantis aplink žvaigždę, tyrėjai nustatė jos temperatūrą ir atmosferos kuriamo šiltnamio efekto stiprumą. Žemėje karščiausia būna ne vidurdienį, kai Saulė aukščiausiai virš horizonto, o keliomis valandomis vėliau, nes atmosfera išlaiko šilumą. LTT 9779b karščiausia beveik tiksliai vidurdienį, taigi atmosfera nesukuria didelio šiltnamio efekto. Šiltnamio efekto silpnumą patvirtina ir tai, kad naktinę planetos pusę pasiekia nedaug žvaigždės šilumos – sugerta spinduliuotė greičiau pabėga į kosmosą, nei apsuka planetą. Bet dieninėje pusėje temperatūra tikrai aukšta – viršija 1650 Celsijaus laipsnių. Šie atradimai padės ne tik geriau suprasti ekstremalių planetų evoliuciją; jie taip pat naudingi išbandyti technologijas ir analizės įrankius, kuriuos ateityje bus galima naudoti panašesnių į Žemę planetų atmosferoms tyrinėti. Planetos atradimą aprašantį straipsnį rasite arXiv, o naująją atmosferos analizę – Astrophysical Journal Letters.

***

Mįslinga neutroninė žvaigždė. Po daugybę metų trukusių paieškų identifikuotas neįprastas gama spindulių šaltinis – keista neutroninė žvaigždė su labai mažos masės kompanione. Gama spindulių šaltinis aptiktas dar 1999 metais, o nuo 2009 metų įtariama, kad spindulius skleidžia neutroninė žvaigždė. Tačiau nebuvo aptikta pulsuojančios radijo spinduliuotės, kurią įprastai skleidžia šie objektai. 2014 metais nustatyta, kad šaltinis yra dvinarė sistema su labai trumpa, vos 79 minučių trukmės, orbita. Dabar sistemos savybės nustatytos dar geriau, pasinaudojus daugybės savanorių dedikuotais kompiuterių grafinių plokščių resursais Einstein@Home projekte. Labai detaliai nagrinėjant gama ir radijo spinduliuotės stebėjimų duomenis, paaiškėjo, kad neutroninė žvaigždė per sekundę aplink savo ašį apsisuka 30 tūkstančių kartų. Tai daro ją vienu greičiausiai besisukančių pulsarų. Jos magnetinio lauko stipris siekia 40 milijonų gausų – daugybę kartų daugiau, nei Žemės (~0,5 gauso), bet kartu mažesnis, nei bet kurios kitos žinomos neutroninės žvaigždės. Tai gali būti viena iš priežasčių, kodėl neaptikta radijo spinduliuotės. Kompanionės masė yra mažytė, vos vienas procentas Saulės masės arba dešimt Jupiterio masių. Tai greičiausiai nėra planeta, o kadaise buvusi žvaigždė, kurią neutroninės kompanionės spinduliuotė tiesiog išgarino. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Reliatyvumas patikrintas dvinarėje žvaigždėje. Reliatyvumo teorija prognozuoja įvairius pokyčius, nutinkančius stipriame gravitaciniame lauke. Vienas jų – gravitacinis raudonasis poslinkis: šviesa, sklindanti iš masyvaus kūno prieigų, paraudonuoja. Efektas išmatuotas Saulės sistemoje, tačiau čia jis labai menkas. Keletą kartų jis išmatuotas aktyviuose galaktikų branduoliuose, tyrinėjant spinduliuotę, atsklindančią beveik nuo juodosios skylės įvykių horizonto. Dabar pirmą kartą gravitacinis raudonasis poslinkis užfiksuotas prie neutroninės žvaigždės. Dvinarę sistemą 4U 1916−053 sudaro neutroninė žvaigždė ir gerokai mažesnė kompanionė, apsukanti orbitą vos per 50 minučių. Kompanionės medžiaga nuolat teka neutroninės žvaigždės link ir sudaro aplink ją akrecinį diską. Kartais disko kraštas pridengia neutroninę žvaigždę ir visa sistema pritemsta; stebėjimai pritemimo metu ir tarp jų leidžia tyrinėti skirtingas akrecinio disko dalis. Nustatyta, kad tarp pritemimų matomos geležies bei silicio dujų absorbcijos linijos yra paraudusios – nežymiai, bet išmatuojamai. Jų bangos ilgis į raudonąją pusę pasislinkęs maždaug viena tūkstantąja dalimi. Tai reiškia, kad sugerties linijos atsiranda poros tūkstančių kilometrų atstumu nuo neutroninės žvaigždės. Pritemimo metu efekto nebelieka – disko pakraštyje reliatyvistiniai efektai pernelyg silpni, kad galėtume juos išmatuoti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos halas – netolygus. Kiekviena galaktika turi halą, susidedantį iš tamsiosios materijos, dujų bei žvaigždžių. Tamsiosios materijos hale sutelkta didžioji dalis galaktikos masės, o štai žvaigždžių ir dujų ten palyginus labai nedaug. Iš kitos pusės, tos dujos gali būti labai svarbios: krisdamos į galaktiką, jos leidžia formuotis naujoms žvaigždėms. Be to, nors dujų tankis labai mažas, halo tūris yra labai didelis, tad dujų masė gali sudaryti reikšmingą visos įprastos materijos masės dalį aplinkinėje Visatoje. Visgi nėra labai aišku, kaip haluose dujos pasiskirsčiusios; naujame tyrime bandoma į šį klausimą atsakyti. Tyrėjai pasinaudojo labai detaliais Paukščių Tako pakraščių rentgeno spinduliuotės stebėjimais: didžioji dalis halo dujų turėtų būti maždaug dviejų milijonų laipsnių karščio, o tokios dujos daugiausiai spinduliuoja būtent rentgeno ruože. Duomenys gerai atitinka modelį, pagal kurį halo dujos pagrinde telkiasi aplink Galaktikos diską, o daugiausia jų ties tomis disko vietomis, kuriose yra daugiausiai molekulinių dujų ir formuojasi daugiausiai žvaigždžių. Toks rezultatas leidžia daryti išvadą, kad pagrindinę karštų halo dujų dalį sudaro žvaigždžių spinduliuotės, vėjų bei sprogimų įkaitintos dujos, išsiveržusios iš disko. Gali būti, kad egzistuoja ir reikšminga plačiau pasklidusių dujų komponentė, bet tokios aptikti nepavyko. Tai reiškia, kad arba jos tankis labai mažas, arba tos dujos yra gerokai šaltesnės, arba diskinė komponentė užstoja jų spinduliuotę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Suvalgytos nykštukinės galaktikos liekana. Galaktikų susiliejimai – įprastas reiškinys Visatoje, kiekviena didelė galaktika per gyvenimą jų patiria dešimtis, jei ne šimtus. Dauguma susiliejimų yra maži, kai praryjama gerokai mažesnė galaktika. Paukščių Takas tokių irgi yra patyręs ne vieną, o naujame tyrime pristatoma detali analizė, rodanti, kad vienas toks susidūrimas greičiausiai įvyko prieš 2,7 milijardo metų. Pagrindinis jo įrodymas – vadinamasis Mergelės sutankėjimas, žvaigždžių grupė, aptikta 2005 metais. Kurį laiką buvo manoma, kad tai yra spiečius, bet vėliau paaiškėjo, kad ši grupė pailga, tik pasisukusi galu į mus, todėl matome ją kompaktišką. Nauja analizė padėjo dar patikslinti struktūros formą ir jos judėjimo istoriją. Tai beveik neabejotinai yra plintanti nykštukinės galaktikos liekana – kevalas. Panašios struktūros dažnai randamos kitose galaktikose po susiliejimų, kurių metu mažesnė galaktika pataiko beveik tiksliai į didesniosios centrą, bet Paukščių Take tokio radinio anksčiau nebuvo užfiksuota. Žvaigždžių judėjimo greitis ir kryptis rodo, kad prieš 2,7 milijardo metų jos buvo ties Galaktikos centru – kitaip tariant, įvyko galaktikų susiliejimas. Panašiu metu centrinėje Paukščių Tako disko dalyje įvyko žvaigždėdaros žybsnis – gali būti, kad jį sukėlė būtent šis susiliejimas. Iš kitos pusės, kiti darbai rodo, kad šis žvaigždžių sutankėjimas Mergelės žvaigždyne greičiausiai susijęs su Gajos-Encelado galaktika, kurią Paukščių Takas suvalgė, manoma, prieš 11 milijardų metų. Kaip suderinti tokius skirtingus laiko įvertinimus, kol kas nežinia. Gali būti, kad Gajos-Encelado susiliejimas įvyko ne taip seniai, arba gal šios laiko vertės žymi skirtingas susiliejimo dalis – pirmąjį palydovinės galaktikos priartėjimą prie Paukščių Tako ir galutinį suardymą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supernovos yra puikus būdas matuoti atstumus iki galaktikų. Ypač tokios, kurių metu sprogsta per daug medžiagos prisirijusi baltoji nykštukė. Vienas toks sprogimas 2018 metų vasarį užfiksuotas galaktikoje NGC 2525 – čia jis matomas kaip ryški mėlyna žvaigždė kairėje galaktikos pusėje. Pati galaktika matoma pietų pusrutulyje, Laivagalio žvaižgdyne. Metus vykdyti stebėjimai leido beprecedentiškai gerai sekti supernovos šviesio mažėjimą ir pagerinti šių įvykių modelius.

***

Pirmųjų žvaigždžių sprogimai. Pirmosios Visatos žvaigždės, atsiradusios praėjus kiek daugiau nei 100 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, greičiausiai buvo gana masyvios ir ilgai negyveno. Jų sprogimai praturtino aplinką pirmaisiais už litį sunkesniais cheminiais elementais, daugiausiai – anglimi. Kiek vėliau besiformuojančių žvaigždžių sudėtyje jau buvo išmatuojami anglies kiekiai, tačiau bendras jų metalingumas – už helį sunkesnių elementų dalis – vis dar išliko labai žemas. Tokių „anglimi praturtintų nemetalingų žvaigždžių“ (angl. Carbon-Enriched Metal-Poor stars, CEMP) randama ir Paukščių Take, taigi bent dalis jų tikrai ilgaamžės. Naujame tyrime, pasitelkiant skaitmeninius modelius, nagrinėjama, kaip CEMP formavosi ir kokios tikėtinos jų savybės. Nustatyta, kad dalis medžiagos, išlėkusios iš pirmųjų supernovų, pasilieka tame pačiame tamsiosios materijos hale, kuriame susiformavo ir pirmoji žvaigždė. Anglies susikaupia užtektinai, kad imtų formuotis dulkės, kurios labai paspartina dujų vėsimą ir leidžia joms fragmentuoti į gerokai mažesnius gumulus, nei pirmykštės dujos, tad ir žvaigždės formuojasi mažesnės masės. Šiose CEMP žvaigždėse anglies turėtų būti 3000-50000 kartų mažiau, nei Saulėje, tuo tarpu geležies – net milijardą kartų mažiau. Kol kas tokių žvaigždžių nėra aptikta, visos žinomos CEMP turi bent 1/300 tiek anglies, kiek Saulė. Visgi tikėtina, kad ir tokios ekstremalios žvaigždės egzistuoja ir kad jas pavyks aptikti ateityje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Jei Visata plečiasi, tai kur jos centras? Tokio klausimo sulaukia dauguma astronomijos populiarintojų, o atsakymas – „centro nėra“ – tikrai nėra labai aiškus. Apie tai pasakoja Dr. Becky:

***

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

Laiqualasse