Kąsnelis Visatos CDLX: Pėdsakai

Astronominiai reiškiniai dažnai vyksta taip ilgai ir taip lėtai, kad tiesiogiai jų tyrinėti neįmanoma. Neretai įdomius reiškinius aptikti ir pavėluojame – kartais šimtmečius, kartais milijardus metų. Bet tada į pagalbą ateina pėdsakai – tų reiškinių palikti įrašai, kuriuos tereikia mokėti perskaityti. Įrašų būna įvairiausių: supernovų sprogimų palikimas matomas medžių rievėse, senovinio potvynio Marse – nuosėdinių uolienų sankaupose, galaktikų susiliejimų – žvaigždžių populiacijų judėjimo bei cheminės sudėties informacijoje. Kiti pėdsakai leidžia susieti skirtingus reiškinių mastelius – pavyzdžiui, Jupiterio ir Saturno viršutiniai atmosferos sluoksniai parodo, kas dedasi jų gelmėse, o galaktikos dydžio tamsios juostos leidžia įvertinti, kas gali dėtis labai arti galaktikos centro. Kitose naujienose – Arecibo teleskopo likimas, aminorūgščių formavimosi bandymai ir netikėtai didelis superryškių galaktikų skaičius. Gero skaitymo!

***

Arecibo teleskopas – uždaromas. Ketvirtadienį JAV Nacionalinis mokslo fondas (National Science Foundation) paskelbė, kad jo valdomas Arecibo radijo teleskopas Puerto Rike bus uždarytas. Teleskopo ateiti neaiški buvo jau nuo rugpjūčio mėnesio, kai audra nutraukė vieną iš pagalbinių konstrukciją laikančių lynų ir išmušė 30 metrų skylę pagrindinėje lėkštėje. Galutinis smūgis suduotas lapkričio 6 dieną, kai nutrūko vienas iš pagrindinių lynų ir visa konstrukcija tapo nestabili. 305 metrų skersmens Arecibo teleskopas, pastatytas septintojo dešimtmečio pradžioje, ilgą laiką buvo didžiausias radijo teleskopas pasaulyje; tik 2016 metais jį aplenkė 500 metrų kiniškas FAST. Mokslinis Arecibo palikimas – didžiulis: tai ir asteroidų tyrimai, ir egzoplanetų charakterizavimas, ir aktyvių galaktikų stebėjimai. Taip pat Arecibo buvo vienas iš dviejų teleskopų, reguliariai naudojamų radaro astronomijai – radijo signalų siuntimui į kosmosą ir jų atspindžių tyrinėjimui. Radijo signalų siuntimas atnešė Arecibo ir didžiulį žinomumą plačiojoje visuomenėje, kai 1974 metais juo buvo išsiųsta žinutė apie žmoniją galimoms protingoms nežemiškoms civilizacijoms. Vėliau teleskopas figūravo keliuose filmuose ir tapo neatsiejama Puerto Riko dalimi. Šiuo metu surinkti duomenys dar daugybę metų, jei ne dešimtmečių, duos peno moksliniams tyrimams, bet kas pakeis šį teleskopą tolimesnėje perspektyvoje – kol kas nežinia.

***

Supernovų pėdsakai medžių rievėse. Medžių augimo rievės yra puikus būdas tyrinėti praeitį. Kiekvienos rievės storis, spalva ir cheminė sudėtis atspindi daugybę aplinkos savybių iš tų metų, kai rievė susiformavo. Naujame tyrime parodyta, kad rievėse matyti netgi palyginus netoli Žemės sprogusių supernovų pėdsakai. Po supernovos sprogimo bent kelias dešimtis tūkstančių metų matoma jos liekana – besiplečiantis dujų debesis. Tyrinėdami dujų judėjimą, temperatūrą ir kitas savybes, astronomai gali nustatyti ir supernovos sprogimo laiką. Yra žinoma, kad per paskutinius 40 tūkstančių metų mažiau nei 1500 parsekų atstumu nuo Žemės sprogo bent 18 supernovų. Jų gama spinduliuotė, pasiekusi Žemės atmosferą, galėjo suardyti kai kuriuos azoto atomus ir paversti jų branduolius radioaktyvia anglimi. Anglį – ir įprastą, ir radioaktyvią – inkorporuoja gyvi organizmai, taip pat ir medžiai, tad radioaktyvios anglies gausos pokyčiai atsispindi jų rievėse. Jau seniai žinomi keli staigūs radioaktyvios anglies gausos pokyčiai Žemės atmosferoje praeityje, tačiau iki šiol nebuvo bandyta jų susieti su konkrečių supernovų sprogimų laikais. Naujajame tyrime būtent tai ir padaryta. Iš 18 supernovų sprogimų aštuoni paliko identifikuojamus pėdsakus medžių rievių radioaktyvios anglies kiekyje, o keturi pėdsakai – tikrai reikšmingi, viršyjantys procentą. Didžiausias pikas, net trijų procentų pagausėjimas, įvyko prieš 12800 metų. Įdomu, kad kaip tik tada Žemėje prasidėjo klimato atšalimas, vadinamas Jaunosiomis Driadomis (angl. Younger Dryas). Ar jį sukėlė supernovos, palikusios Velos liekaną, sprogimas – tvirtai atsakyti negalime, bet šis tyrimas rodo, kad tokia hipotezė yra bent jau tikėtina. Tyrimo rezultatai publikuojami International Journal of Astrobiology; viešai prieinamą (lyg ir truputį ankstesnę) straipsnio versiją rasite arXiv.

***

Kosminiai įvykiai įdomūs ne tik patys savaime, bet ir tuo, kaip jie paveikia mūsų planetą ir žmonijos mąstymą. Aišku, tokių išskirtinių įvykių pasitaiko nedažnai – dėl to jie ir yra išskirtiniai. Bet tai tik padidina kontrastą tarp įprastai nekintančiu laikyto dangaus ir retų pokyčių jame. Apie vieną iš tokių reiškinių – meteoroidų smūgius – pasakoja naujas dokumentinis filmas „Fireball: Visitors from Darker Worlds“. Event Horizon kanale apie idėją kalba filmo kūrėjai:

***

Didžiulis potvynis Marso pusiaujuje. Jauname Marse buvo daug skysto vandens – jūrų, upių, ežerų ir panašiai. Vandens judėjimas palieka pėdsakus uolienose, kuriuos galima aptikti ir po milijardų metų. Tokių pėdsakų Marse aptiktas ne vienas – upių vagos, ežerų išsiveržimai iš kraterių-baseinų, nuosėdų ratilai buvusių ežerų pakrantėse ir panašiai. Dabar pristatyta analizė, rodanti didžiulio potvynio pėdsakus Gale krateryje, kuriame važinėja Curiosity. Tie pėdsakai – gūbriai, arba „antikopos“, matomi nuosėdiniuose uolienų sluoksniuose kraterio dugne. Jų aukštis siekia apie 10 metrų, o atstumai tarp pailgų gūbrių – po 150 metrų. Tokias antikopas suformuoja trumpalaikiai potvyniai; Žemėje jų randama vietose, kurias skalavo potvyniai po ledynų ištirpimo prieš du milijonus metų. Labai tikėtina, kad potvynį Gale krateryje irgi sukėlė tirpstantys ledynai, galbūt po asteroido smūgio. Smūgio metu išgarintas ledas susikondensavo ir išlijo stipriais lietumis, kurie sukėlė trumpalaikes, bet galingas potvynio bangas. Tai pirmas kartas, kai tokio masto potvynio pėdsakai aptinkami Marse – nuotraukose iš orbitos tokių detalių nematyti, tad čia pasitarnavo Curiosity darytos nuotraukos ir paviršiaus uolienų analizė. Deja, neįmanoma nustatyti, kada tiksliai įvyko šis potvynis, bet tai turėjo nutikti vėliau, nei Marsas tapo sausas ir išgaravo Gale krateryje buvęs ežeras. Tyrimo rezultatai publikuojami Scientific Reports.

***

Didžiųjų planetų orų prigimtis. Žemės orai, nors apima visą atmosferą, formuojasi siaurame sluoksnyje arti planetos paviršiaus. Čia vyksta pagrindiniai garavimo ir kondensacijos procesai, taip pat atmosferos sąveika su paviršiaus nelygumais. Ilgą laiką panašiai buvo interpretuojama ir kitų planetų atmosfera: net dujinių milžinių atveju, kurių atmosferų storis siekia dešimtis tūkstančių kilometrų, buvo manoma, kad orai formuojasi plonuose sluoksniuose dėl horizontalių sąveikų. Naujame tyrime dviem skaitmeniniais modeliais parodyta, kad tokia interpretacija neteisinga. Tyrėjai sukūrė modelius, kurie neblogai atitinka Jupiterio ir Saturno atmosferų struktūrą. Vienas modelis skirtas detaliam hidrodinaminių procesų, ypač turbulencijos, tyrimui, kitas – ne tokios detalios raiškos – skirtas atmosferos ir magnetinio lauko sąveikai nagrinėti. Planetoms sukantis, atmosferoje susidarė gilūs konvekciniai sūkuriai, pasireiškiantys galingais ciklonais, anticiklonais ir čiurkšlinėmis srovėmis. Magnetinis laukas kartkartėmis sukuria plunksninius kylančios medžiagos srautus, kurie viršutiniuose atmosferos sluoksniuose sukuria paplokščias orų struktūras, net ir tokias, kaip Jupiterio Didžioji raudonoji dėmė. Ryšys su magnetiniu lauku ir giliais kylančios medžiagos srautais leidžia šioms struktūroms išlikti labai ilgą laiką. Šis atradimas padės geriau suprasti ne tik Saulės sistemos planetų atmosferas, bet ir geriau interpretuoti vis tikslėjančius egzoplanetų stebėjimų duomenis. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Aminorūgštys formuojasi tarpžvaigždinėje erdvėje. Aminorūgštys – baltymų sudedamosios dalys ir apskritai gyvybei reikalingi junginiai – aptinkamos ir kosmose, pavyzdžiui kometoje 67P/Čuriumov-Gerasimenko. O dabar paaiškėjo, kad jos, ar bent jau paprasčiausia aminorūgštis glicinas, gali susiformuoti netgi tarpžvaigždinėje erdvėje. Laboratoriniais eksperimentais mokslininkai parodė, kad terpėje su daug vandens ledo, tamsaus tarpžvaigždinio molekulinių dujų debesies sąlygomis, vyksta visos reakcijos, kurių reikia glicinui susiformuoti. Ant dulkių dalelių nusėdę atomai ir laisvieji radikalai jungiasi tarpusavyje, formuodami įvairius sudėtingus junginius, tarp jų ir gliciną. Taip pat šios reakcijos pagamina ir organinio junginio metilamino, tačiau tik kietoje – ledo – būsenoje. Šis atradimas parodo, kad glicino formavimuisi nebūtina nei ultravioletinė spinduliuotė, nei kosminių spindulių srautas, kaip manyta iki šiol. Taip pat tai rodo, kad glicino, o galbūt ir kitų svarbių prebiotinių junginių, į Saulės sistemą galėjo patekti dar iš pirminio debesies, iš kurio formavosi žvaigždė – daug anksčiau, nei įprastai galvojama. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Labai tamsią naktį Persėjo žvaigždyne galima išvysti du žvaigždžių telkinukus vieną šalia kito. Tai – spiečiai NGC 869 ir NGC 884, pirmą kartą aprašyti dar Senovės Graikijos astronomo Hiparcho. Įprastai žvaigždžių spiečius matome po vieną, tad pamatyti du taip arti vieną kito – netikėtas vaizdas. Ir tai – ne projekcija danguje. Atstumas tarp šių spiečių tikrai yra tik apie šimtą parsekų, o nuo mūsų juos skiria daugiau nei du kiloparsekai. Be to, spiečių amžius irgi panašus, tad jie greičiausiai susiformavo iš to paties molekulinio debesies, tik suskilusio į dvi dalis kolapso pradžioje.

***

Netikėtos senų žvaigždžių orbitos. Kai Visata buvo jaunesnė, joje buvo mažiau cheminių elementų, sunkesnių už helį – astronomai juos visus vadina „metalais“. Žvaigždės savo chemine sudėtimi atspindi dujas, iš kurių formavosi, taigi senesnės žvaigždės turi mažiau metalų, nei jaunesnės. Pagal metalingumą – įprastai jis apibrėžiamas kaip geležies ir vandenilio gausos santykis, lyginant su Saule – žvaigždės skirstomos į tris populiacijas. I populiacijai priklauso žvaigždės, turinčios bent dešimtadalį tiek geležies, kiek Saulė, II populiacijai – turinčios mažiau, o III – išvis neturinčios metalų. Paukščių Take žvaigždės formuojasi daugiausiai diske, spiralinėse vijose ir ten esančiuose molekuliniuose debesyse, taigi jauniausios – metalingiausios – žvaigždės randamos arčiausiai disko plokštumos. Laikui bėgant, gravitacinės sąveikos išdarko žvaigždžių orbitas ir jos nuo plokštumos nutolsta, suformuodamos storąjį diską. Dar senesnės ir mažiau metalingos yra halo žvaigždės, kurios greičiausiai susiformavo besiformuojant pačiai Galaktikai. Naujame tyrime, nagrinėdami kelių šimtų ypatingai žemo metalingumo žvaigždžių duomenis, mokslininkai atrado kelias su netikėtomis orbitomis. Pagal metalingumą šios žvaigždės panašios į halo nares – geležies jose yra mažiau nei viena tūkstantoji Saulės vertės. Tačiau jų orbitos yra beveik apskritiminės ir nenutolsta toli nuo Galaktikos disko plokštumos. Taip įprastai juda gerokai jaunesnės ir metalingesnės žvaigždės. Šių žvaigždžių nėra daug – tik apie 50, bet tai sudaro net 11% nagrinėtos populiacijos. Žemiausio metalingumo žvaigždė iš šios grupės turi mažiau nei vieną 20000-ąją Saulės geležies gausos dalį. Tyrėjų teigimu, jie aptiko mažiausiai metalingas storojo disko žvaigždes – kitaip tariant, tai yra žvaigždės, gimusios tik pradėjus formuotis Paukščių Tako diskui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nauja Galaktikos istorijos detalė. Pastaraisiais metais ėmė aiškėti Paukščių Tako susiliejimų istorija. Mūsų Galaktika, kaip ir kitos, per gyvenimą patyrė ne vieną susiliejimą; tiksliau sakant, ji suvalgė ne vieną palydovinę galaktiką. Iki šiol didžiausias žinomas susiliejimas buvo su galaktika, vadinama Gaia-Enceladu, nutikęs maždaug prieš 10 milijardų metų. Dabar atrastas kitas, panašaus amžiaus, bet dvigubai didesnio susiliejimo pėdsakas. Tai yra grupė žvaigždžių centrinėje Paukščių Tako halo dalyje, kurių cheminė sudėtis ir judėjimo greičiai labai skiriasi nuo aplinkinių. Nors žvaigždės toli gražu nėra arti vienos kitų, o pasklidusios keturių kiloparsekų spindulio regione, jų savybės leidžia identifikuoti panašumą ir bendrą kilmę. Tikėtina kilmė atsiskleidžia išnagrinėjus į Paukščių Taką panašių galaktikų evoliuciją skaitmeniniuose modeliuose. Palikti stebimą žvaigždžių populiaciją galėjo praryta palydovė, kurios pradinė žvaigždžių masė buvo apie 500 milijonų Saulės masių – dvigubai daugiau, nei Gaia-Encelado. Šią hipotetinę praeities palydovę tyrėjai praminė Herakliu. Dabartinės Heraklio paliktos žvaigždės sudaro apie trečdalį visų centrinėje halo dalyje esančių žvaigždžių, taigi šis įvykis buvo tikrai reikšmingas Paukščių Tako evoliucijai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aktyvaus branduolio spinduliuotės šešėliai. Vakarais kartais galima matyti prietemos, arba krepuskuliarinius, spindulius (angl. crepuscular rays); jie susidaro, kai arti horizonto esantys debesys užstoja Saulę, o nuo jų nutįsę šešėliai sukuria nevienodą toliau esančių debesų apšvietimą. Dabar pirmą kartą panašus reiškinys užfiksuotas aktyvioje galaktikoje. Galaktikos IC 5063 nuotraukoje matyti keturios tamsesnės juostos, plintančios nuo centro – dvi viena kryptimi, dvi priešinga, visos beveik statmenai galaktikos diskui. Panašu, kad pasklidusią šviesą skleidžia – ar, tiksliau, atspindi – galaktikoje esančios dulkės, tad tamsios juostos yra tiesiog šešėliai. Šešėliai visiškai tiesūs ir driekiasi tūkstančius parsekų – tai reiškia, kad juos metančios struktūros išliko daugmaž stabilios tūkstančius, ar net dešimtis tūkstančių, metų. Kol kas tyrėjai negali pasakyti, kokios tai tiksliai struktūros, bet greičiausiai jos susijusios su toru – dujų riestainiu, juosiančiu aktyvų branduolį. Toras, veikiamas juodosios skylės ir likusios galaktikos gravitacijos, gali išsilenkti ir netgi „pertrūkti“ į dvi dalis, kurios ir uždengia dalį aktyvaus branduolio spinduliuotės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Jaunos galaktikų čiurkšlės. Dalis aktyvių galaktikų turi čiurkšles – labai greitai lekiančius siaurus plazmos srautus, nusidriekusius tolyn nuo centrinės juodosios skylės. Čiurkšlės medžiaga skleidžia daug radijo bangų, tad čiurkšles turinčios galaktikos vadinamos „radijo-garsiomis“. Naujame tyrime pristatoma keturiolika galaktikų, kurios per paskutinius du dešimtmečius iš radijo tylių tapo radijo garsiomis. Visos galaktikos yra aktyvios ir tokios buvo XX a. pabaigoje, kai jų apylinkes stebėjo radijo bangų ruožo apžvalginio tyrimo FIRST vykdytojai. Nauji panašūs stebėjimai, projektas VLASS, atlikti pernai. Sulyginę abiejų stebėjimų katalogus, tyrėjai nustatė 26 galaktikas, kurių FIRST nematė, o VLASS užfiksavo. 14 iš jų pasirinko detalesniems radijo stebėjimams ir nustatė, kad visos jos turi kompaktiškus – mažiau nei kiloparseko dydžio – radijo šaltinius. Kelis mėnesius trukę stebėjimai parodė, kad šaltinių šviesis kinta nežymiai. Tai leidžia spręsti, kad radijo spinduliuotės intensyvumo pokyčiai tikrai susiję su procesais pačioje galaktikoje, o ne, pavyzdžiui, kokiais nors debesimis tarp jos ir mūsų. Geriausias paaiškinimas – šiose galaktikose iš aktyvių branduolių pradėjo sklisti naujos čiurkšlės. Toks rezultatas paneigia nusistovėjusį požiūrį, kad čiurkšlės nekinta per laikotarpius, kuriuos žmonės gali sekti tiesiogiai. Taip pat jis parodo, kad tas pats aktyvus branduolys kartais gali turėti čiurkšlę, o kartais – ne. Šie rezultatai padės geriau suprasti ir detaliau analizuoti aktyvių branduolių poveikį savo galaktikoms. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Per daug superryškių galaktikų. Žvaigždės formuojasi praktiškai kiekvienoje galaktikoje, tačiau labai skirtingais tempais. Paukščių Take per metus gimsta kelios naujos žvaigždės, o visos čia jau egzistuojančios bendrai paėmus šviečia taip ryškiai, kaip 10 milijardų Saulių. Šie skaičiai didžiuliai, bet jie tėra menkniekis, palyginus su ryškiausiomis galaktikomis, vadinamomis hiper-šviesiomis infraraudonosioms galaktikomis, arba HLIRG. Jose kasmet susiformuoja tūkstančiai žvaigždžių, o šviesis viršija 10 trilijonų Saulės šviesių. Teoriniai modeliai teigia, kad tokios galaktikos turėtų būti labai retos; tą patį rodo ir stebėjimai. Tačiau kiek tiksliai retos, rezultatai išsiskiria. Naujame tyrime pristatytas tiksliausias HLIRG tankio danguje įvertinimas. Tyrėjai pasinaudojo aukštos raiškos radijo teleskopu LOFAR ir atliko trijų dangaus laukų stebėjimus, kuriuos anksčiau detaliai stebėjo infraraudonųjų spindulių kosminis teleskopas Herschel. Herschel neturėjo pakankamai geros erdvinės skyros, kad būtų galima užtikrintai pasakyti, jog matomas ryškus objektas yra viena galaktika, o ne susiliejusi kelių galaktikų spinduliuotė. LOFAR stebėjimai leido identifikuoti individualius objektus, įvertinti jų infraraudonąjį šviesį ir apskaičiuoti tankį danguje. Paaiškėjo, kad iš viso viename kvadratiniame laipsnyje dangaus ploto yra nuo 5 iki 18 HLIRG’ų. Šis skaičius apima galaktikas, egzistavusias nuo tų laikų, kai Visatos amžius siekė apie milijardą metų, iki dabar. Tuo tarpu skaitmeniniai galaktikų evoliucijos modeliai prognozuoja, kad tokių ryškių galaktikų turėtų būti tik maždaug viena kvadratiniame laipsnyje – apie dešimt kartų mažiau. Taigi akivaizdu, kad modelis, nors ir labai gerai paaiškinantis kitus galaktikų evoliucijos aspektus, nėra tobulas. Ypač prastai modelio prognozės atrodo lyginant tolimas galaktikas – tas, kurių šviesa iki mūsų keliauja 11,5 milijardo metų ir daugiau: ten modelis prognozuoja dešimtis tūkstančių kartų mažiau HLIRG’ų, nei rodo stebėjimų rezultatai. Vienas galimas modelio trūkumas – neįskaičiuotas aktyvių galaktikų branduolių indėlis į galaktikų šviesį. Jei daugumos HLIRG spinduliuotėje dominuojantį indėlį turi aktyvaus branduolio spinduliuotė, tai galėtų paaiškinti, kodėl matome daug daug HLIRG, nei prognozuojama. Šią hipotezę būtų galima patikrinti dar detalesniais tokių galaktikų stebėjimais, kurie leis išskirti, ar pagrindinė šviesio dalis ateina iš galaktikos centro, ar yra pasklidusi plačiau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

4 komentarai

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *