2012 metų sausio 23 dieną pirmą kartą parašiau kosmoso naujienų apžvalgą. Dabar metų numeris sudarytas iš tų pačių skaitmenų, tik kitaip perstatytų, o Kąsnelį rašau jau devynerius metus iš eilės, kiekvieną savaitę su labai minimaliomis išlygomis. O šiandienos įraše – Marso ledynmečiai, egzoplanetų tankiai ir atmosferos, gravitacinių bangų katalogas ir netgi naujas gama žybsnių tipas. Gero skaitymo!

***

Trimatis spausdinimas Mėnulio reikmėms. Kai žmonės sugrįš į Mėnulį – ar tai nutiktų 2024 metais, ar keletu metų vėliau – jie turėtų ten ir pasilikti. Na, ne tie patys astronautai, bet planuojama palydove įrengti nuolat gyvenamą tyrimų stotį. Vienas iš iššūkių, kylantis rengiant tokius planus – statybinės medžiagos. Gabenti visus komponentus bazės sienoms ir luboms iš Žemės kainuotų labai brangiai; be to, tokius komponentus būtų sudėtinga remontuoti ar pakeisti naujais. Alternatyva – gaminti komponentus Mėnulyje, išnaudojant regolitą. Regolitas yra smulkios dulkės, dengiančios Mėnulio paviršių; Apollo astronautų teigimu, konsistencija jos primena miltus. Tiesa, kiekviena dulkelė yra labai aštri, nes nepatiria atmosferinės erozijos. Tyrimai apie regolito panaudojimą kaip žaliavos trimačiam spausdinimui vykdomi ne vienerius metus. Neseniai pasirodžiusioje apžvalgoje pristatoma dabartinė technologijos situacija. Pagrindinė išvada – skirtingos trimačio spausdinimo metodikos bus naudingos skirtingiems poreikiams Mėnulyje patenkinti. Vieni metodai bus naudingi statant pastatus, kiti – esamų konstrukcijų remontui, treti – gaminant smulkesnius įrenginius. Taigi įvairioms tyrimų grupėms nebūtina konkuruoti tarpusavyje; priešingai, visos gali prisidėti prie efektyvesnių Mėnulio tyrimų. Apžvalga publikuojama Acta Astronautica.

***

Ledynmečiai Marse. Marse, panašiai kaip ir Žemėje, kartojasi ledynmečiai. Jų metu ledynai nuo ašigaliu išplinta pusiaujo link. Judėdami jie sutrina uolienas, o atsitraukdami palieka trupinių pėdsakus. Nagrinėdami ledyninių riedulių dydžius bei padėtis Marso paviršiuje, mokslininkai nustatė, kad per pastarąjį milijardą metų ten buvo keliolika apledėjimo epizodų. Marso ledynmečius lemia planetos ašies svyravimai. Neturėdamas masyvaus palydovo, kaip mūsų Mėnulis, Marsas yra palyginus nestabilus, tad jo ašies posvyris gana reguliariai keičiasi per tris vertes: mažą, vos dešimties laipsnių; vidutinę, maždaug 25 laipsnių, kaip dabar; ir didelę, 60 laipsnių. Pirmu ir trečiu atvejais Marsas apledėja: esant mažam ašies posvyriui, ledynai plinta nuo ašigalių, esant dideliam – formuojasi ties pusiauju. Pasikeitus ašies posvyriui, ledynai neatsitraukia ir netgi neištirpsta, o yra užnešami dulkėmis. Senų ledynų liekanos formuoja „nuolaužų prijuostes“, kurių analizė ir buvo pasitelkta šiame tyrime. Viena „prijuostė“, susidariusi vieno ledynmečio metu, pasižymi smulkesniais rieduliais šlaito apačioje ir stambesniais viršuje. Bet jei ledynmečių buvo daug, „prijuostės“ persidengia ir aiškios progresijos nebelieka. Tyrėjai pasinaudojo HiRISE instrumento nuotraukomis, darytomis iš orbitos, apimančiomis 45 ledynus. Jose identifikuoti apie 60 tūkstančių riedulių, įvertinti jų dydžiai. Pasirodė, kad aiškios dydžių progresijos nėra. Tačiau aptiktos aiškios riedulių juostos, greičiausiai atitinkančios pavienių ledynų plitimo pėdsakus. Iš šių juostų savybių tyrėjai daro išvadą, kad per pastaruosius 300-800 milijonų metų Marse buvo nuo šešių iki 20 ledynmečių. Tai taip pat rodo, kad būtent tiek kartų pasikeitė Marso ašies posvyris. Iki šiol skaitmeniniai modeliai leido apskaičiuoti tik pastarųjų 20 milijonų metų Marso ašies svyravimus; naujasis atradimas padės tuos modelius praplėsti iki daug ankstesnių laikų. Tyrimo rezultatai publikuojami PNAS.

***

Seniausi Saulės sistemos karbonatai. Karbonatinės uolienos labai dažnos Žemėje, tačiau kosmose, ypač asteroiduose – gerokai retesnės. Angliniai meteoritai chondritai – sudėtyje turintys chondrulėmis vadinamų rutuliukų – gali duoti daug informacijos apie Saulės sistemos jaunystę, nes jie praktiškai nepakito per puspenkto milijardo metų. Prieš pusantrų metų Vokietijoje nukritęs meteoritas, pasirodo, yra seniausias žinomas karbonatinis meteoritas. 24,5 gramo masės akmenukas atrastas 2019 metų rugsėjį po meteoro kritimo. Analizė parodė, kad jis atvirame kosmose skrajojo tik apie 5000 metų, iki tol buvo didesnio kūno gelmėse. Dabar pavyko išmatuoti ir uolienos amžių, naudojantis radioaktyvių mangano ir chromo izotopų analize. Paaiškėjo, kad meteorito uolienos susidarė prieš 4564,6 milijono metų, arba praėjus vos trims milijonams metų po pirmųjų kietų kūnų susiformavimo Saulės sistemoje. Ankstesni rekordininkai – irgi angliniai chondritai – yra maždaug milijonu metų jaunesni. Karbonatinės uolienos formuojasi vandeningoje aplinkoje, taigi šis atradimas taip pat yra ir seniausias įrodymas apie skysto vandens egzistavimą mažame Saulės sistemos kūne. Gali būti, kad tokie objektai, kaip šio meteorito motininis kūnas, atnešė į Žemę didžiąją dalį jos vandens. Tyrimo rezultatai publikuojami Geochimica et Cosmochimica Acta.

***

Dvižingsnis Saulės sistemos formavimasis. Meteoritų analizė rodo, kad vidiniai ir išoriniai Saulės sistemos kūnai formavosi iš skirtingų medžiagos rezervuarų. Aiškiausias skirtumas yra vandens kiekyje: keturios vidinės planetos yra palyginus sausos, o toliau esantys kūnai turi labai daug vandens, kad ir suledėjusio. Taip pat skiriasi ir įvairių elementų izotopų – atmainų su skirtingu neutronų skaičiumi branduolyje – santykiai. Įprastai manoma, kad rezervuarus atskyrė anksti pradėjęs formuotis Jupiteris. Jo gravitacija atvėrė kiaurymą protoplanetiniame diske aplink Saulę, tad medžiaga vidinėje ir išorinėje disko dalyse nustojo sąveikauti ir, laikui bėgant, šių rezervuarų savybės tapo skirtingos. Naujame tyrime pateikiamas kitoks paaiškinimas – skirtingus rezervuarus sukūrė ne Jupiterio gravitacija, o „sniego linijos“ migracija. Sniego linija vadinama riba, už kurios Saulės šviesa nepajėgia išgarinti vakuume esančio ledo, taigi ji atskiria regioną, kuriame yra daug ledinių protoplanetinių darinių, nuo artimesnio žvaigždei regiono, kuriame ledas išgaravęs. Laikui bėgant sniego linija migruoja dėl protoplanetinio disko evoliucijos bei Saulės šviesio kitimo. Skaitmeniniais modeliais išnagrinėjus, kaip elgiasi dulkės bei uolienos skirtingomis apšviestumo bei ledo garavimo sąlygomis paaiškėjo, jog Saulės sistemoje galėjo vykti du planetų formavimosi etapai. Vidinėje sistemos dalyje protoplanetos formuotis ėmė anksti, bet formavosi lėtokai. Tuo tarpu išorinėje dalyje, už sniego linijos, planetų užuomazgos ėmė formuotis vėliau, bet procesas buvo greitesnis. Tokia formavimosi eiga nulemia ir skirtingas susidarančių kūnų savybes. Vidinėse Saulės sistemos planetose užrakinta daug radioaktyvių elementų, kuriančių nemenką vidinės šilumos kiekį, tuo tarpu išorinių radioaktyvumas daug silpnesnis. Dėl šios priežasties vidinėse planetose greitai susiformavo magmos vandenynai ir išgaravo vandens likučiai, o išorinėse vanduo išliko. Dėl šios priežasties skiriasi ir planetų masės. Rezultatai padės geriau suprasti kiekvienos Saulės sistemos planetos ir didžiųjų palydovų kilmę. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Sūkurys aplink besiformuojančią planetą. Protoplanetiniai diskai aplink jaunas žvaigždes gali būti sudėtingos struktūros. Augančios planetos suardo jų simetriją, sukuria spiralines bangas, atveria tarpus, įsuka sūkurius. Pastarieji iki šiol buvo tik teorinės modelių prognozės, bet dabar, atrodo, atrastas pirmas realus sūkurio pavyzdys. Žvaigždės HD 163296 stebėjimai, atlikti 2019 metų pavasarį, atskleidė labai netolygią protoplanetinio disko spinduliuotę. Panašu, kad vidiniame disko pakraštyje vienoje pusėje spinduliuotės intensyvumas yra apie 3,5 karto didesnis, nei priešingoje. Nors detalesnės netolygumo struktūros įžiūrėti neįmanoma, geriausiai stebėjimus paaiškina vadinamųjų Rossby bangų nestabilumas. Rossby bangos susidaro besisukančiuose srautuose, pavyzdžiui Žemės atmosferoje; atsiradus perturbacijai, jos gali suformuoti sūkurius – Žemėje tai yra ilgalaikiai ciklonai ar anticiklonai. Protoplanetiniame diske perturbaciją sukuria planetos gravitacija. Šis atradimas padės geriau suprasti protoplanetinių diskų evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

TRAPPIST-1 planetų sandaros – panašios. TRAPPIST-1 sistema žymi tuo, kad turi septynias uolines planetas. Jų spinduliai apskaičiuoti pagal planetų tranzitus – kuo labiau pritemdoma žvaigždė, tuo didesnė planeta. Jei žvaigždė turi tik vieną planetą, tranzitai kartojasi reguliariai, o gausesnėse sistemose – ne, nes planetų tarpusavio gravitacinė sąveika keičia jų judėjimą. Pasinaudojant tiksliais stebėjimais, rodančiais, kada įvyksta kiekvienos planetos tranzitai, galima apskaičiuoti ir planetų mases. Dabar tai padaryta gerokai tiksliau, nei ankstesniais bandymais. Naujajam tyrimui pasitelkti ne tik Keplerio teleskopo duomenys, bet ir kosminių Spitzer ir Hablo teleskopų bei įvairių antžeminių observatorijų stebėjimai. Tada sukurtas modelis, kurio parametrai – planetų masės ir orbitų elipsiškumai – priderinti taip, kad rezultatai geriausiai atitiktų realybę. Taip planetų masės apskaičiuotos su vos 3-5% paklaidomis. Paaiškėjo, kad visų septynių planetų vidutinis tankis yra labai panašus, apie 10% mažesnis, nei Žemės. Tai gali reikšti, kad šios planetos turi mažiau geležies, nei Žemė – apie 21%, o ne 32%. Kitas galimas paaiškinimas – planetas dengia storas vandens ar ledo sluoksnis. Šie atradimai padės geriau suprasti, kaip planetos susiformavo ir įvertinti galimą jų tinkamumą gyvybei. Mažai geležies turbūt reiškia silpnesnę planetų magnetosferą; iš kitos pusės, daug vandens gali pabloginti sąlygas gyvybei atsirasti ir vystytis, jei vanduo visiškai dengia planetų paviršių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pirma nedebesuota dujinė planeta. Egzoplanetų tyrimams labai svarbi yra tranzitų spektroskopija – planetos ir žvaigždės sistemos spektro matavimas planetai judant priešais žvaigždės diską. Atėmę šį spektrą iš vien žvaigždės spektro, sužinome, kokias bangas sugeria ir kokias praleidžia planetos atmosfera, o tai leidžia įvertinti atmosferos cheminę sudėtį. Visgi praktikoje dažnai iškyla problema – daugumos planetų, bent jau dujinių milžinių, atmosferos labai miglotos. Migla paslepia daugumą spektro linijų, taigi nustatyti, kokių atomų ar molekulių yra atmosferoje, tampa labai sudėtinga. Dabar pirmą kartą aptikta į Jupiterį panaši planeta su giedru dangumi. Planeta WASP-62b atrasta dar 2012 metais; jos masė siekia pusę Jupiterio masės, o vieną ratą aplink žvaigždę ji apsuka per puspenktos Žemės paros. Naujam tyrimui atlikti trijų planetos tranzitų stebėjimai; tai buvo didesnio tyrimo, skirto charakterizuoti daugelio egzoplanetų atmosferas, dalis. Priešingai nei kitų, šios planetos spektre pavyko labai aiškiai įžiūrėti daugybę natrio spektro linijų. Natrio randama daugelio planetų atmosferose, bet įprastai matomos vos kelios linijos – likusias slepia migla. Toks aiškus spektras leidžia tvirtai teigti, kad WASP-62b atmosfera yra skaidri. Vos 7% žinomų egzoplanetų atmosferų yra skaidrios; pirmoji skaidri atmosfera užfiksuota 2018 metais. Kodėl vienos planetos miglotos, o kitos – ne, kol kas neaišku, bet tokie atradimai, kaip šis, padės atsakyti į šį klausimą. Gali būti, kad skiriasi jų formavimosi istorija arba dabartinės sąlygos. Be to, skaidrias atmosferas tyrinėti lengviau, taigi tokie atradimai apskritai padeda praplėsti žinias apie egzoplanetų sandarų įvairovę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ūkų kilmė – labai įvairi. Planetiniai ūkai susiformuoja aplink mirštančias žvaigždes, panašias į Saulę. Jos nusimeta išorinius sluoksnius, kurie pasklinda aplink įvairiausiomis formomis. Priklausomai nuo žvaigždės sukimosi, magnetinio lauko, galimų kompanionių egzistavimo planetiniai ūkai gali būti apvalūs, spirališki, kūginiai ir taip toliau. Čia matome Drugelio ūką, kurio struktūrą mokslininkai ėmėsi analizuoti nagrinėdami labai detalias Hablo teleskopu darytas nuotraukas. Nuotraukos apima ne tik regimuosius spindulius, bet ir infraraudonuosius ir ultravioletinius. Analizė parodė, kad Drugelio ūkas susiformavo vos prieš 2000 metų – gana nedaug, palyginus su įprastine jų gyvavimo trukme, siekiančia 10 tūkstančių metų ir daugiau.

***

Trečias gama žybsnių tipas. Gama spindulių žybsniai yra trumpalaikiai reiškiniai – taškiniai gama spinduliuotės šaltiniai, švytintys nuo mažiau nei sekundės iki kelių valandų. Įprastai jie skirstomi į dvi grupes – trumpus ir ilgus. Ilgieji gama žybsniai trunka ilgiau nei dvi sekundes ir kyla sprogstant labai masyvioms stiprų magnetinį lauką turinčioms žvaigždėms. Trumpieji žybsniai – trumpesni nei dviejų sekundžių – manoma, susidaro, kai susijungia dvi neutroninės žvaigždės. Bet dabar nustatyta, kad egzistuoja kita trumpų žybsnių atmaina – magnetarų žybsniai. Magnetarai yra neutroninės žvaigždės, turinčios išskirtinai stiprų magnetinį lauką. Jau seniau žinoma, kad kartais magnetaruose įvyksta išsiveržimai, kurių metu išspinduliuojami ir gama spinduliai. Trys tokie išsiveržimai buvo aptikti Paukščių Take ir palydovinėse nykštukinėse galaktikose. Naujame tyrime nustatyta, kad keturi gama spindulių žybsniai, įvykę palyginus netolimose galaktikose, beveik neabejotinai irgi kilo magnetaruose. Nuo kitų trumpųjų gama žybsnių jie skiriasi šviesio augimo sparta žybsnio pradžioje bei bendra išspinduliuota energija. Be to, nei vienas jų neužfiksuotas kaip gravitacinių bangų šaltinis, nors tokie artimi neutroninių žvaigždžių susijungimai turėtų būti aptinkami dabartiniais detektoriais. Magnetarų žybsniai yra daug blausesni, nei kiti gama spindulių žybsniai – tai paaiškina, kodėl jų aptikta tiek nedaug. Visgi statistinė analizė rodo, kad būtent šie žybsniai gali būti dažniausia trumpalaikių gama spinduliuotės šaltinių rūšis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gravitacinių bangų katalogas. 2015 metų rugsėjį aptiktas pirmasis gravitacinių bangų signalas. Per pirmuosius du Advanced LIGO observatorijos stebėjimų etapus jų buvo aptinkama maždaug po vieną per mėnesį. Trečiasis, trukęs nuo 2019 balandžio iki 2020-ųjų kovo, buvo gerokai gausesnis – signalai fiksuoti vidutiniškai kas savaitę. Iš dalies tam įtakos turėjo Virgo detektorius Italijoje, prisijungęs prie stebėjimų pačioje antrojo etapo pabaigoje. Iki trečiojo etapo pabaigos iš viso užfiksuota apie 50 patvirtintų gravitacinių bangų signalų ir apie 30 galimų signalų, kurių statistinis reikšmingumas nepakankamas. Dabar Kardifo universiteto mokslininkai sukūrė patogų interaktyvų visų žinomų signalų katalogą. Jame nesunkiai pamatysite, kad daugumoje porų masyvesnė juodoji skylė yra 30-50 kartų masyvesnė už Saulę, o poros narių masių santykis – maždaug 0,8. LIGO šiuo metu atnaujinamas ir tobulinamas dar jautresniems ketvirtojo etapo stebėjimams, kurie prasidės 2022 metų viduryje. Gali būti, kad tada gravitacinių bangų signalai bus aptinkami kone kasdien. Katalogą rasite čia.

***

Masyviausios įmanomos juodosios skylės. Masyviausios šiuo metu žinomos juodosios skylės yra maždaug 70 milijardų kartų masyvesnės už Saulę. Įvairūs modeliai prognozuoja, kad maždaug tokia ir yra maksimali įmanoma jų masė: daugiau jos negali užaugti rydamos dujas, aplinkinės žvaigždės į jas įkrenta per retai, kad reikšmingai paaugintų, o susiliejimai su kitomis panašios masės juodosiomis skylėmis taip pat gerokai per reti. Visgi gali būti, kad egzistuoja ir dar masyvesnės juodosios skylės. Naujame tyrime nagrinėjama galima jų kilmė ir šansai aptikti tokius objektus. Egzotiška kilmės hipotezė būtų tokia, kad šie objektai yra pirmykštės juodosios skylės, susiformavusios per pirmąsias sekundes po Didžiojo sprogimo. Teoriškai jų masė galėtų būti labai įvairi, bet praktiškai, jei bendra tokių juodųjų skylių masė būtų reikšminga Visatos mastu, jau seniai būtume jas aptikę, nebent jų masė patenka į vieną iš keturių ruožų. Trys ruožai yra palyginami atitinkamai su asteroidų, Mėnulio ir žvaigždžių masėmis, o ketvirtasis aprėpia nuo trilijono iki kvintiljono (milijono trilijonų) Saulės masių. Kiti atsiradimo variantai – „įprastų“ supermasyvių juodųjų skylių galaktikų centruose išaugimas iki kolosaliai didelių – atrodo menkai tikėtinas. Taip pat labiau tikėtina, kad tokios juodosios skylės egzistuoja tarpgalaktinėje erdvėje, kitaip jų poveikis galaktikų dinamikai lengvai išduotų jų egzistavimą. Net ir tarpgalaktinės išskirtinai masyvios juodosios skylės turėtų poveikį, kurį įmanoma aptikti: jų gravitacija iškreiptų tolimų galaktikų ir kosminės foninės spinduliuotės atvaizdus, kartkartėmis įvykstantys santykinai netolimi praskridimai suardytų galaktikų spiečius, krentančios dujos sukurtų pastebimą spinduliuotę ir taip toliau. Šiandieniniai stebėjimų duomenys tokiu būdu leidžia atmesti hipotezę, kad egzistuoja reikšmingas skaičius juodųjų skylių, masyvesnių nei 10 kvadrilijonų Saulės masių. Visgi egzistuoja masių intervalas tarp kelių trilijonų ir 10 kvadrilijonų, kurio kol kas atmesti neįmanoma. Jį patikrinti leis artimiausiais metais pradėsiantys veikti apžvalginiai teleskopai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kaip atrodo naktinis astronomų gyvenimas? Kartais tai – pagrindinis darbo laikas, kai reikia vykdyti stebėjimus. Didžiuosiuose teleskopuose stebėjimų laikas gaunamas labai sunkiai, nes norinčių jais pasinaudoti – daug daugiau, nei leidžia teleskopo galimybės. Apie tokį naktinių stebėjimų maratoną pasakoja Dr. Becky:

***

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

Laiqualasse