Kąsnelis Visatos CDLXXIII: Energinga spinduliuotė

Žvaigždės gali nupūsti savo planetų atmosferas – bent jau tada, kai planetos skrieja labai arti. Dabar pasiūlytas naujas būdas aptikti šį reiškinį, stebint iš Žemės, o ne iš kosmoso. Iš galaktikų sklindanti masyvių žvaigždžių bei aktyvių branduolių spinduliuotė jonizuoja aplinkinę medžiagą; pirmykštėje Visatoje tai buvo svarbus evoliucinis procesas, tad naujai atrastas tolimiausias galaktikų spiečius yra svarbus šio reiškinio supratimui. Kitose naujienose – Mėnulio orbitinės stoties planai ir sėkmingas Perseverance nusileidimas, magnetizmo įtaka planetų formavimuisi, tamsiosios materijos anihiliacijos pėdsakų paieška mažiausiose galaktikose ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Mėnulio orbitinės stoties planai. NASA Artemis programos tikslas – sugrąžinti žmones į Mėnulį, geriausia – ilgalaikėms tyrimų misijoms. Vienas iš programos elementų yra orbitinės stoties, skrajojančios aplink Mėnulį, sukūrimas. Pradžioje buvo planuojama, kad stotis bus pastatyta prieš žmonių skrydžius, bet vėliau planai keitėsi, kai ankstesnio prezidento Trumpo administracija pareikalavo žmonių skrydžio į Mėnulį ne vėliau, nei 2024-ųjų spalį. Tada svarstyta stoties atsisakyti apskritai arba jos statybas pavėlinti iki 2027 metų. Dabar, atrodo, planai vėl koreguojasi: praeitą savaitę NASA paskelbė apie užsakymą SpaceX gabenti pirmus du stoties modulius 2024-ųjų gegužę. Tiesa, tai tik anksčiausia numatyta data, skrydis gali būti vykdomas ir vėliau. Pirmieji du komponentai yra energijos bei valdymo modulis (PPE) ir gyvenamasis/logistikos modulis (HALO). Sausį NASA sudarė sutartis su Europos kompanija Thales Arenia Space – ši gamins kelis modulius, kuriuos paleisti planuojama 2026-2027 metais. Tokie laiko tarpai yra ganėtinai trumpi, palyginus, pavyzdžiui, su Tarptautine kosmine stotimi, kurios pagrindinių struktūrinių komponentų montavimas užtruko ilgiau nei dešimtmetį. Kol kas lieka neaišku, kada gi žmonės vėl skris į Mėnulį – nors buvo daug kalbų, kad naujojo prezidento Bideno administracija pavėlins skrydžio datą, siekiant užtikrinti kuo didesnį saugumą, oficialių pareiškimų iki šiol nepadaryta. Daugiau informacijos rasite NASA pranešime spaudai.

***

Mėnulio mantija – sluoksniuota. Didžiausias Mėnulio krateris – Pietų poliaus-Aitkeno baseinas – susiformavo palydovui dar esant jaunam, kai jo pluta ir mantija nebuvo visiškai atšalusios ir sukietėjusios. Naujame tyrime parodyta, kad smūgio metu Mėnulio mantija buvo išsisluoksniavusi į du (o kitaip žiūrint – ir į tris) lygius. Analizei tyrėjai pasitelkė Apollo misijų surinktą informaciją, orbitinių Mėnulio paviršiaus mineralogijos stebėjimų duomenis bei skaitmeninius modelius. Mėnulio paviršiaus mineralų žemėlapiai rodo, jog artimojoje pusėje, daugiausiai žemumose (jūrose), paviršiuje yra palyginus daug torio; ilgą laiką mokslininkai manė, kad tai yra požymis, jog Mėnulio jaunystėje toris dėl kokių nors priežasčių kaupėsi tik toje jo dalyje. Visgi toks modelis nepaaiškina, kodėl torio randama ir prie Pietų poliaus-Aitkeno baseino. Naujojo tyrimo autoriai skaitmeniniais modeliais parodė, kad toris aptinkamas ten, kur nukrito baseiną formavusio asteroido smūgio išmestos uolienos. Taigi torio buvo ir prie pietų ašigalio; nelieka priežasčių manyti, kad jo nebuvo ir kitose Mėnulio vietose. Toris yra gana sunkus cheminis elementas, tad formuojantis plutai nuskendo gilyn. Iš kitos pusės, jis retai jungiasi į mineralus, taigi stingstant mantijos uolienoms, išliko kaip skystas tankus nuosėdų sluoksnis ties plutos ir mantijos riba. Būtent šį sluoksnį išmušė Aitkeno baseiną formavęs smūgis. Toliau tyrinėdami uolienas, tyrėjai nustatė, kad pačiame baseine uolienos skiriasi nuo išmestų į aplinką. Grečiausiai taip nutiko dėl to, kad smūgis išmetė aukštesnius uolienų sluoksnius, o žemesnius – išlydė, tad stingdami jie suformavo kraterio dugną. Net ir po daugiau nei keturių milijardų metų šie skirtumai išlieka matomi. Taigi galima pagrįstai teigti, jog Mėnulio mantiją tuo metu sudarė bent du uolienų sluoksniai; įskaitant torio nuosėdas – trys. Tolesni Pietų poliaus-Aitkeno baseino tyrimai padės dar geriau atskleisti mūsų palydovo formavimąsi, o kartu ir ankstyvąją Žemės evoliuciją. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Saulės užtemimai senovėje žmones gąsdino, vėliau – domino. Net ir šiandien jie suteikia puikią progą geriau suprasti aplink Saulę vykstančius reiškinius, tokius kaip vainikinės masės išmetimai. Apie juos viešoje paskaitoje neseniai kalbėjo astrofizikė prof. Lucie Green, o paskaitą transliavo Royal Astronomical Society:

***

Perseverance Marse. Vėlų ketvirtadienio vakarą Lietuvos laiku Marse sėkmingai nusileido jau penktasis marsaeigis – Perseverance. Visi iki šiol įvykdyti sėkmingi nusileidimai Raudonojoje planetoje, kaip ir šis, yra NASA misijos. „Septynios siaubo minutės“ – skrydžio atmosferoje ir automatinio nusileidimo etapas – praėjo be jokių kliūčių, o procesą vainikavo pirmosios nuotraukos.

Sekančią dieną po nusileidimo pranešta, kad veikia ne tik Perseverance, bet ir kartu su juo nusileidęs sraigtasparnis Ingenuity. Mažiau nei dviejų kilogramų masės sraigtasparnis bus pirmasis sparnuotas skraidantis aparatas už Žemės ribų. Pradžioje Perseverance įkraus sraigtasparnio baterijas, bet vėliau jis naudosis tik savo Saulės elementais. Per artimiausius kelis mėnesius planuojami penki skrydžiai, kurių kiekvienas truks iki pusantros minutės. Ingenuity yra tik technologijos bandymo misija, mokslinių tikslų jis neturi. Bet ateityje sraigtasparniai gali padėti tyrinėti sunkiai prieinamas Marso (o gal ir kitų atmosferą turinčių dangaus kūnų) vietas, pavyzdžiui stačius skardžius.

Neseniai keli mokslininkai pateikė nerimą keliančią prognozę, kad Ingenuity sraigtų judėjimas gali sukelti elektros iškrovas Marso dulkėse, o iškrovos – pažeisti sraigtasparnio elektroniką. Visgi praeitą savaitę paskelbto tyrimo autoriai teigia, kad tokio nutikimo tikimybė nykstamai maža. Tyrimo autoriai laboratorijoje atkūrė panašias į Marso sąlygas – sausą dulkėtą aplinką su labai žemu atmosferos slėgiu – ir ištyrė, kokie elektros krūviai bei išlydžiai formuojasi judant dulkėms, joms daužantis tarpusavyje ir su indo sienelėmis. Paaiškėjo, kad tie išlydžiai yra silpni, nes reta Marso atmosfera negali atlaikyti stiprios įtampos. Žemės atmosferoje įtempa gali siekti iki trijų milijonų voltų metrui, Marse – tik iki 20 tūkstančių voltų metrui. Atitinkamai silpnesni ir žaibai. Taigi jie neturėtų kelti pavojaus nei Ingenuity, nei kitiems marso tyrimų aparatams. Atradimas svarbus ne tik šiandieninėms tyrimų misijoms, bet ir ateičiai, ypač žmonėms, dirbsiantiems Marse. Žinojimas, kiek pavojingi dulkių sukelti elektros išlydžiai, gali nulemti ir jų misijos sėkmę ir netgi gyvybę. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Perseverance keli metrai virš Marso paviršiaus. Šaltinis: NASA

Pirmosios Perseverance atsiųstos nuotraukos buvo nelabai ryškios, skirtos tiesiog parodyti, kad marsaeigis nusileido sėkmingai. Netrukus pradėjo plaukti ir daug geresni kadrai. Čia matome nuotrauką, darytą ne paties marsaeigio, bet jį saugiai ir minkštai ant paviršiaus nutūpdžiusio dangaus krano. Kadro padarymo metu marsaeigis buvo vos dviejų metrų aukštyje virš Marso paviršiaus.

***

Marso atmosfera buvo redukuojanti. Šiandieninė Marso atmosfera yra oksiduojanti – geležis planetos paviršiuje rūdija. Tokia yra ir Žemės atmosfera. Mūsų planetoje taip buvo pastaruosius pustrečio milijardo metų; ankstesniais laikais atmosferoje buvo tiek mažai deguonies, kad rūdijimo procesas nevyko. Kitaip tariant, ankstyvosios Žemės atmosfera buvo redukuojanti. Dabar pateikti įrodymai, kad jauno Marso atmosfera taip pat buvo redukuojanti. Išanalizavę orbitinių stebėjimų duomenis, tyrėjai nustatė, kad seniausių Marso uolienų paviršiuje yra mažai geležies, bet daug aliuminio. Geležį iš uolienų „ištraukia“ redukcijos reakcijos, o aliuminis tokių reakcijų metu lieka plutoje. Tai yra pirmasis įrodymas, kad senovėje Marso uolienas chemiškai veikė redukuojanti atmosfera. Taigi jaunas Marsas greičiausiai buvo gerokai mažiau raudonas, nei šiandieninis. Šis atradimas patvirtina ir Marso klimato modelių išvadas. Seniai žinoma, kad jauname Marse buvo skysto vandens, bet tam reikėjo labai daug šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Efektyviausios tokios dujos, kaip rodo modeliai, yra vandenilis ir metanas – redukuojantys junginiai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Magnetizmas kontroliuoja planetų formavimąsi. Planetų formavimasis – labai svarbus, bet toli gražu ne iki galo išaiškintas astrofizikinis procesas. Dvi pagrindinės teorijos vadinamos šerdies akrecija ir disko nestabilumas. Pirmoji teigia, kad planetų formavimasis prasideda nuo dulkelių susidūrimų protoplanetiniame diske, kurių metu dulkės sukimba, auga, formuoja vis didesnes uolienas, kurios galiausiai susijungia į uolinį planetos branduolį. Antroji teigia, kad pradžia yra gravitacinis nestabilumas, suformuojantis dujų ir dulkių gniužulus diske, kurie po truputį susitraukia ir virsta planetomis. Pirmasis modelis prognozuoja daug mažų uolinių planetų, antrasis – daug didžiulių dujinių milžinių. Net vienas modelis atskirai ir net abu kartu nepaaiškina, kodėl realybėje daugiausia yra vidutinio dydžio planetų – tarpinių tarp Žemės ir Neptūno. Naujame tyrime pateikiamas galimas paaiškinimas – planetų dydį apriboja magnetiniai laukai. Magnetinio lauko įtaka planetų formavimuisi nagrinėta ir seniau, tačiau būdavo daroma prielaida, kad svarbus tik vadinamasis magnetorotacinis nestabilumas, pakeičiantis viso protoplanetinio disko dinamiką. Naujojo tyrimo autoriai įtraukė mažiau žinomą, bet, pasirodo, svarbesnį efektą – spiralinį dinamą. Protoplanetiniame diske dujos juda spiralinėmis orbitomis; dėl to ima stiprėti magnetinis laukas. Sustiprėjęs laukas paskatina fragmentaciją, neleidžia fragmentams subyrėti, bet kartu sulaiko juos nuo per didelio augimo. Skaitmeninio modelio rezultatai rodo, kad dauguma tokiomis sąlygomis susidarančių fragmentų yra kaip tik tarp Žemės ir Neptūno masės. Šis atradimas – tik vienas žingsnis geriau suprantant magnetinio lauko poveikį planetų formavimuisi, bet panašu, kad tas poveikis tikrai reikšmingas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Karštų Jupiterių atmosferos netekimas. Dujinės planetos, skriejančios labai arti savo žvaigždžių, įkaista ir netenka atmosferų. Atmosfera, įkaitusi dėl energingų ultravioletinių spindulių, plečiasi, pabėga nuo planetos gravitacinio lauko ir suformuoja kometišką uodegą. Iki šiol pabėgančios atmosferos stebimos ultravioletinių spindulių ruože, kur matoma ryški vandenilio sugerties linija, vadinama Laimano alfa. Dabar pirmą kartą parodyta, kad ir kita vandenilio spektro linija, vandenilio (arba Balmerio) alfa, gali gerai parodyti pabėgančią atmosferą. Vandenilio alfa linija yra patogesnė, nes jos bangos ilgis yra regimųjų spindulių ruože, taigi ją patogu stebėti nuo Žemės paviršiaus, o ne tik iš kosmoso. Atradimui padaryti tyrėjai sukūrė planetos atmosferos evoliucijos modelį, kuriame įtraukiamas žvaigždės kaitinimas bei detali spinduliuotės pernaša ir atomų sužadinimas. Pritaikę modelį žinomai planetai WASP-121b, jie sumodeliavo tikėtiną Laimano alfa ir vandenilio alfa linijų vaizdą, kuris būtų gaunamas stebint iš Žemės. Sumodeliuotas vaizdas gerai atitiko realų; tiesa, modeliuose neatsižvelgta į galimą žvaigždės spinduliuotės kintamumą, kuris, pasirodo, yra nemenkas. Taip pat pastebėta, kad vandenilio alfa sugertis daugiau matoma viršgarsiniu greičiu judančioje planetos vėjo dalyje, kuri spėjo šiek tiek atvėsti nuo pradinio ultravioletinio kaitinimo. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip žvaigždžių spinduliuotė veikia planetų atmosferas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Priešingai planetoms besisukanti žvaigždė. Planetos formuojasi beveik kartu su savo žvaigžde, iš disko, kurio plokštuma bent jau pradžioje sutampa su žvaigždės pusiauju. Laikui bėgant, kai kurių planetų orbitos gali reikšmingai pasikeisti, pavyzdžiui dėl artimų praskridimų pro kitas planetas, ilgalaikio kitų planetų poveikio ar prasilenkimų su kaimyninėmis žvaigždėmis. Teoriškai planetų orbitų ir žvaigždės sukimosi kryptys gali išsiskirti ir anksčiau, dar sistemai formuojantis, arba dėl ilgalaikio gretimos žvaigždės dvinarėje sistemoje poveikio, bet kol kas tokių pavyzdžių nebuvo aptikta. Dabar pirmą kartą rasta sistema, kurios planetų orbitas reikšmingai pakeitė lėtas ilgalaikis gretimos žvaigždės tempimas. K2-290 yra dvinarė žvaigždė, kurios didesnioji narė turi bent dvi planetas. Planetų tranzito metu tiksliai matuodami žvaigždės spektro pokyčius, tyrėjai nustatė, kad žvaigždės sukimosi ašis su planetų orbitų ašimi sudaro maždaug 124 laipsnių kampą, kitaip tariant, žvaigždė sukasi beveik į priešingą pusę, nei planetos. Abi planetos skrieja vienodai pasvirusiomis orbitomis, taigi jų posvyrio neįmanoma paaiškinti tarpusavio sąveikomis – jos išsvaidytų planetas į labai skirtingas orbitas. Tuo tarpu antroji sistemos žvaigždė skrieja tokia orbita, kad jos gravitacija per ilgą laiką galėjo „palenkti“ planetas prie savęs ir suformuoti tokį krypčių neatitikimą. Šis tyrimas parodo, kad planetų formavimasis daugianarėse žvaigždžių sistemose greičiausiai yra sudėtingesnis, nei manyta iki šiol. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsiosios materijos anihiliacijos pėdsakai. Tamsioji materija sudaro apie ketvirtį Visatos masės-energijos ir daugiau nei 80% Visatos materijos – bent jau remiantis standartiniu kosmologiniu modeliu. Pagal šį, šaltosios tamsiosios materijos (CDM), modelį, ji sudaryta iš elementariųjų dalelių, kurios su kitomis ir tarpusavyje sąveikauja tik gravitaciškai. Tiesiogiai šių dalelių kol kas aptikti nepavyko, be to, šaltosios tamsiosios materijos modeliui kyla problemų aiškinant įvairias palyginus smulkaus masto struktūrų savybes. Egzistuoja įvairios alternatyvios teorijos, viena jų grupė vadinama „tarpusavyje sąveikaujančia tamsiąja materija“ (self-interacting dark matter, SIDM). Viena šios teorijos prognozių – labiau pasklidusi medžiaga galaktikų centruose; pagal standartinį CDM modelį, galaktikų centruose turėtų būti labai tankios tamsiosios materijos sankaupos. Iš kitos pusės, išplėsti medžiagos (taip pat ir tamsiosios) pasiskirstymą gali ir supernovų sprogimai, todėl nustatyti, ar tamsiosios materijos dalelės sąveikauja tarpusavyje, labai sudėtinga. Naujame tyrime mokslininkai tam panaudojo pačias mažiausias, labai blausias nykštukines galaktikas. Jose yra labai mažai žvaigždžių, tad ir supernovų sprogimų buvo labai mažai. Abiejose ištirtose galaktikose tamsioji materija centre susitelkusi gana tankiai, taigi galima sąveika – išreiškiama kaip skerspjūvio plotas vienam medžiagos masės vienetui – neviršija 0.1 kvadratinio centimetro gramui. Tai yra apie dešimt kartų mažesnė vertė, nei ankstesni įvertinimai. Šie rezultatai leidžia atmesti kai kurias SIDM versijas ir parodo, kad mažiausių galaktikų tyrimai gali padėti daug geriau suprasti tamsiosios materijos savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

Tolimiausias galaktikų protospiečius. Pirmosios galaktikos atsirado praėjus keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Jos iškart jungėsi į telkinius – grupes bei spiečius. Kelių šimtų milijonų metų neužteko, kad spiečiuose galaktikų judėjimas nusistovėtų į tam tikrą dinamišką pusiausvyrą, tad tos struktūros vadinamos protospiečiais. Praeitą savaitę paskelbta apie tolimiausio protospiečiaus aptikimą. Darinys, įvardinamas kaip LAGER-z7OD1, matomas tuo metu, kai Visatos amžius tesiekė 770 milijonų metų. Jis aptiktas kaip šešis kartus didesnis galaktikų tankis už vidutinį to laikotarpio Visatoje; taip pat identifikuota bent 21 protospiečių sudaranti galaktika. Sprendžiant pagal galaktikų išsidėstymą, LAGER-z7OD1 yra pailgas – tai turbūt reiškia, kad ten yra du besijungiantys spiečiai. Tyrėjai įvertino, kad susijungęs spiečius iki šių dienų galėtų užaugti iki beveik keturių kvadrilijonų Saulės masių – dvigubai masyvesnis, nei masyviausias žinomas spiečius aplinkinėje Visatoje. Tokie spiečiai, kaip šis, labai svarbūs Visatos rejonizacijai. Tai yra procesas, kurio metu per mažiau nei milijardą metų po Didžiojo sprogimo žvaigždės bei aktyvūs galaktikų branduoliai jonizavo tarpgalaktines dujas. LAGER-z7OD1 matomas jonizuojantis aplinkines dujas, tačiau jo jonizuotas burbulas dar nesusijungęs su kitais. Taigi šio protospiečiaus tyrimai gali daug daugiau pasakyti apie rejonizacijos eigą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Pradinių Visatos savybių nustatymas. Visata tik atsiradusi buvo beveik lygi ir visur vienoda, bet ne visiškai. Iš šių pradinių netolygumų atsirado viskas, ką matome aplink – galaktikos, jų spiečiai ir visas kosminis voratinklis. Iš principo, dabartinė Visatos struktūra leidžia nustatyti, kokie buvo tie pirmieji netolygumai, tačiau susieti viena su kitu – labai sudėtinga. Mat Visatos struktūrų pasiskirstymą lemia ne tik pirminiai netolygumai, bet ir vėliau sekę daugiausiai gravitacijos valdomi evoliuciniai procesai. Kaip atskirti vienus nuo kitų? Naujame tyrime pateikiamas galimas atsakymas. Mokslininkai pasitelkė įvairius statistinės analizės metodus, kuriais nagrinėjamas šiandieninių galaktikų pasiskirstymas, ir patikrino, kaip patikimai, jais remiantis, galima atkurti pirmykščius netolygumus. Tam jie panaudojo daugiau nei 4000 Visatos evoliucijos skaitmeninių modelių. Paaiškėjo, kad bent vienas metodas – galaktikų bispektro (koreliacijų tarp kurių nors trijų galaktikų padėčių erdvėje) kovariacija (koreliacijos tarp skirtingo mastelio bispektro verčių) – leidžia gerai atkurti pradines modelių sąlygas, bent jau nagrinėjant galaktikų pasiskirstymą didesniais nei 5 megaparsekų atstumais (t. y. didesniais masteliais, negu mažos galaktikų grupės, tokios kaip Vietinė). Tyrėjų teigimu, nors šiandieniniai apžvalginiai stebėjimai nėra pakankamai tikslūs ir detalūs, kad būtų galima atkurti realios Visatos pradines sąlygas, tą turėtų būti įmanoma padaryti per artimiausius keletą metų. Vienas ypatingai svarbus pradinių netolygumų aspektas – jų dydžių pasiskirstymas: kai kurie teoriniai modeliai teigia, kad pasiskirstymas atitinka varpo kreivę, kiti prognozuoja reikšmingus nukrypimus. Žinodami, kokie tie nukrypimai, galėsime daug geriau apriboti galimas pirmųjų Visatos akimirkų evoliucijos hipotezes. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *