Kąsnelis Visatos CDLXXXVIII: Nuolaužos ir fragmentai

Kosminiai objektai ir struktūros gali atrodyti amžini ir nekintantys, bet pažiūrėjus pakankamai ilgomis laiko skalėmis, pokyčių rasime visur. Vieni objektai formuojasi, kiti byra, keičiasi jų dydžiai, orbitos ir savybės. Praėjusios savaitės naujienose randame keletą tyrimų apie nuolaužų diskus. Viename nagrinėjama, kada ir kaip susiformavo Oorto debesis, gaubiantis Saulės sistemą – jis greičiausiai sudarytas ir iš originalių Saulės sistemos nuolaužų, ir iš pagautų tarpžvaigždinių objektų. Kitame analizuojamas nuolaužų diskų atsiradimas prie baltųjų nykštukių – ten jie nesiformuoja, kol nykštukės per karštos, maždaug pirmus 20-30 milijonų metų po nykštukės atsiradimo. Dar rasite žvaigždes formuojančių gumulų analizę, iš kurios paaiškėja, kad jie toli gražu ne visada „atsimena“ savybes debesies, iš kurio subyrėjo. Kitose naujienose – transformeriai mėnuleigiai, ugnikalniai Europoje ir juodųjų skylių šešėlių formos. Gero skaitymo!

***

Anglies Žemės mantijoje kilmė. Anglis vaidina neapsakomai svarbų vaidmenį Žemės paviršiuje – tiek atmosferoje, tiek dirvoje ir vandenynuose. Pagrindinis šios anglies šaltinis yra Žemės mantija, iš kurios paviršių anglis pasiekia per ugnikalnių išsiveržimus. Bet iš kur imasi anglis mantijoje? Ji ten turėjo atsirasti dar planetai formuojantis, bet šio proceso detalės iki šiol nėra aiškios. Ankstesni eksperimentai, kuriais bandyta atkurti anglies evoliuciją Žemės gelmėse, davė netikėtus rezultatus, kad didžioji dalis anglies turėtų nusėsti Žemės branduolyje, o mantijoje jos turėjo likti netgi mažiau, nei rodo šiandieniniai matavimai. Dabar tyrėjų grupė pakartojo panašius eksperimentus, truputį pakeitę jų detales, ir gavo daug geresnius rezultatus. Įdomu, kad tam, jog gautų daugiau anglies mantijos medžiagoje, tyrėjai turėjo sumažinti anglies kiekį eksperimente. Ankstesni eksperimentai buvo atliekami su medžiaga, daugmaž atitinkančią pirmykščio protoplanetinio disko sudėtį, bet šis mišinys nuo pradžių buvo prisotintas anglies. Tada buvo sekama, kaip anglis pasiskirsto tarp geležies branduolio ir silikatinės mantijos, šiems atsiskiriant tarpusavyje. Tokiomis sąlygomis didžioji dalis anglies nusekdavo paskui geležį. Naujajame eksperimente anglis sudarė vos 0,2% visos bandinio masės – tokia proporcija atitinka chondritinių meteoritų, kurie greičiausiai yra panašūs į planetas formavusias uolienas, sudėtį. Tokiomis sąlygomis anglis nebesekė paskui geležį, o išliko mantijoje ir ją prisotino. Gauta anglies koncentracija mantijos medžiagoje panaši į realią gausą Žemės mantijoje. Panaši cheminė sudėtis greičiausiai yra ir Mėnulio bei galbūt ir kitų uolinių planetų mantijose. Šis rezultatas rodo, kad anglis Žemėje atsirado planetos formavimosi metu. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Mėnuleigiai transformeriai. Pasiruošimai žmonių grįžimui į Mėnulį ir kitiems platesniems palydovo tyrimų projektams vis spartėja. Nuolatos sulaukiame įdomių naujienų apie vystomas technologijas. Štai praeitą savaitę Japonijos kosmoso agentūra JAXA paskelbė apie bendradarbiavimą su žaislų gamintojais TOMY Company, elektronikos gigantu Sony ir Došišos universitetu – kartu šios institucijos kurs labai lengvą, kompaktišką ir transformuotis galintį mėnuleigį. Tai yra jau penkerius metus vystomos Mėnulio tyrimų vizijos dalis – 2016-aisiais JAXA paskelbė kvietimą teikti pasiūlymus inovatyvioms tyrimų idėjoms, o 2019-aisiais Japonija nusprendė prisidėti prie NASA vadovaujamos Artemis programos. Numatomas mėnuleigis turėtų būti rutulio formos, tačiau galėtų išsiplėsti į daugmaž cilindrinį aparatą. Rutulio skersmuo turėtų siekti vos aštuonis centimetrus, o masė – tik 250 gramų, tačiau mėnuleigyje bus mokslinių prietaisų rinkinys. Kokie tiksliai prietaisai bus ten įtalpinti, dar nepaskelbta. Planuojama, kad prietaisas į Mėnulį nuskris jau kitais metais, kartu su pirma komercine Japonijos Mėnulio misija Hakuto-R. Šią misija vystanti komanda buvo vieni iš Google Lunar X Prize konkurso finalininkų.

***

Naujos misijos į Venerą. Nuo praėjusių metų rudens, kai paskelbta apie galimą fosfino dujų aptikimą Veneros atmosferoje, kaimyninė planeta sulaukia daug daugiau dėmesio, nei kelis dešimtmečius iki šiol. Gali būti, kad tokia tendencija paveikė ir praeitą savaitę paskelbtą NASA sprendimą finansuoti net dvi misijas į šią planetą. Paskutinė NASA misija į Venerą buvo Magellan orbitinis zondas, tyrinėjęs jos paviršių 1990-1994 metais. Viena naujoji misija yra DAVINCI+ – atmosferos tyrimams skirtas zondas. Jo tikslas bus išsiaiškinti, ar Veneros atmosfera tokia tanki, karšta ir atšiauri buvo milijardus metų, ar tapo tokia prieš kelis šimtus milijonų metų po kataklizmo paviršiuje. Kartu tai padės atsakyti į klausimą, ar Venera praeityje galėjo būti panaši į Žemę ir netgi tinkama gyvybei. Be to, DAVINCI+ surinkti duomenys padės geriau analizuoti ir egzoplanetų duomenis, atskirti iš pirmo žvilgsnio panašias, bet detalėmis labai besiskiriančias uolines planetas vieną nuo kitos. Antroji misija, Veritas, sieks gerokai patikslinti supratimą apie Veneros paviršiaus sandarą – sudarys paviršiaus venerlapį. Kiekvienai misijai bus skirta po 500 milijonų dolerių; numatoma, kad jos išskris šio dešimtmečio pabaigoje, o Venerą pasieks per maždaug metus. Šiuo metu Venerą tyrinėja vienintelis Japonijos zondas Akatsuki.

***

Marse praeityje buvo aktyvių ugnikalnių. Ar jų gali būti ir šiandien? Nauji įrodymai leidžia manyti, kad Raudonoji planeta nėra tokia rami ir neaktyvi, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio. Apie tai pasakoja John Michael Godier ir Dr. David Horvath kanale Event Horizon:

***

Simetriškos kopos Marso krateryje. Šaltinis: NASA / JPL / University of Arizona

Vėjo suneštų kopų esama daug kur Žemėje, taip pat Marse ir Saturno palydove Titane. Lygumoje atsiradusios kopos dažnai yra šiek tiek išlenktos, o vienas jų šlaitas – nuožulnesnis už kitą. Bet šioje nuotraukoje matomos kopos susiformavo Marso krateryje ir yra daug simetriškesnės, nei įprastai. Greičiausiai taip nutiko dėl kintančios vėjo krypties. Kopos, beje, yra tamsios juostos, o šviesios linijos – žemumos, pilnos stambesnio žvirgždo ir riedulių.

***

Povandeniniai Europos ugnikalniai. Jupiterio palydovas Europa, kaip žinia, turi popaviršinį vandenyną. Po keliolikos kilometrų ledo pluta plyti dešimčių kilometrų vandens sluoksnis, kurį skystą išlaiko palydovo gelmių šiluma ir Jupiterio gravitacija. Kartais į paviršių prasiveržia geizeriai, o juos stebėdami mokslininkai išsiaiškino, kad Europos vandenyno vanduo kupinas įvairių druskų ir apskritai jame vyksta sudėtingos cheminės reakcijos. Iš kur jos gauna energijos? Greičiausiai – iš hidroterminių versmių, per kurias gelmių šiluma pasiekia vandenyno dugną. Bet galbūt ir iš povandeninių ugnikalnių, kaip rodo naujo tyrimo rezultatai. Pritaikę trimatį skaitmeninį planetos struktūros ir evoliucijos modelį Europai, tyrėjai nustatė, jog jos gelmės per visą Saulės sistemos istoriją galėjo išlikti pakankamai karštos, kad sukeltų vulkanizmą vandenyno dugne. Vulkanizmas buvo stipresnis praeityje, kai Europos gelmės buvo karštesnės, tačiau Jupiterio gravitacijos gniuždomas ir tampomas palydovas neatvėso taip sparčiai, kad taptų visiškai neaktyvus. Tikėtina, kad vulkanizmas sustiprėja tais laikotarpiais, kai Europos orbita dėl gretimų palydovų įtakos tampa labiau elipsiška. Taip pat tikėtina, kad stipriausias vulkanizmas yra arti Europos ašigalių, nes ten potvyninės jėgos sukelia stipriausią deformaciją. Nors tiesiogiai stebėti taip giliai vykstančių vulkaninių procesų neįmanoma, jie gali pasireikšti seisminiu aktyvumu paviršiuje, geizeriuose trykštančio vandens cheminės sudėties pokyčiais ar net viso palydovo judėjimo pokyčiais. Visus šiuos požymius turėtų galėti užfiksuoti ateities kosminės misijos. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Oorto debesies kilmė. Saulės sistemą gaubia vadinamasis Oorto debesis – įvairiausių nuolaužų telkinys, iš kurio kartais atlekia kometos. Manoma, kad jame yra apie 100 milijardų kometų dydžio objektų, o jų orbitos išsidėsčiusios maždaug 3000 astronominių vienetų atstumu ir toliau. Astronominis vienetas (AU) yra vidutinis atstumas tarp Saulės ir Žemės – apie 150 milijonų kilometrų; Neptūną nuo Saulės skiria 30 AU. Debesis greičiausiai susideda iš protoplanetinio disko, formavusio Saulės sistemos planetas, liekanų, laikui bėgant išmestų į pakraščius, bet nepabėgusių į tarpžvaigždinę erdvę. Ištirti, kaip debesis formavosi, labai sudėtinga, mat kai kurie svarbūs procesai vyko centrinėje Saulės sistemos dalyje, o kiti priklausė nuo Saulės sąveikos su aplinkinėmis žvaigždėmis. Apskaičiuoti tokiu skirtingu erdviniu masteliu vykstančių reiškinių eigą – dar ne šiuolaikinių kompiuterių jėgoms. Bet dabar grupė mokslininkų sugalvojo, kaip apjungti kelis skirtingų mastelių modelius ir taip atkūrė 100 milijonų metų trukmės Oorto debesies formavimosi eigą. Modelyje sekamas Saulės sistemos gimimas nedideliame spiečiuje bei tolesnė evoliucija, o kartu – mažų kūnų orbitų pokyčiai dėl sąveikos su planetomis sistemos viduje. Taip paaiškėjo, kad Oorto debesis negalėjo susiformuoti labai anksti, kol Saulė dar buvo spiečiuje; tuo metu aplinkinių žvaigždžių gravitacija tiesiog atplėšdavo bet kokius toliau nulekiančius asteroidus ar kometas. Greičiausiai jis pradėjo formuotis 20-50 milijonų metų po Saulės susiformavimo, o didžioji dalis Oorto debesį dabar sudarančių nuolaužų kadaise buvo protoplanetiniame diske 15-35 AU atstumu nuo Saulės. Taip pat kone pusė Oorto debesies nuolaužų gali būti pagautos iš tarpžvaigždinės erdvės. Galiausiai, labai įdomus rezultatas, kad reikšminga didžiųjų planetų migracija Saulės sistemos jaunystėje tiek išblaško protoplanetinį diską, kad Oorto debesies nebėra kam formuoti; ši išvada prieštarauja įprastiniam Saulės sistemos formavimosi modeliui, pagal kurį planetų migracija buvo labai svarbi tiek vidinių planetų konfigūracijai, tiek vandens atnešimui į jas. Remdamiesi šiuo ir panašiais modeliais, ateityje mokslininkai galės geriau nustatyti Saulės sistemos formavimosi istoriją, analizuodami Oorto debesies stebėjimus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Masyvios prožvaigždės čiurkšlės forma. Besiformuojančios žvaigždės, arba prožvaigždės, kartais išmeta čiurkšles – siaurus greitai judančius dujų srautus. Ne vieną dešimtmetį nesutariama, ar mažų ir masyvių prožvaigždžių čiurkšlės iš esmės panašios, ar skiriasi. Pagrindinė kliūtis atsakyti į šį klausimą – atstumai iki žvaigždžių. Masyvių prožvaigždžių daug mažiau, nei mažų, todėl ir atstumai iki jų didesni; tai neleidžia gauti tokių detalių atvaizdų ir pamatyti, kas dedasi arti žvaigždės. Dabar šį barjerą pavyko įveikti. Grupė mokslininkų pasitelkė radijo bangų interferometrinį teleskopą VLA ir gavo 700 parsekų atstumu nutolusios prožvaigždės Cefėjo A HW2 atvaizdą, detalesnį nei bet kada anksčiau. Ši prožvaigždė turėtų tapti maždaug dešimt kartų už Saulę masyvesne žvaigžde. Ji turi čiurkšlę, bet naujoje nuotraukoje pavyko pamatyti, kad ši prasideda 20-30 astronominių vienetų atstumu nuo žvaigždės. Mažų žvaigždžių čiurkšlės prasideda maždaug vieno ar kelių astronominių vienetų atstumu, t. y. panašiu, kaip atstumas nuo Saulės iki Žemės. Be to, mažų prožvaigždžių aplinkoje be čiurkšlės matomas tik protoplanetinis diskas, tuo tarpu tarp Cefėjo A HW2 ir jos čiurkšlės plačiu srautu sklinda vėjas. Deja, šie stebėjimai neleidžia atsakyti, ar matomas skirtumas yra tiesiog tolygaus pokyčio tarp mažų ir didelių prožvaigždžių bei jų čiurkšlių dalis, ar žymi radikalų čiurkšlės pobūdžio pasikeitimą ties kuria nors mase. Gali būti, kad čiurkšlė visada prasideda kaip plačiakampis vėjas ir yra suspaudžiama tam tikru atstumu, priklausančiu nuo žvaigždės masės; iš kitos pusės, galbūt žvaigždės masė turi viršyti tam tikrą ribą, kad jos apylinkėse galėtų vienu metu egzistuoti ir vėjas, ir čiurkšlė? Daugiau masyvių žvaigždžių stebėjimų padės išsiaiškinti ir šią detalę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Magnetiniai laukai žvaigždėdaros regionuose. Žvaigždės formuojasi traukiantis ir byrant tarpžvaigždiniams dujų debesims. Vienas iš svarbių proceso elementų yra magnetiniai laukai, kertantys debesį. Medžiagai lengviau judėti išilgai magnetinio lauko linijų, nei statmenai joms, taigi manoma, kad debesys pirma turėtų susiploti į blynus, tada – į pailgas juostas, ir tik galiausiai į pavienius gumulus, kuriuose auga žvaigždės. Visos šios struktūros – blynai, siūlai ir gumulai – randamos kosmose, taigi bendrai paėmus paaiškinimas atrodo logiškas. Iš kitos pusės, detali informacija apie magnetinio lauko konfigūraciją gimstančių žvaigždžių aplinkoje kol kas nebuvo prieinama. Naujame tyrime pristatomi dulkių spinduliuotės poliarizacijos stebėjimai, kurie parodo magnetinio lauko linijų kryptį trijuose gumuluose Tauro žvaigždėdaros regione. Tarpžvaigždinės dulkės yra nesferiškos, todėl poliarizuoja atsispindinčią šviesą. Magnetinis laukas dulkeles išrikiuoja viena kryptimi, tad ir poliarizacija tampa tvarkinga. Trys ištirti gumulai – du su jau aptinkamomis prožvaigždėmis, vienas dar ankstyvesnės stadijos – pasirodė turį visiškai skirtingas magnetinio lauko konfigūracijas. Viename jų magnetinio lauko linijos nukreiptos išilgai trumposios ašies, kuri yra ir sukimosi ašis; taip pat kryptis sutampa su didelio masto magnetinio lauko linijų kryptimi visame žvaigždėdaros regione. Antrame magnetinio lauko linijos tvarkingai išsidėsčiusios išilgai ilgosios gumulo ašies, statmenai didelio masto magnetiniam laukui. Trečiojo magnetinis laukas visai netvarkingas ir jokios koreliacijos su gumulo geometrija ar didelio masto magnetiniu lauku rasti nepavyko. Taigi vos vienas iš trijų gumulų „atsimena“, koks magnetinis laukas buvo prieš jam atsiskiriant nuo debesies. Autorių teigimu, taip greičiausiai yra dėl dujų kritimo į augančius gumulus, bet tai reiškia, kad dujos krenta toli gražu ne taip, kaip jas „veda“ magnetinis laukas. Tai gali reikšti, kad magnetinio lauko svarba žvaigždžių formavimosi procesui buvo kiek pervertinta, o modelius reikės patobulinti. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

Nuolaužų diskų formavimasis. Kai į Saulę panaši žvaigždė baigia savo gyvenimą, ji išsipučia į raudonąją milžinę, o vėliau susitraukia į baltąją nykštukę. Pastarasis objektas yra maždaug Žemės dydžio, bet jame telpa nuo pusės iki beveik pusantros Saulės masės medžiagos. Likusi žvaigždės masės dalis numetama į šalis ir suformuoja planetinį ūką. Pasikeitusi centrinio objekto masė destabilizuoja planetų orbitas, o jų netvarkingas judėjimas išblaško sistemoje esančius asteroidus. Kai kurie asteroidai priartėja prie nykštukės ir subyra dėl jos gravitacijos keliamų potvynio jėgų. Asteroidų liekanos suformuoja dulkėtą nuolaužų diską. Stebėjimai rodo, kad nuolaužų diskui susiformuoti prireikia 20-30 milijonų metų po baltosios nykštukės atsiradimo. Kodėl jų neturi jaunesnės nykštukės? Naujame darbe pateikiamas galimas atsakymas – jaunesnės nykštukės tokios karštos, kad išgarina asteroidų dulkes. Tyrėjai pasinaudojo detaliu modeliu, aprašančiu įvairių medžiagų garavimą vakuume, ir nustatė, kad tipinės subyrėjusių asteroidų dulkės turėtų išgaruoti, jei nykštukės temperatūra siekia 25-32 tūkstančius laipsnių. Realūs diskai aptinkami prie nykštukių, atvėsusių iki 27 tūkstančių laipsnių. Šie diskai yra sausi, be vandens ledo; modelis paaiškina ir šią savybę – vandens ledas išliktų stabilus tik tada, jei nykštukės temperatūra neviršytų 2700 laipsnių. Tokių šaltų nykštukių Visatoje dar nėra, nes joms atvėsti reikėtų daugiau laiko, nei praėjo nuo Didžiojo sprogimo. Taip pat modelis prognozuoja, kad masyvesnės nykštukės galėtų išlaikyti dulkių diskus būdamos šiek tiek karštesnės. Ateities stebėjimai leis patikrinti šią prognozę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Blausių masyvių galaktikų formavimasis. Maždaug prieš keturis dešimtmečius astronomai aptiko, jog Visatoje egzistuoja daug blausių galaktikų – jų paviršinis šviesio tankis (šviesis, tenkantis paviršiaus ploto vienetui dangaus skliaute) daug mažesnis, nei įprastų galaktikų. Dauguma tokių galaktikų yra nykštukės, turinčios vos tūkstančius žvaigždžių. Bet kartais pasitaiko ir masyvių, vadinamų didžiulėmis mažo paviršinio šviesio galaktikomis (giant low surface brightness galaxies, gLSBGs). Jų masė palyginama su Paukščių Tako, o spindulys gali būti ir dešimt kartų didesnis. Įprastiniai galaktikų formavimosi modeliai negali paaiškinti jų kilmės – pagal juos, tokios galaktikos formuodamosi turėtų patirti ne vieną susiliejimą, kuris sujauktų diską ir paspartintų žvaigždėdarą jame, tačiau gLSBGs to neįvyko. Alternatyvi hipotezė teigia, kad galaktikos tiesiog užaugo po truputį prisijungdamos medžiagą iš tarpgalaktinės erdvės, bet tai atrodo mažai tikėtina. Naujame tyrime pristatyti detalūs septynių gLSBGs stebėjimai, padedantys atskleisti jų istorijas. Penkios iš septynių galaktikų greičiausiai tiesiog lėtai užaugo – jų savybės panašios į mažų blausių galaktiktų, tik „pratęstos“ (ekstrapoliuotos) į didesnių masių zoną. Kitos dvi panašesnės į galaktikas, patyrusias susiliejimų, bet jas galima paaiškinti ir trečiu modeliu, pagal kurį gLSBGs formuojasi plačiai pasklidusiuose tamsiosios materijos haluose. Taigi atrodo, kad šios galaktikos atsirasti gali įvairiais keliais, bet visiems jiems reikia gana išskirtinių sąlygų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės šešėlių forma. Prieš dvejus metus paskelbta pirmoji juodosios skylės nuotrauka. Tiksliau sakant, tai buvo aplink juodąją skylę esančių dujų spinduliuotės atvaizdas su centrine tamsia dėme, atitinkančią „juodosios skylės šešėlį“. Šešėlis yra zona, iš kurios, bent jau teoriškai, mūsų negalėtų pasiekti jokia spinduliuotė, sukuriama toliau nuo juodosios skylės. Jei fotonas priartėja arčiau juodosios skylės nei tam tikra kritinė riba, jis galiausiai bus prarytas ir tolimo stebėtojo nebepasieks. Iš kitos pusės, jei fotonas išspinduliuojamas arčiau, nei ta kritinė riba, jis gali pasiekti tolimą stebėtoją. Taigi, žiūrint iš šalies, aplink juodąją skylę turėtų būti matomas ne tik fotonų žiedas – plona juosta iš tų fotonų, kurie apsukę ratą ar kelis aplink juodąją skylę pasiekia mus, – bet ir mažesnis vidinis šešėlis. Tarp fotonų žiedo ir vidinio šešėlio turėtų egzistuoti šiek tiek spinduliuotės, sklindančios iš prie pat juodosios skylės esančios medžiagos. Naujame tyrime analizuojama, kaip galėtų atrodyti ši spinduliuotė ir vidinio šešėlio forma. Nors vidinis šešėlis atitinka juodosios skylės įvykių horizontą, o pastarasis visada yra tiksliai apskritimo formos, šešėlis nebūtinai bus apskritiminis. Taip nutinka dėl stiprios juodosios skylės gravitacijos, kuri nevienodai iškreipia trajektorijas fotonų, judančių iš vienos ar kitos juodosios skylės pusės mūsų link. Teoriškai, išskyrę vidinio šešėlio formą, galėtume patikrinti reliatyvumo teorijos duodamas prognozes apie šviesos trajektorijos išsikreipimą prie juodosios skylės. Taip pat šie duomenys padėtų nustatyti juodosios skylės masę ir sukimosi spartą nepriklausomai nuo kitų įvertinimo būdų. Dabartinė M87* juodosios skylės nuotrauka nėra pakankamai aukštos raiškos, kad būtų galima pritaikyti šiuos analizės metodus, bet netolimoje ateityje, pagerinus Įvykių horizonto teleskopo tinklą ar netgi praplėtus jį kosminiais teleskopais, nuotraukos turėtų tapti daug ryškesnės – tada juodąsias skyles galėsime nagrinėti daug detaliau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.