Kąsnelis Visatos CCXXXIV: Visatos tolybės

Užvakar pristačiau naujienas iš Saulės sistemos, susikaupusias per dvi savaites. Dabar metas pažvelgti toliau – į egzoplanetas, protoplanetinius diskus, iš gabaliukų sudėtas galaktikas, naujus rezultatus tamsiosios medžiagos paieškoje ir apskritai didelio masto struktūrą Visatoje. Naujienų išrinkau dešimt, jas rasite, kaip įprasta, po kirpsniuku.

***

Uolinės planetos. Dar 2000-aisiais metais Hablas pirmą kartą išmatavo egzoplanetos spektrą. Tiesa, tai buvo masyvi dujinė milžinė, didesnė ir už Jupiterį. Dabar pirmą kartą išmatuoti spektrai net dviejų planetų, kurios greičiausiai yra uolinės. Planetos yra TRAPPIST-1 sistemos narės; apie jas buvo kalbama prieš kelis mėnesius, kai jos tik buvo aptiktos, mat jos sukasi aplink labai mažą žvaigždę, raudonąją nykštukę. Trappist-1b aplink žvaigždę apskrieja per pusantros paros, Trappist-1c – per 2,4. Ir visgi Trappist-1c gali būti gyvybinėje žvaigždės zonoje (nors greičiausiai visgi yra per arti žvaigždės). Kol kas išmatuotas spektras nėra labai detalus: aišku, kad planetų atmosferos yra kompaktiškos ir kad jose mažai vandenilio bei helio. Tai patvirtina hipotezę, kad planetos yra uolinės, o ne dujinės. Tyrėjams pasisekė, kad abi planetos priešais žvaigždę praskrido beveik tuo pačiu metu – taip abiejų planetų spektrui išmatuoti užteko mažiau nei trijų valandų stebėjimų. Tolesni stebėjimai leis nustatyti tikslesnę atmosferos sudėtį. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

27 tūkstantmečių orbita. Prie žvaigždės CVSO 30 aptikta antra egzoplaneta. Pirmoji, jau seniau žinoma, yra keletą kartų masyvesnė už Jupiterį ir aplink žvaigždę apsisuka per 11 parų, taigi yra labai karšta. Naująjį radinį, 4-5 kartus už Jupiterį masyvesnę CVSO 30c, nuo žvaigždės skiria 662 astronominiai vienetai (1 AU – vidutinis atstumas nuo Žemės iki Saulės), o planetos metai trunka 27 tūkstančius Žemės metų. Įspūdinga, ar ne? Dar įspūdingiau yra tai, kad žvaigždei yra mažiau nei 10 milijonų metų. Kaip galėjo vienoje sistemoje atsirasti dvi tokios skirtingos planetos? Kol kas neaišku, nes tai – pirma žinoma tokia ekstremali sistema. Kiek žinoma, protoplanetiniai diskai tokie dideli nebūna, tad abi planetos beveik neabejotinai nesusiformavo ten, kur yra dabar. Alternatyvus paaiškinimas – viena arba abi planetos smarkiai pakeitė savo orbitas po artimos sąveikos, kurios metu viena planeta buvo išsviesta tolyn, o kita – priartėjo labai arti žvaigždės. Susidūrimą paskatinti galėjo ir pro šalį skrendanti kita žvaigždė. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gyvybės zona. Gyvybinė zona – regionas aplink žvaigždę, kuriame esančių planetų paviršiuje galėtų būti skysto vandens – yra nelabai aiškiai apibrėžtas, bet visgi naudingas indikatorius, dažnai naudojamas kalbant apie egzoplanetas. Bet jos ribas apibrėžti labai sudėtinga, nes planetos yra kompleksiški dariniai, kurių paviršiaus temperatūrai neužtenka apskaičiuoti energijos balanso lygties. Štai pavyzdžiui, planetos prie raudonųjų nykštukių – mažesnių už Saulę, bet gerokai dažnesnių Galaktikoje žvaigždžių – kad būtų tinkamos temperatūros, turi skrieti labai arti žvaigždės. Tada planeta tampa potvyniškai prirakinta: viena jos pusė nuolatos žiūri į žvaigždę. Tokiu atveju viena planetos pusė gali labai įkaisti, o kita – atšalti, taigi nors formaliai vidutinė temperatūra gali būti puiki, realybėje planeta gyvenimui nebūtų tinkama. Nebent planetos atmosfera veiktų kaip oro kondicionierius. Atmosfera, įkaitusi dieninėje pusėje, kyla į viršų ir plinta nakties link, ten atvėsta ir arti paviršiaus juda į dienos pusę, taip sudarydama oro apykaitos ciklą. Jei toks ciklas veikia efektyviai, visoje planetoje temperatūros gali tapti tinkamos skystam vandeniui. Visgi ciklo efektyvumui reikia tinkamų sąlygų: svarbu, kad planetos atmosferoje nesusidarytų didelių stovinčių bangų arba cirkuliacijos viena kryptimi. Tokie reiškiniai gali susidaryti, jei planeta aplink žvaigždę sukasi sparčiai (mažiau nei dešimties dienų periodu), o planetos paviršius yra per daug lygus, kad reikšmingai pristabdytų oro masių judėjimą. Tokių efektų įvertinimas leis geriau suprasti, kuriose egzoplanetose naudinga ieškoti į žemiškąją panašios gyvybės. Tyrimo rezultatai arXiv.

Gyvybinės zonos išorinėje dalyje esančių planetų paviršiaus vidutinė temperatūra turėtų nežymiai viršyti ledo tirpimo temperatūrą, t. y. nulį laipsnių Celsijaus. Tačiau temperatūra planetoje neišlieka visą laiką vienoda. Net ir Žemėje, kuri yra gyvybinės zonos viduryje, yra buvę ilgų ledynmečių, o silpniau šildomoje planetoje jie būtų dar pavojingesni. Dabar pirmą kartą apskaičiavus tikėtiną atšalimų-atšilimų ciklą planetose, nustatyta, kad gyvybinės zonos išoriniame pakraštyje gyvybei atsirasti ir vystytis būtų sudėtinga. Ilgi ledynmečiai, kuriuos keistų tik trumpi atšilimai, neleistų vystytis antžeminei gyvybei, taip pat sunku būtų atsirasti ir sudėtingoms povandeninės gyvybės formoms. Apskritai gyvybei atsirasti gal ir pavyktų, nes planetose be gyvybės turėtų būti santykinai daugiau anglies dvideginio, kuris sumažintų ledynmečių įtaką, bet vėliau, kai gyvybė pradėtų tą anglies dvideginį naudoti, problema tik paaštrėtų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Saulių gausumas. Dauguma žinomų egzoplanetų sukasi aplink pavienes žvaigždes. Žinomos kelios, kurios sukasi aplink dvinares. Trinarėse žvaigždėse planetų irgi būna. Žinomas vienas keturnarės žvaigždės pavyzdys su planeta. Ar gali saulių būti dar daugiau – penkios, šešios ir taip toliau? Iš principo – taip, tačiau kuo žvaigždžių daugiau, tuo sunkiau yra tokiai sistemai išlikti stabiliai. Žvaigždžių tarpusavio sąveikos gali išmesti lauk ir planetą, ir kai kurias iš žvaigždžių. Planetai saugiausios yra situacijos, kai ji skrieja labai arti vienos iš žvaigždžių – tada kitos žvaigždės turi tik nežymų poveikį planetos orbitai; arba kai ji skrieja toli nuo žvaigždžių – tada visų žvaigždžių gravitacija pasireiškia labai panašiai, kaip vienos. Kai sistemoje žvaigždžių daugėja, darosi sunku atskirti daugianarę žvaigždę nuo žvaigždžių grupės ar spiečiaus. Juose planetos gali egzistuoti, taigi iš principo galime sakyti, kad viršutinės ribos, kiek daugiausiai gali būti žvaigždžių grupėje, kad joje dar galėtų egzistuoti planeta, nėra.

***

Sniego linija. Pirmą kartą pavyko išskirti protoplanetinio disko „sniego liniją“. Sniego linija yra riba, už kurios protoplanetiniame diske formuojasi ir išlieka ledas; arčiau žvaigždės ledas sublimuoja į vandens garus. Saulės sistemoje sniego linija yra šiek tiek už Marso, taigi keturios vidinės planetos susiformavo sausos, o vanduo į jas atkeliavo vėliau, su kometomis. Daugumos kitų žvaigždžių sniego linijos yra per arti žvaigždžių, kad pavyktų jas erdviškai išskirti, bet Oriono V883 yra ryškesnė, todėl jos sniego linija yra 40 astronominių vienetų atstumu nuo žvaigždės. Panašiu atstumu nuo Saulės skrieja Plutonas. ALMA teleskopu masyvu daryti stebėjimai parodo sniego liniją kaip tamsesnį žiedą protoplanetiniame diske. Oriono V883 sniego linija neturėtų visada būti taip toli: žvaigždė tiesiog šiuo metu ryja disko medžiagą ir švyti ryškiau, nei vidutiniškai. Jaunoms žvaigždėms tai yra įprasta evoliucijos stadija, o astronomams – puiki proga pamatyti reiškinį, kuris teoriškai buvo numatytas jau seniai, bet tiesiogiai kol kas neužfiksuotas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visos žvaigždės sukasi aplink savo ašį. Saulė apsisuka maždaug per 25 paras, kai kurios žvaigždės – greičiau, kitos – lėčiau. Koks yra didžiausias žinomas ir didžiausias įmanomas žvaigždės sukimosi greitis? Apie tai – filmuke:

[tentblogger-youtube D6vU3-LGrgM]

***

Kokono ūkas. ©Terry Hancock

Savaitės paveiksliukas – tiesiog gražus ūkas. Kokono ūkas, matomas Gulbės žvaigždyne pro nedidelį teleskopą, į vakarus nuo jo dar matomas ir tamsus Barnardo ūkas.

***

Oriono grožis. Oriono ūkas yra vienas žinomiausių, lengviausiai pamatomų ir gražiausių ūkų naktiniame danguje. Nuo mūsų jį skiria tik apie 400 parsekų – Galaktikos mastais tai visiškai nedaug. Bet ir ten dar yra daug paslapčių. Naujausi, detaliausi stebėjimai parodė daugybę planetų ir rudųjų nykštukių, išsibarsčiusių šiame žvaigždėdaros regione. Aptikta net 760 rudųjų nykštukių ir apie 160 izoliuotų objektų, kurie pagal masę būtų priskiriami planetoms. Iš šių duomenų galima sudaryti ūke esančių objektų masių funkciją, kuri, labai netikėtai, pasirodė esanti dviguba: yra daug objektų, kurių charakteringa masė apie ketvirtį Saulės masės ir daugiau, bei daug dešimt kartų mažesnių objektų, o tarpinių masių objektų labai nedaug. Anksčiau buvo manoma, kad rudųjų nykštukių ir izoliuotų planetinės masės objektų žvaigždėdaros metu susidaro nedaug, ir kad beveik visur Galaktikoje žvaigždžių masių funkcija (žvaigždžių pasiskirstymas pagal masę) yra beveik vienoda. Šis atradimas gali priversti pergalvoti žvaigždžių formavimosi modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Gabalinė galaktika. Galaktika UGC 1382, esanti už beveik 80 megaparsekų nuo mūsų (palyginimui Andromeda nutolusi per mažiau nei megaparseką), ilgą laiką buvo laikoma niekuo neypatinga nedidele elipsine galaktika. Bet nauji stebėjimai, kuriais buvo norima nustatyti, kaip elipsinėse galaktikose formuojasi žvaigždės, atskleidė visai kitokį vaizdą. Pasirodo, UGC 1382 supa spiralinės vijos, nusidriekusios šešis kartus toliau, nei Paukščių Tako vijos. Tai reiškia, kad ši galaktika yra trečia didžiausia žinoma izoliuota spiralinė galaktika, o visai ne mažytė elipsinė. Be to, spiralinės vijos yra senesnės už centrinę galaktikos dalį – tokia savybė irgi yra visiškai atvirkščia, nei įprasta galaktikoms. Tyrėjai siūlo paaiškinimą, kad galaktika susiformavo po susiliejimo, kai daug dujų turinti nedidelė galaktika įkrito tiksliai į dujas jau išnaudojusios spiralės centrą. Spiralinės vijos išliko, o centrinė galaktikos dalis buvo atnaujinta. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tolimiausios galaktikos. Hablas jau ilgą laiką vykdo programą Frontier Fields, kuria stebimi tolimiausi objektai Visatoje. Naujausi duomenys papildo mūsų žinias apie tai, kaip atrodė pirmosios galaktikos. Už spiečiaus Abell S1063, kurio šviesa iki mūsų keliauja keturis milijardus metų, aptikta 16 tolimesnių galaktikų, iš kurių tolimiausios šviesa mus pasiekia per 12,7 milijardo metų, taigi ją matome tokią, kokia ji buvo praėjus vos milijardui metų po Didžiojo sprogimo. Tai nėra absoliučiai tolimiausia galaktika, tačiau tokios galaktikų grupelės atradimas vienoje dangaus vietoje labai pasitarnaus aiškinantis, kaip formavosi struktūra Visatoje. Taip pat galaktikų atvaizdų analizė padės patikslinti medžiagos pasiskirstymą spiečiuje.

***

Tamsybė nepaaiškinta. Aptikti tamsiosios materijos kol kas nepavyksta. JAV esančio LUX detektoriaus komanda pristatė dar dvidešimties mėnesių stebėjimų rezultatus. Per šį laiką į detektoriaus skysto ksenono cisterną neatsitrenkė nei viena dalelė, kurios savybės neatitiktų jau žinomų. Tamsiosios materijos dalelės, kaip tikimasi, turėtų būti 10-100 kartų masyvesnės už protonus, tačiau labai silpnai sąveikauti su aplinkine medžiaga. Visgi buvo manoma, kad LUX jautrumo pakaks aptikti toms retoms sąveikoms. Neigiamas rezultatas apriboja galimą tamsiosios materijos dalelių savybių intervalą, tačiau šansų tas daleles aptikti nepanaikina. Detektorių yra ir daugiau, tas pats LUX irgi toliau dirbs ir ieškos naujų sąveikų.

***

Dauguma astronominių stebėjimų susiveda į momentinių Visatos atvaizdų gavimą ir nagrinėjimą, arba labai trumpalaikių – sekundes, minutes ar valandas trunkančių procesų – analizę. Visgi Visatoje pokyčiai vyksta ir ilgesniais laiko masteliais, kurie žmonėms yra prieinami: mėnesių, metų ar dešimtmečių. Ir žvaigždės sukasi orbitomis, ir įvairūs žybsniai vyksta, ir supernovos sproginėja… Tokiems vidutinio ilgio procesams stebėti skirtas naujas Čilėje statomas teleskopas, Large Synoptic Survey Telescope, arba trumpai tiesiog LSST. Apie jį – dar viename vaizdo siužete:

[tentblogger-youtube L1otYvmqp6w]

***

Visatos struktūra. Galaktikos Visatoje yra susigrupavusios į didesnius ir mažesnius spiečius bei kosminio voratinklio gijas tarp jų. Nustatyti tikslią trimatę šio voratinklio struktūrą yra labai sudėtinga. Didžiausias šio tikslo siekiantis projektas yra BOSS – Baryon Oscillation Spectroscopic Survey. Naujausi jo rezultatai parodo Visatos struktūrą iki tokių nuotolių, kuriuos šviesa įveikinėjo šešis milijardus metų, t. y. beveik pusę dabartinio Visatos amžiaus. Tai nėra tolimiausia galaktikų struktūros apžvalga, tačiau ši – tiksliausia. Vos vieno procento paklaidas, įvertinant atstumus iki galaktikų, padeda pasiekti du metodai. Pirmasis – pirmus 380 tūkstančių Visatos metų sklandžiusių garso bangų palikti pėdsakai, nurodantys charakteringą mastelį, kuris skiria galaktikų poras. Išmatavus kampinį atstumą tarp galaktikų ir žinant charakteringą mastelį, galima nustatyti ir atstumą iki tų galaktikų. Antrasis metodas – Visatos struktūros anizotropiškumas, t. y. vienodumas visomis kryptimis. Priklausomai nuo pasirinkto sąryšio tarp galaktikos raudonojo poslinkio (spektro linijų pasislinkimo į didesnio bangos ilgio, t. y. raudonąją, pusę) ir atstumo iki jų, struktūros atkuriamos įvairiai išsitempusios stebėjimo kryptimi. Žinant, kad jos turėtų būti apytikriai sferiškai simetriškos, galima nustatyti ir reikalingą sąryšį, kuris tokią formą duoda. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tiek prikramčiau apie tolimus objektus. Nuo kitos savaitės Kąsnelis kuriam laikui grįš į normalias vėžes, t. y. pirmadienio naktis. Kol kas, kaip visada, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.