Kąsnelis Visatos CCCLXXVI: Metamorfozės

Galvodamas apie Saturno ir Jupiterio palydovus su popaviršiniais vandenynais, įprastai įsivaizduoju tuos vandenynus egzistavus nuo pat Saulės sistemos atsiradimo. Bet pasirodo, greičiausiai taip nėra – Enceladas vandenyną galbūt turi palyginus neseniai, kiti Saturno palydovai, šiuo metu neturintys vandenynų, juos galėjo turėti praeityje. Tokie radikalūs pokyčiai susiję su palydovų orbitine evoliucija. Praėjusios savaitės naujienose yra ir kitų pokyčių – metamorfozių: plazmos lietus Saulėje, sunaikinimą išgyvenęs egzoplanetos branduolys, žvaigždėdara centrinėse galaktikų dalyse, ir panašiai. Gero skaitymo!

***

Marso misijos planai. Prieš dvi savaites buvo daug kalbama apie sukonkretintus ir paankstintus NASA planus žmonių sugrįžimui į Mėnulį, o praėjusią savaitę paskelbta, kad į Marsą žmonės turėtų nuskristi 2033-aisiais. Anksčiau ši data irgi buvo minima kaip pirmosios žmonių misijos (nebūtinai išsilaipinimo) Marso link data, bet žmonių išsilaipinimas buvo minimas ketvirtajame dešimtmetyje. Skelbdamas konkrečią datą NASA administratorius Jimas Bridenstine`as nurodė, kad žmonių kelionė į Mėnulį 2024-aisiais leis paspartinti ir Marso misiją. Mėnulio skrydžiai ir infrastruktūros sukūrimas būtini ir sėkmingam skrydžiui į Marsą. Mėnesio viduryje turėtų būti paskelbtas ir planuojamas misijos biudžetas bei jo kasmetinis paskirstymas.

***

Mėnulio branduolio temperatūra. Mėnulis, kaip ir Žemė, turi plutą, mantiją ir branduolį. Seismologiniai duomenys leidžia spręsti, kad branduolio išorinėje dalyje 5-30% medžiagos yra skystoje būsenoje. Dabar pristatyti laboratorinių tyrimų rezultatai, gana tiksliai nurodantys, kokia yra Mėnulio branduolio temperatūra. Geležies ir titano mėginys, chemine sudėtimi atitinkantis tikėtiną Mėnulio branduolio-mantijos sandūros sudėtį, buvo suslėgtas iki 45 tūkstančių atmosferų ir kaitinamas, kol dalis jo išsilydė. Paaiškėjo, kad 5% mėginio išsilydo 1330 laipsnių Celsijaus temperatūroje, o 30% – 1470 laipsnių. Šis intervalas yra gerokai siauresnis, nei ankstesni įvertinimai, kurių neapibrėžtumas siekė 800 laipsnių. Šis atradimas leis sudaryti geresnius Mėnulio struktūros modelius ir identifikuoti tikėtinus mineralus palydovo plutoje bei mantijoje. Tokie modeliai padės geriau suprasti ir Žemės sandarą bei evoliuciją, nes cheminė abiejų objektų sudėtis turėtų būti labai panaši, o prieš puspenkto milijardo metų panaši turėjo būti ir struktūra. Vėliau Žemę keitė judančios tektoninės plokštės ir gyvybė, o Mėnulis kito mažiau, tad jį nagrinėdami galime sužinoti daug apie pirmykštę Žemę. Tyrimo rezultatai publikuojami Geochimica et Cosmochimica Acta.

***

Lietus Saulėje. Saulės atmosferoje vyksta įvairūs sudėtingi reiškiniai, tarp jų – ir medžiagos apykaita, panaši į vandens apytakos ratą Žemėje. Tik Saulėje judanti medžiaga yra plazma, ypatingai įkaitintos dujos, kurių atomai netekę bent dalies elektronų. Plazma sąveikauja su magnetiniu lauku ir seka jo linijomis. Jau seniai žinoma, kad vienas iš apykaitos procesų yra plazmos lietus – palyginus vėsių plazmos gumulų kritimas iš Saulės vainiko ant jos paviršiaus. Lietaus formavimosi supratimas padėtų paaiškinti ir vainiko temperatūrą, kuri yra 200 kartų aukštesnė, nei Saulės paviršiaus. Dabar pristatyta Saulės dinamikos observatorijos (SDO) teleskopų surinktų duomenų analizė, rodanti, kad lietus formuojasi mažose magnetinio lauko kilpose. Iki šiol buvo manoma, kad pagrindinis lietaus šaltinis turėtų būti vadinamieji „šalmo srautai“, pailgos didžiulės struktūros, gerai matomos Saulės užtemimų metu. Visgi paaiškėjo, kad šalmo srautuose lietus nesiformuoja. Kilpos, kuriose aptiktas lietus, yra iki 100 tūkstančių kilometrų aukščio, tuo tarpu šalmo srautų aukštis gali siekti kelis milijonus kilometrų. Skaičiavimai rodo, kad plazma, kylanti kilpomis ir vėliau formuojanti lietų, turi būti įkaitinama apatiniame kilpos dešimtadalyje; vėliau ji šią energiją perduoda Saulės vainiką sudarančiai medžiagai. Taigi šis atradimas apriboja aukštį, kuriame vyksta pagrindinis vainiko medžiagos kaitinimas, iki 10 tūkstančių kilometrų nuo Saulės paviršiaus. Taip pat atrasta, kad kai kurie lietaus lašai formuojasi ne uždarose kilpose, o ant magnetinio lauko linijų, nusidriekiančių tolyn į tarpplanetinę erdvę. Dalis plazmos, patekusios ant šių linijų, pabėga nuo Saulės ir formuoja Saulės vėją, taigi Saulės lietus yra susijęs ir su vėjo susidarymu. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Letters.

Taip pat praeitą savaitę paskelbta apie tankių, tik jau karštų, gumulų aptikimą Saulės vėjyje. Šios struktūros aptiktos dar 1974-1976 metais surinktuose duomenyse, išnagrinėjus juos iš naujo ir atmetus pačių Helios zondų veikimo įvestus periodinius signalus. Gumulai sklinda maždaug kas 90 minučių, bet kol kas neaišku, ar tai vyksta nuolatos, ar tik trumpalaikiais pliūpsniais, kuriuos pagavo Helios. Kiti Saulės stebėjimų zondai tokių gumulų neužfiksavo, bet jie nebuvo tam skirti. Atsakyti į klausimus apie gumulų kilmę ir savybes padės Parker saulės zondas, po truputį artėjantis prie mūsų žvaigždės ir tyrinėsiantis ją iki 2026 metų. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Space Physics.

***

Marso atmosfera – gerokai retesnė, nei Žemės. Tačiau ir ten galėtų skraidyti sraigtasparniai ir oro balionai. Apie juos, vykdomus eksperimentus ir perspektyvas žiūrėkite savaitės filmuke iš Universe Today:

***

Japonai sprogdina asteroidą. Penktadienį Japonijos zondas Hayabusa2 išmetė sprogmenį, kuris į asteroidą Ryugu nusviedė varinę kulką. Kulka išmušė kraterį asteroido paviršiuje, o zondas artimiausiu metu nuskris į smūgio vietą, ją ištirs ir paims mėginių pargabenimui į Žemę. Sprogimo metu zondas buvo pasislėpęs kitoje asteroido pusėje, kad kylantys uolienų fragmentai jo nepažeistų. Prieš kelias savaites Hayabusa2 sėkmingai paėmė asteroido paviršiaus medžiagos mėginių; kraterio suformavimas reikalingas tam, kad atidengtų gilesnius sluoksnius, kurių cheminė sudėtis gali skirtis nuo paviršius. Mėginių tyrimai ateityje parodys, kuo skiriasi asteroidą formavusios medžiagos nuo jį padengusių per milijardus metų, kiek šių padengiančių dulkių asteroidas prikaupė, ir kaip asteroidą paveikia Saulės spinduliuotė.

***

Saturno palydovų evoliucija. Penki arti Saturno esantys palydovai – Mimas, Enceladas, Tetidė, Dionė ir Rėja – yra gana panašūs savo chemine sudėtimi ir orbitomis, tačiau kai kurios jų savybės labai skiriasi. Pavyzdžiui, vienintelis Enceladas turi popaviršinį vandenyną, o kiti, panašu, skysto vandens neturi apskritai arba turi jo labai nedaug. Naujame skaitmeniniame modelyje pirmą kartą apjungiama orbitinė, šiluminė ir cheminė šių palydovų evoliucija, siekiant paaiškinti jų tarpusavio skirtumus. Nustatyta, kad laikui bėgant visi palydovai po truputį tolsta nuo Saturno dėl pačios planetos potvyninių efektų. Palydovuose kylantys potvyniai jų orbitas daro vis labiau apskritimines, o tokiose orbitose judantys kūnai nėra tampomi ir šildomi pakankamai, kad juose susiformuotų vandenynai. Dideli vandens telkiniai yra palyginus trumpalaikis reiškinys, atsirandantis palydovuose, kurių orbita išsitempia dėl sąveikos su kitais mėnuliais. Enceladas šiuo metu yra būtent tokiose būsenoje, bet ateityje jo orbita išsilygins, o vandenynas užšals. Kažkada vandenynai galimai egzistavo ir Tetidėje bei Dionėje, ir dar egzistuos ateityje. Tuo tarpu Mimas greičiausiai yra daug jaunesnis už kitus palydovus, neturi radioaktyvių elementų branduolyje ir niekada nesušyla tiek, kad suformuotų vandenyną po paviršiumi. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Sunaikinimą išgyvenusi planeta. Saulė ir į ją panašios žvaigždės gyvenimą baigia pavirsdamos baltosiomis nykštukėmis. Nykštukės masė yra mažesnė, nei žvaigždės, o pasikeitusi traukos jėga gali pakeisti aplink besisukančių planetų orbitas. Dalis planetų susiduria tarpusavyje, subyra ir suformuoja nuolaužų diską, kurie kartais aptinkami prie baltųjų nykštukių. Dabar nykštukės SDSS J122859.93+104032.9 diske aptiktas kūnas, mase beveik prilygstantis planetai. Jis aptiktas nustačius periodišką disko spinduliuotės pokytį, kylantį dėl masyvaus kūno, judančio pačiame diske, gravitacijos. Kūnas aplink nykštukę apsisuka per kiek daugiau, nei dvi valandas; taip arti esanti planeta turėtų subyrėti dėl nykštukės gravitacijos. Taigi labai tikėtina, kad kūnas yra kadaise buvusios didesnės planetos liekana – tankus branduolys, kurį išlaiko cheminiai ryšiai, o ne vien gravitacija. Tai yra apskritai pirmas kartas, kai prie baltosios nykštukės aptiktas kūnas, didesnis už asteroidą. Šie rezultatai padės geriau suprasti, kaip evoliucionuoja planetinės sistemos žvaigždžių gyvavimo pabaigoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Dvinarių žvaigždžių šviesos atspindžiai. Egzoplanetos kartais aptinkamos ir tyrinėjamos pagal tai, kad atspindi savo žvaigždžių šviesą. Dvi žvaigždės dvinarėje sistemoje taip pat turėtų atspindėti dalį viena kitos spinduliuotės, bet kaip patikrinti, ar tai tikrai vyksta, kai pačios žvaigždės šviesa yra daug ryškesnė už atspindį? Dabar pristatyta nauja dvinarės žvaigždės Spikos (Mergelės alfos) stebėjimų analizė, parodžiusi, kad atspindys tikrai egzistuoja. Stebėjimai rėmėsi poliarizuota spinduliuote, t. y. tokia, kurioje didelė dalis bangų virpa viena kryptimi. Pačios žvaigždės skleidžiama spinduliuotė nėra poliarizuota, o atspindėta – yra. Taigi matuojant poliarizuotą spinduliuotę galima nustatyti, kiek jos atsispindi. Aptikta, kad Spikoje poliarizuota spinduliuotė sudaro maždaug 0,02% visos spinduliuotės, ir ši vertė kinta kartu su žvaigždės orbita, kai atspindintys paviršiai pasisuka vis kita kryptimi į mus. Gauta atspindėtos spinduliuotės vertė tiksliai atitinka skaitmeninio modelio prognozę, taip tyrimo išvados dar labiau sustiprėja. Stebėjimų duomenys taip pat leido patikslinti žvaigždės orbitos plokštumą – gauti rezultatai puikiai atitinka anksčiau gautus kitais būdais. Šis metodas ateityje galėtų padėti aptikti labai artimas dvinares, kurių komponentes išskirti teleskopais sudėtinga. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Žvaigždėdara galaktikų centruose. Įprastai žvaigždžių formavimasis detaliai nagrinėjamas Saulės aplinkoje, keliuose palyginus netolimuose žvaigždėdaros regionuose, ir palydovinėse Magelano debesų galaktikose. Tačiau didžioji dalis Visatos žvaigždžių susiformavo gerokai kitokiomis sąlygomis – prieš dešimt milijardų metų ir dujų tankis, ir temperatūra vidutiniškai buvo gerokai kitokie. Panašesnės sąlygos susidaro galaktikų centruose, o dabar pristatytas kol kas detaliausias žvaigždėdaros modelis Paukščių Tako centrinei daliai. Nustatyta, kad centriniuose 500 parsekų esančioje Centrinėje molekulinėje zonoje judančių dujų debesų evoliucija labai priklauso nuo debesų judėjimo orbitoje. Skriejantys debesys yra ištempiami ir suspaudžiami, juos veikia daug stipresnė gravitacija, nei Galaktikos diske, taip pat didesnis medžiagos tankis ir slėgis. Spaudimas ir tempimas pakeičia žvaigždėdaros savybes: kai kurie debesys gali būti labai tankūs, bet neformuoti žvaigždžių, kiti formuoja labai greitai besisukančias ir išsilakstančias grupeles ir taip toliau. Medžiagos kritimas į Galaktikos centrą periodiškai sukelia žvaigždėdaros žybsnius – jie arba jų pėdsakai matomi daugelyje galaktikų. Šis tyrimas padės geriau suprasti ir galaktikų centrus, ir žvaigždėdaros evoliuciją nuo seniausių laikų iki dabar. Tyrimo rezultatai arXiv.

***


Aktyvios galaktikos Gulbės A centrinis regionas. Šaltinis: Carilli et al., NRAO/AUI/NSF

Aktyvūs galaktikų branduoliai yra supermasyvios juodosios skylės, supamos dujų struktūrų. Viena iš struktūrų yra toras – tarsi riestainis, dengiantis juodąją skylę nuo žvilgsnių „iš šono“. Kol kas tokius objektus tyrinėjame tik netiesiogiai, interpretuodami erdviškai neišskirtus stebėjimų duomenis remdamiesi toro modeliu. O dabar pirmą kartą toras nufotografuotas tiesiogiai. Nuotraukoje matome radijo bangų interferometrinę nuotrauką, kurioje vaizduojama centrinė aktyvios galaktikos Gulbės A dalis. Nuo centrinio šaltinio driekiasi dvi čiurkšlės, o statmenai joms matoma aiški elipsinė struktūra – toras. Šis toras yra labai didelis – jo skersmuo viršija 250 parsekų; tai palengvino aptikimą. Kai kurių galaktikų torai gali būti vos vieno parseko skersmens ar mažesni – juos išskirti erdviškai prireiks naujos kartos teleskopų.

***

Gama žybsnių fotosferos. Gama spindulių žybsniai yra ryškiausi sprogimai Visatoje. Jie kyla masyvių greitai besisukančių žvaigždžių gyvenimo pabaigoje, kai supernovos metu susidaro medžiagos čiurkšlė, labai dideliu greičiu išsiveržianti iš besiplečiančių žvaigždės išorinių sluoksnių. Jau kurį laiką žinoma glaudi koreliacija tarp didžiausio žybsnio pasiekiamo šviesio ir didžiausios jo fotonų energijos. Dabar pristatytas labai detalus skaitmeninis modelis, atskleidžiantis sąryšio kilmę. Modelyje sekamas medžiagos judėjimas žybsnio metu ir fotonų sklidimas medžiagoje bei stebėtojo link. Nustatyta, kad pagrindinė spinduliuotės dalis stebėtoją pasiekia iš čiurkšlės išorinio sluoksnio – fotosferos. Nuo krypties, kuria sklinda čiurkšlė stebėtojo atžvilgiu, priklauso ir maksimalus šviesis, ir maksimali fotonų energija – iš čia ir kyla sąryšis. Paaiškinus stebimą sąryšį, jį galima bus panaudoti nustatant atstumus iki gama spindulių žybsnių, o tai leis juos išnaudoti Visatos plėtimosi spartos matavimams. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Tamsioji medžiaga nėra juodosios skylės. Tamsioji medžiaga, arba materija, sudaro daugiau nei 80% Visatos materijos, tuo tarpu regimoji – tik apie šeštadalį. Šiuo metu labiausiai pripažinta teorija teigia, kad tamsiąją materiją sudaro elementariosios dalelės, tačiau yra ir kitokių hipotezių. Pagal vieną jų, tamsioji materija yra pirmykštės juodosios skylės, susiformavusios labai greitai po Didžiojo sprogimo. Šią hipotezę galima patikrinti, nes juodųjų skylių gravitacija turėtų turėti pastebimą poveikį įvairiems stebimiems astrofizikiniams objektams ir reiškiniams. Pavyzdžiui, masyvesnes už Saulę juodąsias skyles aptiktume pagal kosminės foninės mikrobangės spinduliuotės iškreipimą, o mažesnės už asteroidus masės juodosios skylės jau būtų išgaravusios dėl Hawkingo spinduliuotės. Dabar paskelbtas straipsnis, kuriame ieškoma pirmykščių juodųjų skylių, kurių masė siekia nuo Mėnulio iki Neptūno masės. Paieškos darytos stebint daugybę žvaigždžių Andromedos galaktikoje ir ieškant gravitacinio mikrolęšiavimo įvykių, nutinkančių juodajai skylei pralekiant prieš žvaigždę. Jei tamsioji materija sudaryta iš tokių juodųjų skylių, jų labai daug turėtų būti Paukščių Tako hale, ir mikrolęšiavimo įvykių turėtų būti aptikta šimtai. Visgi per septynias valandas trukusius stebėjimus aptiktas vos vienas galimas mikrolęšiavimo įvykis. Tai leido įvertinti, kad tiriamo masių ruožo juodosios skylės nesudaro daugiau nei vieno procento tamsiosios materijos masės. Apjungus šiuos ir kitus ankstesnių tyrimų rezultatus, galime teigti, kad pirmykštės juodosios skylės nėra pagrindinė tamsiosios materijos sudedamoji dalis, nebent jų masė patenka į labai siaurą intervalą maždaug ties viena šimtatūkstantąja Mėnulio masės dalimi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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 *