Kąsnelis Visatos CCCXCVIII: Magnetizmas

Žemės magnetinis laukas nuolat kinta, dažniausiai lėtai, bet kartais tiesiog apsiversdamas aukštyn kojomis. Nauja analizė rodo, kad kažkas panašaus kadaise nutiko ir Merkurijuje, taigi galimai yra visuotinis reiškinys uolinėse planetose. Saturno magnetinis laukas iš dalies kontroliuoja planetos sukimąsi. Neutroninių žvaigždžių magnetiniai laukai sutelkia jų spinduliuotę į siaurus kūgius, paversdami jas pulsarais, ir neleidžia išorinei medžiagai kristi į žvaigždę – nebent kuriam laikui nusilpsta, o tada įvyksta rentgeno žybsnis, matomas net ir tolimoje galaktikoje. Kitose naujienos – planetų slėgis ir medžiagos kritimas į kvazarus, Indijos bandymas nusileisti Mėnulyje bei dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Indijos bandymas pasiekti Mėnulį. Kol kas tik trims valstybėms – JAV, Sovietų sąjungai ir Kinijai – pavyko sėkmingai nutūpdyti zondus Mėnulio paviršiuje. Šį savaitgalį prie jų galėjo prisijungti ir Indija, bet Vikram nusileidimo modulio nutūpimas nebuvo sėkmingas. Liepą į kosmosą išskridusi Chandrayaan-2 misija, susidedanti iš orbitinio zondo ir nutūpimo modulio, dar rugpjūčio viduryje pasiekė orbitą aplink Mėnulį. Rugsėjo 2 dieną nutūpimo modulis atsiskyrė nuo orbitinio zondo ir pradėjo leistis. Paskutinė misijos dalis buvo visiškai autonominis nutūpimas, trukęs apie 15 minučių. Jo metu, moduliui esant 2 kilometrų aukštyje virš Mėnulio pietų ašigalio, nutrūko ryšys tarp jo ir misijos valdymo centro. Tuo metu modulio greitis dar siekė 58 metrus per sekundę – gerokai daugiau, nei reikėtų minkštam nusileidimui. Po maždaug paros nuo ryšio nutrūkimo, modulis aptiktas orbitinėse nuotraukose. Pirmu vertinimu, jis nukrito ir sudužo, tačiau Indijos kosmoso agentūra dar bando užmegzti su juo ryšį. Kaip bebūtų, Chandrayaan-2 zondas, kurio misija truks bent metus, aplink Mėnulį skraido sėkmingai ir padės tyrinėti palydovą.

***

Susidūrimai pakeičia slėgį planetose. Mėnulis greičiausiai susiformavo, kai į jauną Žemę trenkėsi maždaug Marso dydžio kūnas. Saulės sistemos jaunystėje panašių susidūrimų buvo ir daugiau, taip pat jie turėtų būti įprasti ir kitose besiformuojančiose planetų sistemose. Dabar nauju skaitmeniniu modeliu parodyta, kad po tokio smūgio kuriam laikui gerokai sumažėja slėgis planetos gelmėse. Taip nutinka dėl dviejų priežasčių: po smūgio planeta ima suktis daug greičiau, be to, ji įkaista ir dažnai netgi išsilydo iki pat gelmių. Per kelis milijonus metų, planetai vėstant ir lėtėjant sukimuisi, slėgis vėl išauga ir tampa aukštesnis, nei buvo prieš smūgį, nes planetos masė smūgio metu išauga. Šis atradimas gali paaiškinti Žemės mantijos cheminę sudėtį bei pagerinti supratimą apie kitų planetų evoliuciją. Žemės mantija formavosi palaipsniui, į planetą krentant įvairiems asteroidams. Sunkiausi cheminiai elementai – dauguma metalų – nuskendo branduolyje, kartu nusinešdami ir šiek tiek lengvesniųjų. Konkretūs lengvų ir sunkių elementų, nusėdusių branduolyje, santykiai priklauso nuo slėgio ties branduolio ir mantijos riba. Ankstesnių tyrimų duomenys rodė, kad tas slėgis buvo gerokai žemesnis, nei yra dabar, palyginamas su slėgiu ties mantijos viduriu. Dėl susidūrimų sumažėjęs Žemės gelmių slėgis paaiškintų tokį neatitikimą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Merkurijaus magnetizmas senovėje. Merkurijus yra viena iš nedaugelio planetų Saulės sistemoje, turinti globalų magnetinį lauką. Šiuo metu magnetiniai ašigaliai sutampa su planetos sukimosi ašimi, bet taip nebūtinai buvo praeityje. Pavyzdžiui, Žemės magnetiniai ašigaliai juda po kelis-keliasdešimt kilometrų per metus, o per visą planetos gyvenimą bent šimtą kartų buvo apsikeitę vietomis. Norėdami išsiaiškinti, ar kas nors panašaus galėjo vykti Merkurijuje, mokslininkai ištyrė paviršinio magnetinio lauko informaciją, surinktą zondo MESSENGER. 2015 metais, baigdamas savo misiją, zondas tris mėnesius skraidė labai arti planetos paviršiaus ir nustatė magnetinio lauko krypties pokyčius. Pokyčius nulemia paviršiaus uolienų įmagnetėjimas, kurio kryptis nustatoma uolienoms stingstant. Kai kurių kraterių dugno uolienos yra datuojamos 3,8-4,1 milijardo metų praeitimi, taigi jų magnetinio lauko kryptis turėtų atitikti tuometinio planetos magnetinio lauko kryptį. Ištyrę penkių kraterių magnetizmą, mokslininkai nustatė, kad tuo metu šiaurinis planetos magnetinis polius buvo kažkur dabartiniame pietų pusrutulyje, bet ne ties pietų ašigaliu. Gali būti, jog visų kraterių susiformavimo metu polius buvo ten pat, nors jo tiksli padėtis galėjo ir keistis. Tai yra pirmasis įrodymas, jog kitos planetos, nei Žemė, magnetinio lauko kryptis kinta laikui bėgant. Šiuo metu Merkurijaus link skrenda bendra Europos ir Japonijos misija BepiColombo, kuri nuo 2025 metų tyrinės šią planetą. Jos duomenys galbūt padės geriau suprasti, kaip kito magnetinis laukas, tačiau tikrai detaliems tyrimams reikėtų atsigabenti uolienų mėginių į Žemę, o tai kol kas nėra numatoma. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Truputį plačiau su Žemės magnetiniu lauku ir jo kitimu laikui bėgant galite susipažinti pažiūrėję savaitės filmuką iš PBS Space Time:

***

Anglies dvideginio sugertis Marse. Marso atmosfera yra labai reta ir sudaryta daugiausiai iš anglies dvideginio. Tolimoje praeityje buvo kitaip – ji tikrai buvo žymiai tankesnė, greičiausiai turėjo daug daugiau azoto ir galbūt net deguonies. Bet tiksliai nustatyti atmosferos tankį praeityje yra labai sudėtinga. Vienas iš patikimiausių būdų yra apskaičiuoti įvairių atomų izotopų santykius šiandieninėje atmosferoje. Izotopai yra atomų atmainos, besiskiriančios neutronų skaičiumi branduolyje, o kartu ir branduolio mase. Sunkesni izotopai sunkiau pabėga iš planetos, todėl nykstant atmosferai, sunkiųjų izotopų dalis išauga. Jei laikome, kad jaunystėje Marso atmosferoje izotopų santykiai buvo tokie patys, kaip Žemėje, žinodami šiandieninius santykius galime apskaičiuoti, kiek atmosferos galėjo pabėgti. Bet įvairių misijų gauti deguonies izotopų santykių duomenys gana reikšmingai skiriasi, taigi kol kas neturėjome aiškaus atsakymo, kiek deguonies Marsas neteko per milijardus metų. Dabar paskelbti nauji stebėjimų duomenys, rodantys, kad deguonies izotopų santykis atmosferoje priklauso nuo temperatūros ir kinta netgi vienos dienos metu. Stebėjimais, atliktais Havajuose esančiu NASA Infraraudonųjų spindulių teleskopu, nustatyta, kad vietinį vidurdienį Marso atmosferoje sunkiojo ir įprasto deguonies izotopų santykis yra devyniais procentais mažesnis, nei Žemėje, o po pusantros valandos – jau septyniais procentais didesnis, nei Žemėje. Per šį laikotarpį vietinė paviršiaus temperatūra pakyla maždaug devyniais laipsniais – nedaug, bet užtektinai, kad nuo paviršiaus išgaruotų anglies dvideginio ledas. Būtent anglies dvideginio molekulių atmainos, turinčios skirtingų deguonies izotopų, ir stebėtos tyrimo metu. Panašu, kad paviršiui atšalus, ant jo pirmiau nusėda sunkesnės anglies dvideginio molekulės, todėl pasikeičia jų atmainų santykis atmosferoje. Šis atradimas gali paaiškinti kitų misijų rezultatų neatitikimus; deja, ankstesnių matavimų metu nebuvo įvertinta paviršiaus temperatūra. Žinodami šią priklausomybę, galėsime geriau nustatyti, kiek iš tiesų sunkesnio deguonies yra likę Marse ir kiek jo iš viso galėjo pabėgti iš planetos. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Meteoritai tirpdo Marso ledą. Žemėje yra keletas meteoritų, atskridusių iš Marso. Keliuose iš jų randama mineralų ir deformacijų, bylojančių apie skysto vandens poveikį. Bent dviejuose meteorituose šis poveikis datuojamas 630 milijonų metų praeitimi – gerokai vėlesniais laikais, nei Marse buvo daug paviršinio vandens. Davar nauja analizė atskleidė, kad vanduo atsirado į Marsą pataikius dideliam meteoritui, kurio smūgis ištirpdė ledą po planetos paviršiumi. Meteoritų struktūros analizė parodė, kad jie vienu metu buvo ir veikiami vandens, ir stipriai suspausti bei ištempti, kaip galėjo įvykti smūgio metu formuojantis krateriui. Pačių meteoritus sudarančių vulkaninių uolienų amžius tra 1,3 – 1,4 milijardo metų, o į kosmosą juos išmetė kitas smūgis prieš 11 milijonų metų. Šis scenarijus stipriai apriboja galimą meteoritų kilmės vietą Marso paviršiuje – tai turi buti 1,4 mlrd. metų amžiaus paviršiaus regionas su dviem krateriais – 630 ir 11 milijonų metų amžiaus – toje pačioje vietoje. Nustačius, kur tiksliai Marse susiformavo šie meteoritai, nukritę į Žemę XX a. pradžioje, galesime daug geriau susieti jų savybes su Marso evoliucija. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Saturno sukimosi variacijos. Kiek laiko reikia Saturnui vieną kartą apsisukti aplink savo ašį? Klausimas atrodo paprastas, bet atsakymas – visai neaiškus. Pirmą kartą Saturno sukimąsi išmatavo pro šalį skridęs Voyager. Jis nustatė, kad planetos magnetinis laukas reguliariai kinta 10 valandų 40 minučių periodu. Daugiau nei 20 metų šis intervalas buvo laikomas planetos sukimosi periodu, tačiau Cassini zondas išmatavo dešimčia minučių ilgesnį periodą. Maža to, per 13 metų, kuriuos Cassini praleido Saturno sistemoje, sukimosi periodas nuolatos kito, ir netgi buvo nevienodas matuojant šiaurės ir pietų pusrutuliuose. Dabar pasiūlytas galimas paaiškinimas. Saturno magnetosfera formuojasi giliai po planetos debesų sluoksniu, o magnetinis laukas iškyla aukštai virš jų. Elektringos dalelės, judėdamos palei magnetinio lauko linijas, nutolsta labai toli nuo planetos ir todėl sulėtėja, panašiai kaip besisukantis šokėjas ant ledo, ištiesęs rankas į šonus. Lėčiau judančios dalelės stabdo viršutinius atmosferos sluoksnius. Tame pusrutulyje, kuriame konkrečiu metu yra vasara, elektringų dalelių yra daugiau, nes jį veikia stipresnė Saulės ultravioletinė spinduliuotė. Todėl vasariniame pusrutulyje atmosfera sulėtėja labiau, nei žieminiame. Būtent tokius skirtumus matė Cassini. Panašus modelis galioja ir Jupiteriui; gali būti, kad tokie sukimosi spartos netolygumai yra bendra visų dujinių planetų savybė. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Space Physics.

***

Žvaigždės gemalo sukimasis. Žvaigždės formuojasi fragmentuojant šaltų dujų debesims. Kiekvienas debesies fragmentas, virstantis viena žvaigžde, traukiasi, jo centre formuojasi tankus protožvaigždinis objektas, o pakraščiai po truputį sukrenta į protoplanetinį diską. Disko masė ir dydis labai priklauso nuo fragmento sukimosi greičio ir pobūdžio: jei fragmentas sukasi kaip vientisas kietas kūnas, diskas gautųsi didesnis, jei kaip sūkuriuojantis debesis – mažesnis. Dabar pirmą kartą nustatyta trijų fragmentų sukimosi spartos priklausomybė nuo atstumo iki centro. Paaiškėjo, kad jų sukimosi pobūdis yra tarpinis tarp dviejų kraštutinių atvejų. Tai reiškia, kad protožvaigždės magnetinis laukas, surišantis visą fragmentą, yra svarbus netgi tokioje ankstyvoje evoliucijos stadijoje, tačiau taip pat reikšmingas ir sūkuriavimas, paveldėtas iš byrančio debesies. Fragmentų dydžiai siekia apie 10 tūkstančių astronominių vienetų (1 AU yra vidutinis atstumas nuo Saulės iki Žemės, apie 150 milijonų kilometrų), bet jie galiausiai turėtų suformuoti vos 60 AU spindulio protoplanetinius diskus. Turint omeny, kad visi trys ištirti fragmentai sukasi labai panašiai, tyrėjai teigia, kad 60 AU gali būti viršutinė disko spindulio riba susiformavimo metu. Laikui bėgant diskas gali užaugti daug didesnis, jei į jį krenta daugiau medžiagos, bet planetos ima formuotis būtent tokiame palyginus nedideliame regione aplink žvaigždę. Šis atradimas padės pagerinti žvaigždžių ir planetų formavimosi modelius ir apskritai suprasti šio proceso detales. Tyrimo rezultatai arXiv.

***


Vilko urvas – dulkėtas regionas Cefėjo žvaigždyne. Šaltinis: Charlie Bracken, Mladen Dugec, Max Whitby

Savaitės paveiksliuko centre matome melsvą dėmelę, sutampančią su ilgo vingiuoto tamsaus ruožo galu. Tai yra atspindžio ūkas, neturintis pavadinimo, tik katalogo numerius VdB 152 arba Ced 201. Jį apšviečia kairiau matoma mėlyna žvaigždė. Galima būtų pagalvoti, kad ši žvaigždė susiformavo kažkur netoliese, tame pačiam dulkių ir dujų telkinyje, vadinamame Vilko urvu; bet taip nėra – žvaigždės greitis gerokai skiriasi nuo telkinio, taigi ji tik lekia pro šalį. Dar vienas panašus, tik neapšviestas, ūkas matomas nuotraukos viršuje dešinėje, o beveik visą nuotrauką įstrižai kerta rausva supernovos liekanos linija.

***

Pulsaro reliatyvistinė precesija. Pulsarai yra labai greitai besisukančios neutroninės žvaigždės, kurios šviečia tarsi švyturiai išilgai magnetinio lauko ašies. Ši ašis nesutampa su sukimosi ašimi, todėl pulsaro šviesa tarsi švyturio signalas reguliariai šviečia vis kita kryptimi. Stebint iš Žemės, jie matomi kaip pasikartojantys – kartais šimtus kartų per sekundę – spinduliuotės šaltiniai. Jei pulsaras yra dvinarėje sistemoje, jo sukimosi ašis po truputį kinta – precesuoja dėl sąveikos su kompanione. Dabar pristatyti labai detalūs pulsaro signalo pokyčio, atsirandančio dėl precesijos, tyrimo rezultatai. Pulsaras PSR J1906+0746 šešerius metus reguliariai stebėtas radijo bangų teleskopu, prie šių duomenų pridėti archyviniai stebėjimai ir iš viso gautas duomenų rinkinys, apimantis trylika metų. Pastebėta, kad periodo pradžioje buvo matomi abu pulsaro magnetiniai poliai – kas pusę sukimosi periodo jis į mus atsukdavo tai šiaurinį, tai pietinį polius. Laikui bėgant, šiaurinis polius nusisuko nuo mūsų, bet pietinis vis dar yra matomas. Pritaikę teorinį modelį, susiejantį radijo bangų poliarizaciją (svyravimų vienoda kryptimi dalį) su precesija, mokslininkai nustatė, kad stebėjimų duomenys idealiai atitinka modelio prognozę ir apskaičiavo, kad po devynerių metų nustosime matyti ir pietinį pulsaro polių. Vėliau, tarp 2070 ir 2090 metų, pulsaras vėl turėtų įsižiebti. Šie rezultatai eilinį kartą patvirtina bendrosios reliatyvumo teorijos, šiuo atveju aprašančios pulsarų precesiją, prognozes. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Trumpas rentgeno žybsnis. Galaktikoje NGC 6946, dar žinomoje kaip Fejerverkų galaktika dėl sparčiai besiformuojančių žvaigždžių, aptiktas labai trumpai žybtelėjęs stiprus rentgeno spindulių šaltinis. Jis pastebėtas nuotraukose, darytose tyrinėjant neseniai tos galaktikos pakraštyje sprogusią supernovą. Objektas klasifikuojamas kaip ultra-šviesus rentgeno spindulių šaltinis (ULX) – tai įprastai yra dvinarė sistema, kurioje juodoji skylė arba neutroninė žvaigždė ryja medžiagą. Tačiau ULX turėtų šviesti daug ilgiau, nei kelias savaites. Būtent tiek švietė naujasis ULX-4: jo nematyti Swift teleskopu darytoje pirmoje galaktikos nuotraukoje ir po dvidešimties dienų padarytoje Chandra teleskopo nuotraukoje, bet matyti į tarpą tarp šių stebėjimų darytose Swift ir XMM-Newton nuotraukose. Iš šių dviejų nuotraukų nustatyta, kad ULX-4 spinduliavo beveik tiek pat mažos ir didelės energijos rentgeno spindulių – tai irgi labai retas reiškinys, nes įprastai ULX skleidžia daugiausiai mažos energijos rentgeno spindulius. Tyrėjai pasiūlė du galimus paaiškinimus ULX-4 savybėms. Pirmoji hipotezė – tai yra juodoji skylė, prie kurios labai arti praskrido žvaigždė; juodosios skylės gravitacija pagavo dalį žvaigždės medžiagos ir sužibo labai trumpam. Antroji hipotezė – tai tikrai yra dvinarė sistema, tačiau jos kompaktiškas objektas yra neutroninė žvaigždė, turinti labai stiprų magnetinį lauką ir labai sparčiai besisukanti. Tokiu atveju į ją krentanti kompanionės medžiaga yra numetama lauk ir spinduliuoja neryškiai. Tačiau kartais magnetinis laukas gali trumpam susilpnėti; tada medžiaga staiga pradeda pasiekti neutroninę žvaigždę ir įvyksta rentgeno žybsnis. Magnetinis laukas atsistato per kelias dienas ar savaites ir žybsnis užgęsta. Trumpalaikiai ULX yra retas reiškinys, taigi kiekvienas toks atradimas padeda geriau suprasti, kaip elgiasi medžiaga prie ekstremalių objektų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Medžiagos kritimas į kvazarus. Kvazarai yra ryškiausi spinduliuotės šaltiniai Visatoje. Jų energijos šaltinis – dujos, sparčiai krentančios į supermasyvią juodąją skylę. Krisdamos jos įkaista ir ima spinduliuoti vis ryškiau. Juodąją skylę kvazare, kaip ir kituose aktyviuose galaktikų branduoliuose, supa akrecinis diskas, kuriame dujos sukasi beveik apskritimais, tik po truputį judėdamos centro link. Akrecinis diskas greičiausiai papildomas medžiagos srautais, krentančiais iš didesnių atstumų, tačiau iki šiol tokie srautai aptikti tik gerokai didesniais, keleto parsekų, atstumais nuo juodosios skylės. Akrecinio disko spindulys retai siekia vieną šimtąją parseko, taigi nebuvo aišku, ar ir kaip medžiaga krenta paskutinį parseką link juodosios skylės. Dabar pristatyti nauji stebėjimų duomenys, pirmą kartą atskleidžiantys srautų egzistavimą ir šiais masteliais. Išmatavę grupės kvazarų spektrus, tyrėjai aptiko spektro linijas, rodančias medžiagą, krentančią juodosios skylės link 5000 kilometrų per sekundę greičiu. Tai yra daug didesnis greitis, nei įprastai juda medžiaga galaktikose, o jį sukelti gali tik stiprus gravitacinis laukas prie pat juodosios skylės. Greičio bei medžiagos jonizacijos lygio matavimai ir modeliavimas parodė, kad medžiaga greičiausiai yra maždaug 500 kartų toliau nuo juodosios skylės, nei jos įvykių horizonto spindulys – net ir didžiausioms juodosioms skylėms toks atstumas yra gerokai mažesnis, nei vienas parsekas, taigi labai tikėtina, kad stebimi srautai jungia akrecinį diską su didesnio masto medžiagos rezervuarais. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

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 *