Astronominiai objektai, palyginus su kasdiene mūsų aplinka, dažniausiai yra ypatingai dideli. Dažnai netgi neįsivaizduojamai dideli. Bet jie toli gražu ne visi vienodi, o reikšmingi gali būti ir dideli, ir maži. Praėjusios savaitės naujienose net kelete kalbama apie išskirtinai mažus dalykus. Čia ir mažiausia Saulės sistemos nykštukinė planeta, ir mažiausia kada nors aptikta juodoji skylė, ir gana maža mikrolęšiavimo metodu aptikta egzoplaneta, ir labai kompaktiška galaktika su labai didele tėkme, ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Teleskopas tamsiosios energijos tyrimams. Geriausias šiandieninis kosmologijos – Visatos struktūros didžiausiais masteliais – modelis teigia, kad 68% Visatos sudaro tamsioji energija, spartinanti jos plėtimąsi. Deja, kol kas beveik nieko nežinome apie tamsiosios energijos prigimtį. Ar tai tikrai kažkokia energija, o galbūt tiesiog Visatos erdvės savybė? Negalėdami tiesiogiai jos stebėti, astronomai priversti tenkintis netiesioginiais jos poveikio matavimais. Vienas iš jų yra galaktikų išsidėstymo Visatoje, vadinamo barionų akustiniais svyravimais, kitimo laikui bėgant matavimas. Tam mums reikia kuo tiksliau nustatyti daugybės galaktikų padėtis bei atstumus iki jų. Atstumą tiksliai nustatyti sudėtinga, bet bent jau iš dalies tą padaryti padeda raudonasis poslinkis – dydis, nurodantis, kaip sparčiai galaktika nuo mūsų tolsta dėl Visatos plėtimosi. Praeitą savaitę JAV, Kitt Peak nacionalinėje observatorijoje, pradėjo veikti specialiai šiam tikslui skirtas instrumentas DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Jį sudaro net 5000 „akių“ – detektorių, kurių kiekvienas gali išmatuoti atskiros galaktikos spektrą. Spektras leidžia nustatyti galaktikos judėjimo greitį. Esant geroms stebėjimo sąlygoms, vienos galaktikos stebėjimui tereikia 20 minučių, taigi per vieną naktį įmanoma išmatuoti kelių dešimčių tūkstančių galaktikų judėjimą. Iš viso numatyta, kad DESI išmatuos daugiau nei 35 milijonus galaktikų bei 2,4 milijono kvazarų, apimančius trečdalį dangaus skliauto. Tai leis tyrinėti galaktikų pasiskirstymo pokyčius per pastaruosius 11 milijardų metų geriau, nei bet kada iki šiol. Šis laikotarpis apima ir laiką prieš maždaug keturis milijardus metų, kai Visatos plėtimasis ėmė greitėti. Taigi naujieji duomenys padės labai detaliai nustatyti, kaip keitėsi Visatos plėtimasis, ar jis buvo vienodas visomis kryptimis ir atsakyti į kitus svarbius klausimus.

***

Asteroidas Higėja – nykštukinė planeta? Saulės sistemos kūnai yra skirstomi į įvairias kategorijas. Aštuoni didžiausi yra planetos, mažesni – nykštukinės planetos, dar mažesni – asteroidai. Skirtumas tarp pastarųjų dviejų grupių remiasi kūno formą nulemiančiomis dominuojančiomis jėgomis. Kol objektas yra mažas, jo forma priklauso nuo cheminių ryšių, jungiančių uolienas – galima sakyti, kad tai yra tiesiog didelis akmuo. Pakankamai didelės masės objekto formą jau nulemia gravitacinė sąveika. Jis tampa daugmaž apvalus; formaliai tai vadinama hidrostatinės pusiausvyros forma – tokios formos būtų identiškų matmenų taip pat besisukantis vandens lašas. Iki šiol buvo manoma, kad Asteroidų žiede hidrostatinę pusiausvyrą pasiekusi yra tik Cerera – ji yra nykštukinė planeta. Bet nauji stebėjimų duomenys rodo, kad apvalus yra ir ketvirtas didžiausias Asteroidų žiedo kūnas Higėja. Naujieji duomenys gauti atlikus Higėjos stebėjimus su spektroskopu SPHERE, dažniausiai naudojamu egzoplanetų tyrimams, įtaisytų Labai dideliame teleskope Čilėje. Jų analizė parodė, kad Higėjos spindulys skirtingomis kryptimis skiriasi mažiau nei 10 kilometrų, o vidutiniškai yra apie 217 kilometrų. Taip pat, kiek pavyko nustatyti, paviršius atrodo visiškai lygus, be jokių didžiulių kraterių. Tai yra gana netikėta, nes į Higėją prieš maždaug du milijardus metų atsitrenkė kitas didelis, 75-150 km skersmens, kūnas, išmušęs didelę dalį kūno medžiagos; šios nuolaužos suformavo vieną didžiausių asteroidų šeimų, vis dar judančių panašiomis orbitomis. Kraterio nebuvimas taip pat rodo, kad Higėjos gravitacija kontroliuoja jos formą ir per milijardus metų spėjo jį išlyginti. Įdomu, kad du didesni asteroidai – Vesta ir Paladė – tikrai nėra sferiški, galimai dėl skirtingos vidinės struktūros. O štai Higėją greičiausiai galima pradėti vadinti nykštukine planeta – mažiausia Saulės sistemoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Debesys Jupiteryje gali atrodyti kaip plokščia paviršiaus detalė, bet iš tiesų jų juostos driekiasi tūkstančius kilometrų į gylį. Pavieniai debesys, panašu, yra iki 50 kilometrų aukščio. Kartais debesys iškyla aukščiau virš aplinkinių ir, apšviesti Saulės, nušvinta daug ryškiau. Būtent tą matome šioje nuotraukoje, pagamintoje iš Juno zondo atsiųstų duomenų.

***

Svarstoma misija į Plutoną. 2015 metais pro Plutoną praskridęs New Horizons visiškai pakeitė mūsų supratimą apie šią nykštukinę planetą. Sužinojome, kad ji turi atmosferą, įvairiausias paviršiaus struktūras, aktyvią geologiją (hadologiją?) ir galbūt net popaviršinį vandenyną. Bet kartu šie duomenys uždavė daugybę klausimų, į kuriuos atsakyti iš Žemės neįmanoma. Tam reikia naujos misijos, kuri ne tik praskristų pro Plutoną, bet tyrinėtų jį ir jo palydovus, skraidydama orbitoje. Dabar NASA skyrė finansavimą nepriklausomam tyrimų institutui SwRI (Southwest Research Institute), kad jo komanda pateiktų pasiūlymus būtent tokiai misijai. SwRI su NASA bendradarbiauja jau seniai, taip pat ir Plutono tyrimuose; naujojo tyrimo komandai vadovaus Alanas Sternas, pagrindinis New Horizons misijos mokslininkas. SwRI dar pernai publikavo galimybių studiją apie erdvėlaivį, kuris nuskristų iki Plutono, keletą metų skrajotų jo sistemoje, o vėliau netgi galėtų palikti šią sistemą ir skristi tyrinėti kitus Kuiperio žiedo objektus. Naujieji planai turėtų būti panašūs, tačiau juose reikės įvertinti ir misijos kainą bei trukmę, ir galimą naudą Saulės sistemos pažinimui. Šis projektas yra vienas iš dešimties, kurio pradinei studijai NASA skyrė finansavimą. Visų studijų rezultatai bus pristatyti kitąmet, kai NASA vykdys planetų mokslo dešimtmečio apžvalgą; tuomet turėtų paaiškėti, ar ši misija bus parinkta tolesniam vystymui.

***

Elipsiškų planetų orbitų paaiškinimas. Nors planetų masės yra daug mažesnės, nei žvaigždžių, per ilgą laiko tarpą planetų tarpusavio gravitacinė sąveika irgi gali pakeisti jų orbitas. Pavyzdžiui, kartais viena orbita gali būti ištempta į labai elipsinę. Atrodytų, kad toks efektas turėtų labiau pasireikšti mažos masės planetoms, kurias lengviau išjudinti, bet stebėjimai rodo priešingai – didžiausią elipsiškumą turi masyviausių planetų orbitos. Nauji skaitmeniniai modeliai paaiškina, kodėl taip yra. Pasirodo, planetų orbitų elipsiškumas auga kartu su pačiomis planetomis, jei jos formavimosi metu patiria daug smūgių. Kuo masyvesnis yra žvaigždę supantis protoplanetinis diskas, tuo masyvesnės jame formuojasi planetos ir tuo daugiau smūgių jos patiria. Modelis puikiai atkuria stebimą planetų orbitų elipsiškumų pasiskirstymą. Vienintelė skaitmeniniuose modeliuose padaryta prielaida, nelabai atitinkanti šiandieninį supratimą apie planetų formavimąsi, yra daugelio planetų-milžinių egzistavimas centrinėse planetinių sistemų dalyse; įprastai manoma, kad arti prie žvaigždės gali atmigruoti tik viena didelė planeta, pakeliui išsvaidydama kitas lauk. Bet ši prielaida nėra labai radikali – kol kas planetų formavimasis dar toli gražu nėra iki galo suprastas, tad modeliuose yra vietos ir tokiems scenarijams. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Mikrolęšiavimu aptikta maža planeta. Vienas iš būdų aptikti egzoplanetas yra mikrolęšiavimas – trumpas ir staigus tolimos žvaigždės regimojo šviesio išaugimas, tarp jos ir mūsų praskrendant planetai. Mikrolęšiavimas visada aptinkamas kartu su lęšiavimu – panašiu šviesio išaugimu dėl žvaigždės praskridimo. Planetos sukeliamas mikrolęšiavimas matomas kaip papildomas iškreipimas, tad jį aptikti gali būti sudėtinga. Kuo planeta masyvesnė ir kuo toliau yra nuo žvaigždės, tuo mikrolęšiavimo signalą aptikti lengviau. O dabar paskelbta apie Neptūno dydžio egzoplanetos, skriejančios tik vieno astronominio vieneto atstumu nuo žvaigždės, atradimą šiuo būdu. Planeta Kojima-1Lb aptikta dar 2017 metų lapkritį, bet tik dabar baigta visų mikrolęšiavimo duomenų analizė. Taip nustatyta, kad ji skrieja aplink maždaug 58% Saulės masės žvaigždę 500 parsekų atstumu nuo Saulės. Vieno astronominio vieneto – vidutinio atstumo tarp Saulės ir Žemės – nuotoliu prie tokių žvaigždžių vandens garai ima stingti į ledą, taigi ten jau gali formuotis masyvios ledinės ar dujinės milžinės. Neptūno masės – 20 kartų už Žemę masyvesnė – planeta, aptikta palyginus nesunkiai, gali byloti, jog tokių planetų yra labai daug. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomical Journal.

***

Magnetizmas aplink egzoplanetas. Atstumas nuo žvaigždės nulemia ne tik egzoplanetos paviršiaus temperatūrą, bet ir kosminius orus, kuriuos planetai tenka patirti. Pastaruoju metu vis daugiau dėmesio skiriama magnetinei egzoplanetų aplinkai ir žvaigždžių aktyvumo poveikiui planetų tinkamumui gyvybei. Dabar pristatytas išsamus ir detalus tyrimas, kaip egzoplanetos jaučiamas poveikis priklauso nuo žvaigždės aktyvumo. Skaitmeniniais modeliais išnagrinėta, kaip žvaigždės magnetinis laukas evoliucionuoja toldamas nuo žvaigždės paviršiaus bei apskaičiuota, kokiu atsumu nuo žvaigždės paviršiaus yra vadinamasis Alfveno paviršius, ties kuriuo magnetinis laukas atsiskiria nuo žvaigždės, o lauko linijomis judančios dalelės tampa žvaigždės vėju. Paaiškėjo, kad daugelis žinomų „įdomių“ egzoplanetų, esančių savo žvaigždžių gyvybinėse zonose, taip pat yra Alfveno paviršiaus ribojamo rutulio viduje; kitaip tariant, šios planetos yra tiesiogiai susijungusios su žvaigžde magnetiniais laukais. Toks ryšys labai sustiprina planetos atmosferos garinimą, taigi gerokai sumažina tikimybę, kad planetos tinkamos gyvybei. Viena planetų sistema, GJ 3323, turi dvi greičiausiai uolines planetas, iš kurių viena yra Alfveno paviršiaus viduje, o kita – išorėje; detalesnė šių planetų analizė galėtų parodyti, kaip skirtinga sąveika su žvaigždės magnetiniu lauku paveikia planetos evoliuciją. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Supernovos sprogimo proceso paaiškinimas. Baltosios nykštukės sprogimas, vadinama Ia tipo supernova, įvyksta, kai joje prasideda nevaldomos termobranduolinės reakcijos. Jos išdrasko žvaigždę į gabalus ir išspinduliuoja tiek energijos, kiek Saulė per visą savo gyvenimą. Pats sprogimo procesas kol kas yra labai neaiškus. Tai kelia problemų, nes Ia tipo supernovos naudojamos didelių kosminių atstumų matavimui, taigi bet kokie neaiškumai didina matavimų paklaidas. Dabar sukurtas modelis, paaiškinantis, kaip vyksta vienas iš svarbiausių sprogimo etapų – perėjimas iš deflagracijos į detonaciją. Deflagracija vadinamas degimas, kurio frontas plinta lėčiau už garsą, panašiai kaip mums įprastuose degimo procesuose, pavyzdžiui lauže. Detonacija yra viršgarsiniu greičiu plintantis degimo frontas, kaip bombos sprogime. Žemėje perėjimas iš deflagracijos į detonaciją dažniausiai įvyksta griežtai apribotoje erdvėje, kur degimas sukuria didžiulį slėgį, o šis pradeda stumti medžiagą vis greičiau ir galiausiai sukelia sprogimą. Žvaigždėje, savaime suprantama, ribojančių sienų nėra, tad ilgą laiką buvo neaišku, kodėl ir kaip įvyksta toks pokytis. Eksperimentai laboratorijoje rodė, kad žymiai mažesniais masteliais sprogimą sukelti gali degančių dujų turbulencija, bet buvo neaišku, ar šiuos rezultatus galima pritaikyti labai kitokiems baltosios nykštukės masteliams. Naujame tyrime parodyta, kad galima: esminis perėjimo kriterijus yra tas, kad turbulencijos sukuriamas efektyvus degimo fronto judėjimas turi viršyti tam tikrą kritinę ribą, kuriai esant sudegančios medžiagos degimo proceso pabaigoje pasiekia garso greitį. Jei sudegančios medžiagos įgreitėja iki viršgarsinio greičio, prasideda detonacija. Šis analitinis modelis vienodai gerai paaiškina ir laboratorinių eksperimentų, ir labai detalių skaitmeninių modelių rezultatus, ir puikiai atitinka Ia tipo supernovų sprogimų stebėjimų duomenis. Įdomu, kad perėjimo sąlyga nepriklauso nuo degimo pobūdžio: modelis vienodai gerai tinka ir cheminiams degimo procesams Žemėje, ir termobranduolinėms reakcijoms žvaigždėje. Taigi rezultatus bus galima pritaikyti ne tik astrofizikoje, bet ir gerinant kasyklų, cheminių medžiagų saugyklų, elektrinių ir panašių pastatų saugumą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Atrasta mažiausia juodoji skylė. Kai žvaigždė, masyvesnė nei aštuonios Saulės, baigia savo gyvenimą, įvyksta supernovos sprogimas. Jo metu žvaigždės centrinė dalis susitraukia į labai mažą objektą – neutroninę žvaigždę arba juodąją skylę, priklausomai nuo masės. Ilgą laiką buvo manoma, kad neutroninių žvaigždžių masės neviršija dviejų su trupučiu Saulės masių, o juodosios skylės prasideda nuo maždaug keturių Saulės masių; į tarpą tarp šių ribų buvo nesitikima aptikti tokių kompaktiškų objektų. Bet pastaruoju metu atrastos kelios vis masyvesnės neutroninės žvaigždės, labai priartėjančios prie teorinės 2,5 Saulės masių ribos, o dabar paskelbta apie mažiausios, vos 3,3 karto masyvesnės už Saulę, juodosios skylės atradimą. Atradimas padarytas išanalizavus daugiau nei 100 tūkstančių žvaigždžių spektrus ir atrinkus tas, kurių spektras periodiškai kinta į raudonąją ir mėlynąją puses. Toks elgesys nurodo, kad žvaigždė sukasi aplink bendrą masės centrą su kitu objektu. Taip dažnai ieškoma egzoplanetų, bet šįkart metodas pritaikytas juodųjų skylių paieškoms. Vienos žvaigždės, raudonosios milžinės, judėjimas atitinka sukimąsi su kompanione, kurios masė bent 2,6, o greičiausiai 3,3, karto viršija Saulės. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip miršta žvaigždės ir formuojasi šie kompaktiški objektai. Dar įdomu tai, kad anksčiau juodosios skylės dvinarėse sistemose buvo aptinkamos tik pagal rentgeno spinduliuotę, kurią skleidžia nuo žvaigždės-kompanionės atplėštos dujos. Naujai atrastos juodosios skylės aplinkoje dujų nėra ir rentgeno spinduliuotė nesklinda. Taigi naujasis metodas gali pasitarnauti aptinkant daug daugiau juodųjų skylių panašiose nesąveikaujančiose dvinarėse sistemose. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Prieš beveik šešerius metus darbą pradėjo didžiausia Europos kosmoso agentūros kosminė misija – teleskopas Gaia. Ji matuoja daugiau nei milijardo žvaigždžių padėtis ir judėjimą, taip kone visiškai apversdama mūsų supratimą apie Paukščių Tako ir apskritai galaktikų evoliuciją. Savaitės filmuke galite šiek tiek daugiau sužinoti apie pagrindinius Gaia pasiekimus:

***

Didžiulė tėkmė kompaktiškoje galaktikoje. Didžioji dalis dujų Visatoje yra ne galaktikose, bet tarp jų. Tarpgalaktinė ir aplinkgalaktinė medžiaga dažniausiai yra labai karšta ir reta, todėl joje nesiformuoja žvaigždės ir ją sunku aptikti. Visgi cheminė šių dujų sudėtis byloja, kad jos yra reikšmingai praturtinamos žvaigždėse sukurtais elementais. Teoriniai modeliai jau seniai prognozuoja, kad aplinkgalaktinę terpę praturtina galaktinės tėkmės, kuriamos žvaigždžių ir aktyvių galaktikų branduolių. Deja, stebėti šį procesą realybėje sudėtinga, nes stiprios tėkmės turėtų egzistuoti tik nežymią galaktikos gyvavimo dalį, tad sudėtinga užfiksuoti galaktiką būtent šio proceso metu. Visgi dabar tai padaryta: aptikta galaktika, turinti 50 kiloparsekų spindulio tėkmę. Tai yra didžiausia (pagal erdvinį mastelį) kada nors aptikta galaktinė tėkmė. Ją greičiausiai kuria mažoje erdvėje galaktikos centrinėje dalyje besiformuojančios žvaigždės, nors kol kas negalima atmesti ir aktyvaus branduolio tėkmės scenarijaus. Įdomu, kad galaktika turi tris žvaigždžių populiacijas, iš kurių dvi – 400 milijonų ir septynių milijonų metų amžiaus – tikrai galėjo sukurti dvi stebimas tėkmės komponentes: atitinkamai 50 ir 10 kiloparsekų spindulio, 100 ir 1000 km/s greičio medžiagos srautus. Galaktika, tyrėjų pavadinta Makani, kas havajietiškai reiškia „vėjas“, neseniai susijungė su kita – šis įvykis galimai sukėlė ir 400 milijonų metų senumo, ir naujesnį žvaigždėdaros žybsnį. Įdomu, kad nepaisant netvarkingos galaktikos išvaizdos ir neabejotinų supurtymų jungimosi metu, tėkmės geometrija išlieka gana aiški. Gautieji rezultatai puikiai atitinka teorinių modelių prognozę, taigi galime manyti, kad šie modeliai yra gana artimi realybei. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Šiuolaikiškai atrodantis senovinis debesis. Toli Visatoje aptiktas dujų debesis, chemine sudėtimi netikėtai panašus į randamus šiandieninėje Visatoje. Debesies šviesa iki mūsų keliauja apie 13 milijardų metų, t. y. matome jį tokį, koks jis buvo Visatai esant 850 milijonų metų amžiaus. Tuo metu žvaigždžių ir galaktikų formavimasis tik spartėjo, o debesį sudarančių dujų cheminė sudėtis turėtų atspindėti tuo metu jau mirusių žvaigždžių į aplinką išmestus cheminius elementus. Debesies cheminę sudėtį ištirti pavyko todėl, kad tiesiai už jo matomas kvazaras – labai ryškus galaktikos branduolys, kurio spinduliuotę skleidžia į juodąją skylę krentančios dujos. Kvazaro spinduliuotė, eidama pro debesį, yra sugeriama, ir jos spektre atsiranda linijos, atitinkančios debesyje esančių cheminių elementų spektro linijas. Tirdami spektrą, astronomai nustatė ir atstumą iki debesies, ir įvairių cheminių elementų gausą jame. Iš viso cheminių elementų debesyje yra apie 800 kartų mažiau, nei Saulėje – to ir galėtume tikėtis, nes per mažiau nei milijardą metų Visata toli gražu nebuvo praturtinta cheminiais elementais tiek, kiek per devynis milijardus metų iki Saulės susiformavimo. Bet anglies, deguonies, geležies ir magnio gausų tarpusavio santykiai debesyje yra beveik tokie patys, kaip ir šiandieninėje Visatoje. Įprasti cheminės evoliucijos modeliai teigia kitaip: pirmosios žvaigždės Visatoje, vadinamos III populiacija, turėjo aplinkines dujas santykinai daugiau praturtinti anglimi ir deguonimi, nei sunkesniais elementais, tokiais kaip geležis. Debesies cheminė sudėtis leidžia spręsti, kad jį praturtino ne tik III populiacijos, bet ir vėlesnės II populiacijos žvaigždės. Savo ruožtu tai reiškia, kad II populiacijos žvaigždės Visatoje turėjo atsirasti gana anksti – praėjus mažiau nei 850 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Apskritai pirmosios žvaigždės susiformavo Visatai esant maždaug 180 milijonų metų amžiaus, taigi laikotarpis pasikeisti vienai jų populiacijai lieka ne toks ir didelis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse