Visatoje pilna ekstremalių reiškinių, toli gražu pralenkiančių bet kokius Žemėje sutinkamus parametrų intervalus. Temperatūra – vienas iš jų: nuo beveik absoliutaus nulio iki milijardų kelvinų. Šiame Kąsnelyje irgi rasite keletą tokių naujienų: apie tarpžvaigždinę kometą, kuri formavosi labai šaltoje aplinkoje, apie egzomėnulių ir egzoplanetų temperatūrų apskaičiavimus, apie labai aukštas temperatūras prie novos bei supernovoje. Kitose naujienose – į halą išmetamose dujose besiformuojančios žvaigždės, asteroidų-atklydėlių populiacija Saulės sistemoje ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

Kas yra vakuumas? Tuštuma, nieko nebuvimas. Dažnai sakome, jog vakuumas yra kosmose, bet iš tiesų kosmose yra labai daug visokių dalelių. Plačiau apie tai pasakoja Dr Becky:

***

Asteroidų-atklydėlių populiacija. 2017 metų pabaigoje aptiktas pirmasis tarpžvaigždinis objektas ‘Oumuamua Saulės sistemoje ilgai neužsibuvo. Tačiau po metų atrastas asteroidas, skriejantis priešinga kryptimi aplink Saulę, nei planetos; jo orbitos analizė parodė, kad greičiausiai Saulė jį pasigavo jaunystėje iš kitos žvaigždės sistemos. Dabar pristatyti įrodymai apie dar 19 panašių atklydėlių. Visi šie asteroidai skrieja tarp Jupiterio ir Neptūno orbitų. Jų pačių orbitos gerokai skiriasi nuo planetų orbitų – yra pasvirusios dideliu kampu, kai kurios – netgi statmenos planetų judėjimo plokštumai. Naujajame tyrime atlikta orbitų evoliucijos analizė, ieškant tikėtinų asteroidų padėčių prieš 4,5 milijardo metų, kai planetos dar tik formavosi. Naudotas metodas yra statistinis, kitaip tariant, jis pateikia tik tikėtinas orbitas, bet negali atsekti konkretaus asteroido judėjimo. Visgi nustatyta, kad greičiausiai visi šie asteroidai Saulės sistemos jaunystėje irgi judėjo daugmaž statmenai planetų orbitoms, be to, buvo už Neptūno orbitos, kur dabar yra Kuiperio žiedas. Tuo metu ten negalėjo būti daug uolienų – priešingu atveju Neptūnas būtų numigravęs gerokai toliau nuo Saulės, nei yra dabar. Juo labiau ten negalėjo būti daug kūnų, judančių statmenomis orbitomis, nes Kuiperio žiedas yra plokščias. Taigi labiausiai tikėtina šių 19 asteroidų kilmė yra kita žvaigždės sistema, iš kurios Saulė juos prisitraukė. Greičiausiai tai įvyko sistemos jaunystėje, kai aplink buvo daugiau kartu besiformuojančių žvaigždžių ir sąveikos tarp jų buvo dažnesnės, nei vėliau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tarpžvaigždinė kometa formavosi šaltai. Pernai aptikta kometa 2I/Borisov atskrido į Saulės sistemą iš už jos ribų, greičiausiai kadaise išmesta iš kitos žvaigždės apylinkių. Kometos gali duoti daug žinių apie planetinės sistemos formavimosi sąlygas, mat jos dažnai atskrenda iš Saulės sistemos pakraščių, kur skrajojo nepakitusios visą sistemos gyvavimo laiką. Priartėjusios prie Saulės, kometos ima garuoti, o išmetamos dujos leidžia įvertinti jų formavimosi sąlygas ir kitas savybes. Naujame tyrime pristatomi 2I/Borisov stebėjimų duomenys. Kometai priartėjus prie Saulės, iš jos ėmė veržtis vandenilio cianidas ir anglies monoksidas. Vandenilio cianido dujų kiekis buvo panašus į randamą Saulės sistemos kometose, o štai anglies monoksido – net 9-26 kartus didesnis. Tai reiškia, kad ši kometa formavosi aplinkoje, kurioje buvo daug anglies monoksido ledo. Anglies monoksidas garuoja esant -250 Celsijaus laipsnių temperatūrai, tad 2I/Borisov formavimosi aplinkoje ji buvo žemesnė. Kitaip tariant, kometa susiformavo pačiame savo planetinės sistemos pakraštyje ir vėliau nepriartėjo prie žvaigždės, o galiausiai buvo išmesta į tarpžvaigždinę erdvę. Šis scenarijus visiškai priešingas kito tarpžvaigždinio objekto, 1I/’Oumuamua, tikėtinai kilmei – pastarasis greičiausiai susidarė, kai pernelyg priartėjusį didesnį objektą suardė žvaigždės gravitacija. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Arrokoth formavimosi modelis. 2019 metų pradžioje zondas New Horizons praskrido pro Kuiperio žiedo objektą 2014 MU69, dabar oficialiai pavadintą Arrokoth. Jis pasirodė esąs labai įdomus: susideda iš dviejų dalių, kurias jungia siauras kaklas. Tokie objektai, vadinami kontaktinėmis dvinarėmis, gali susiformuoti, jei du kūnai suartėja ir susiglaudžia labai lėtai. Bet tokiu atveju kūnas turėtų labai greitai suktis aplink savo ašį, tuo tarpu vienas Arrokotho apsisukimas užtrunka beveik 16 valandų. Maža to, jo plokštuma, taigi ir pradinių objektų tarpusavio orbitos plokštuma, yra beveik statmena orbitos aplink Saulę plokštumai. Dabar pasiūlytas naujas modelis, paaiškinantis šias savybes. Jame įskaičiuotas nevienodas Saulės gravitacijos poveikis abiem pradiniams kūnams. Nors skirtumas labai mažas, per ilgą laiką jo poveikis tampa reikšmingas: pradinė apskritiminė orbita tampa labai ištęsta elipsinė, kol galiausiai objektai susiduria, bet pakankamai lėtai, kad sukibtų į vieną ir nesubyrėtų. Efektas vienodai gerai veikia nepriklausomai nuo pradinės orbitos konfigūracijos, taigi gali pagaminti ir šonu pasisukusį kūną. Tiesa, pradinis orbitos spindulys turi būti gana didelis – maždaug 10-40% maksimalaus nuotolio, kuriuo būdami kūnai dar suktųsi vienas aplink kitą ir neišsilakstytų į šalis (palyginimui Mėnulis nuo Žemės nutolęs per 20% tokio atstumo, tačiau šis atstumas Kuiperio žiede daug didesnis, nei taip arti Saulės). Skaitmeniniai modeliai parodė, kad apie 15% dvinarių sistemų, kurių pradinis nuotolis patenka į šį intervalą, gali susijungti į tokius dvigubus kūnus, kaip Arrokothas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzomėnulių poledinių vandenynų savybės. Įprastai kalbant apie galimai tinkamas gyventi vietas už Saulės sistemos ribų, koncentruojamasi į uolines planetas gyvybinėje zonoje – tinkamu atstumu nuo žvaigždės, kad jų paviršiuje galėtų egzistuoti skystas vanduo. Tačiau net ir Saulės sistemoje toks atskyrimas nėra labai teisingas: didžioji dalis skysto vandens yra ne Žemėje, o polediniuose Europos, Encelado ir kitų palydovų vandenynuose. Naujame tyrime nagrinėjama, kokioms sąlygoms esant egzomėnuliuose galėtų egzistuoti vandenynai. Įvertinę iš žvaigždės bei planetos gaunamą spinduliuotės srautą, mėnulį šildančius potvyninius efektus, šilumos laidumą ledo plutoje ir dar kelis efektus, tyrėjai išvedė formulę, nurodančią minimalų popaviršinio vandenyno storį priklausomai nuo mėnulio dydžio, orbitos aplink planetą bei planetos orbitos aplink žvaigždę. Pagal šį modelį apskaičiuotas vandenyno storis Encelade atitinka stebėjimų rezultatus. Taip pat apskaičiuota, kad vandenynai galėtų egzistuoti dviejuose didžiausiuose Urano palydovuose, o štai Saturno palydove Rėjoje – ne. Ateityje modelį bus galima pritaikyti įvertinant egzomėnulių tinkamumą skystam vandeniui egzistuoti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzoplanetų temperatūrų modeliavimas. Žinodami planetos atstumą nuo žvaigždės bei žvaigždės šviesį, galime apskaičiuoti vidutinę planetos paviršiaus temperatūrą. Padarę šiek tiek prielaidų apie planetos sukimąsi bei atmosferos tankį, galime gauti ir tikslesnį įvertinimą. Tačiau pastaruoju metu, pradėjus matuoti planetų atmosferų cheminę sudėtį, gauti rezultatai nustebino – beveik visada cheminė sudėtis rodė planetos temperatūrą esant žemesnę, nei apskaičiuota vidutinė. Kartais skirtumas siekdavo net tūkstantį laipsnių. Naujame tyrime aiškinama, jog taip yra dėl netinkamo cheminės sudėties modelių taikymo. Įprastai naudojami vienmačiai atmosferos modeliai – jie vertina tik atmosferos savybių skirtumus skirtingame aukštyje virš planetos paviršiaus (ar, atitinkamai, skirtingai giliai po atmosferos viršumi). Toks modelis gali būti adekvatus, jei visos planetos paviršiuje temperatūra yra gana panaši, pavyzdžiui kaip Žemėje. Tačiau dauguma atmosferų matavimų atlikti planetose labai arti žvaigždžių, o tokios planetos visada į žvaigždę atsukusios tik vieną pusę. Dieninės ir naktinės pusės atmosferos temperatūra ten labai skiriasi; maža to, labai skiriasi ir vakaro bei ryto zonų temperatūra, mat atmosfera, judanti iš dieninės pusės į naktinę, yra įkaitusi, o priešingoje planetos pusėje – atšalusi. Tokios planetos duomenims taikant vienmatį modelį, pasirodo, gaunami neteisingi rezultatai: sistematiškai žemesnė temperatūra bei netinkamos cheminių elementų ir junginių gausos vertės. Tyrėjai parodė, kad jų siūlomas paaiškinimas tikrai tinka kelioms konkrečioms planetoms: sukūrę jų atmosferos modelius su apskaičiuota vidutine temperatūra ir pritaikę vienmatį modelį sintetiniams stebėjimų duomenims, jie gavo tokias žemas temperatūras, kokios gaunamos nagrinėjant realius stebėjimų duomenis. Taigi akivaizdu, kad egzoplanetų atmosferų tyrimams reikia trimačių atmosferos modelių. Tai ypač svarbu dabar, nes artimiausiu metu darbą pradės kelios stebėjimų misijos, tarp kurių tikslų yra ir egzoplanetų atmosferų stebėjimai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Praeitą savaitę Hubble kosminis teleskopas minėjo trisdešimties metų jubiliejų. Ta proga, kaip ir kasmet, padaryta išskirtinė graži kosminė nuotrauka. Joje matome du ūkus, kuriuose formuojasi žvaigždės. Jie yra Didžiajame Magelano debesyje, palydovinėje Paukščių Tako galaktikoje. Daugiau kasmetinių gimtadienio nuotraukų pamatysite šiame proginiame Europos kosmoso agentūros vaizdo siužete:

***

Novos spinduliuotę sukuria smūgiai. Novos yra galingi žybsniai, kartais įvykstantys baltųjų nykštukių paviršiuje. Nykštukė – į Saulę panašios žvaigždės liekana, – būdama dvinarėje sistemoje, gali prisitraukti dalį kompanionės medžiagos. Susikaupęs vandenilio ir helio sluoksnis gali tapti toks tankus, kad jame prasideda termobranduolinės reakcijos ir nykštukė sušvinta tūkstančius kartų ryškiau. Taip pat žybsnio metu didelė dalis susikaupusio vandenilio ir helio numetama į šalis. Tokie įvykiai nėra labai reti – Paukščių Take kasmet užfiksuojama apie dešimt, – bet daugybė jų evoliucijos detalių vis dar neaiškios. Ilgą laiką buvo manoma, kad būtent termobranduolinių reakcijų išskiriama spinduliuotė yra pagrindinis šviesos šaltinis. Bet pastaraisiais metais aptikti iš kelių novų atlekiantys labai energingi gama spinduliai, o tokie formuojasi tik smūginėse bangose. Tokios bangos susidaro, kai novos išmesta medžiaga susiduria su tarpžvaigždinėmis dujomis. Dabar naujame tyrime pristatomi novos stebėjimai, kuriais nustatyta, jog būtent smūginės bangos sukuria bent pusę novos spinduliuotės. Novą gana netikėtai užfiksavo žvaigždžių evoliucijos tyrimams skirta mažų orbitinių teleskopų grupė BRITE; žybsnio metu teleskopai kaip tik stebėjo Laivo Kilio žvaigždyną, kuriame įvyko nova. Turėdami šiuos unikalius duomenis, mokslininkai pastebėjo, kad gama ir regimųjų spindulių srautas kinta labai panašiai. Gama spinduliai sklinda iš smūginių bangų, taigi logiška manyti, jog ten pat kuriama ir stipri regimoji spinduliuotė. Tyrėjai apskaičiavo, kad sustiprėjimų metu regimoji spinduliuotė išauga bent dvigubai. Užuominą, iš kur atsiranda regimieji spinduliai, suteikia rentgeno stebėjimai: šių spindulių irgi aptikta, bet labai mažai. Greičiausiai jie susidaro smuginėje bangoje, bet aplinkinės dujos juos sugeria, įkaista ir ima spinduliuoti regimuosius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Į halą išmetamos žvaigždės. Galaktikas supa halai, sudaryti daugiausiai iš tamsiosios materijos, bet taip pat turintys ir daugybę žvaigždžių. Nors halo žvaigždžių tankis yra daugybę kartų mažesnis, nei galaktikos disko ar centrinės dalies, ši komponentė taip pat gali duoti daug žinių apie galaktikos vystymosi istoriją. Įprastai teigiama, kad halo žvaigždės formuojasi iš dujų, krentančių į galaktiką, daugiausiai jos gyvavimo pradžioje; vėlesniais laikais halas pasipildo žvaigždėmis, įkrentančiomis kartu su palydovinėmis galaktikomis. Bet naujame tyrime parodyta, kad toks aiškinimas toli gražu nepilnas, o nemaža dalis halo žvaigždžių gali gimti išmetamuose dujų srautuose. Detaliais skaitmeniniais modeliais ištyrę galaktikų, panašių į Paukščių Taką, evoliuciją mokslininkai nustatė, kad iki 40% žvaigždžių, randamų hale, susiformavo iš galaktikos lekiančiose tėkmėse. Tėkmes šiuose modeliuose sukuria supernovų sprogimai žvaigždėdaros regionuose galaktikos diske; panašias tėkmes gali sukelti ir galaktikos branduolio aktyvumo epizodai. Šitaip susiformavusias žvaigždes galima būtų aptikti Paukščių Take – mūsų hale jos turėtų pasižymėti kitokia chemine sudėtimi ir galbūt orbitomis, nei žvaigždės, įkritusios iš kitų galaktikų ar susiformavusios iš įkrentančių dujų. Kitose galaktikose, kurios vyksta spartesnė žvaigždėdara, halo žvaigždžių formavimąsi būtų galima stebėti netgi tiesiogiai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dešimt kartų ryškesnė supernova. Supernovos yra žvaigždžių sprogimai, galintys sušvisti ryškiau, nei visos galaktikos žvaigždės kartu sudėjus. Egzistuoja keli jų tipai, bet kiekvieno tipo supernovos yra gana panašios viena į kitą. Tačiau kartais pasitaiko išimčių – 2016 metais užfiksuotas sprogimas buvo dešimt kartų ryškesnis, nei įprastos supernovos. Tai yra energingiausia kada nors aptikta supernova. Supernovos metu išskiriama energija pasiskirsto į tris pagrindinius tipus: neutrinų srautą, kinetinę dujų energiją ir fotonus. Neutrinai praktiškai nesąveikauja su medžiaga. Fotonai pasiekia mūsų teleskopus ir leidžia apskaičiuoti sprogusios žvaigždės savybes. Dujos gali būti įgreitintos iki dešimčių tūkstančių kilometrų per sekundę; pasiekusios aplink žvaigždę buvusią medžiagą, jos sukuria stiprias smūgines bangas, kuriose kyla papildoma spinduliuotė. Iki šiol ryškiausios aptiktos supernovos išspinduliuodavo apie dešimtadalį visos savo energijos, o ši, SN2016aps, atrodo, išspinduliavo kone pusę. Anksčiau buvo aptikta keletas panašiai šviesių žybsnių, bet nebuvo įmanoma nustatyti, ar tai supernovos, ar aktyvių galaktikų branduolių suaktyvėjimo epizodai. SN2016aps įvyko tikrai ne savo galaktikos centre, todėl astronomai gali būti tikri, kad tai yra supernova. Tyrėjai teigia, jog tai greičiausiai yra porinio nestabilumo supernova – tokie sprogimai ištinka pačias masyviausias žvaigždes, kurių centre temperatūra išauga tiek, jog iš fotonų ima gimti elektronų-pozitronų poros, taip sumažėja slėgis, žvaigždė ima trauktis dėl gravitacijos, o jos išoriniai sluoksniai išsilaksto į šalis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Potvyninį suardymą išgyvenusi žvaigždė. Kartais žvaigždės praskrenda labai arti supermasyvių juodųjų skylių ir yra sudraskomos į gabalus. Tai vadinama potvyniniu suardymu; suardytos žvaigždės liekanos krenta į juodąją skylę ir ima švytėti, o šviesis kinta labai aiškia priklausomybe nuo laiko. Suardymas priklauso nuo tankio: kuo tankesnė žvaigždė, tuo sunkiau ją suardyti. Žvaigždės toli gražu nėra homogeniški kūnai – jų tankis didėja, artėjant prie centro. Taigi galima situacija, kai priartėjusi prie juodosios skylės žvaigždė praranda išorinius sluoksnius, bet jos centrinė dalis išlieka nesuardyta. Gali būti, kad toks atvejis neseniai buvo aptiktas. Pernai galaktikos GSN 069 centre aptiktas gana reguliariai pasikartojantis rentgeno spindulių šaltinis, sutampantis su centrine supermasyvia juodąja skyle. Pastaroji yra palyginus nedidelė – 400 tūkstančių Saulės masių; įprastai centrinių juodųjų skylių masės matuojamos milijonais ar net milijardais Saulės masių. Rentgeno žybsniai vyksta maždaug kas devynias valandas ir trunka apie valandą, jų metu šviesis išauga apie šimtą kartų. Naujojo tyrimo autorius teigia, kad vienintelis žybsnius paaiškinantis mechanizmas yra žvaigždė, elipsiška orbita besisukanti aplink juodąją skylę ir sukelianti nestabilumus dujų diske aplink ją. Įvertinus įmanomą žvaigždės masę ir spindulį paaiškėja, kad žvaigždė turėtų būti labai mažos – penkis kartus mažesnės nei Saulės – masės baltoji nykštukė. Įprastai jos tokios mažos nebūna, tačiau ji galėjo atsirasti, jei didesnė žvaigždė, pavyzdžiui raudonoji milžinė, kurios branduolys jau buvo bevirstąs į nykštukę – pralėkė pro juodąją skylę ir neteko didelės dalies išorinio sluoksnio. Apie potvyninį suardymą byloja ir juodosios skylės masė – būtent prie tokios masės kūnų šie įvykiai yra dažniausi. Pasikartojantys žybsniai turėtų trukti neilgai, bent jau kosminiais mastais, – vos kelis tūkstančius metų, taigi faktas, kad pavyko aptikti nors vieną atvejį, reiškia, kad tokių turėtų būti gana daug. Per milijardus metų tokios dalinai suardytos žvaigždės gali reikšmingai išauginti mažų supermasyvių juodųjų skylių masę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nevienodų juodųjų skylių susijungimas. Praėjus vos ketveriems metams nuo pirmojo gravitacinių bangų signalo aptikimo, šie įvykiai jau tapo moksline kasdienybe. Pernai balandį pradėtas trečiasis LIGO stebėjimų etapas duoda vidutiniškai po vieną tikrą signalą per savaitę, taigi jau galima daryti įvairiapusę statistinę juodųjų skylių populiacijos analizę. Taip pat jau aptikti visi trys svarbiausi įvykių tipai – dviejų juodųjų skylių susijungimas, dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimas bei juodosios skylės ir neutroninės žvaigždės susijungimas. O dabar pranešta, kad prieš metus užfiksuotas įvykis GW190412 taip pat buvo neįprastas, ir labai svarbus: jo metu susijungė dvi labai skirtingos masės juodosios skylės. Apskaičiuoti poros parametrai tokie: masyvesnė juodoji skylė buvo 30 kartų masyvesnė už Saulę, mažesnioji – tik aštuonis kartus masyvesnė. Tokie įvykiai labai svarbūs, norint tiksliau patikrinti teorines gravitacinių bangų signalo prognozes. Kai jungiasi dvi panašios masės juodosios skylės, atsklindantis signalas yra paprastesnis – panašesnis į tvarkingą sinusoidę. Kuo masių santykis didesnis, tuo signalo forma sudėtingesnė – moksliškai sakoma, kad tampa svarbesnės aukštesnės eilės harmonikos, panašiai kaip overtonai muzikoje. GW190412 analizė parodė, kad signale tikrai yra reikšmingų overtonų, o jų amplitudė puikiai atitinka teorinę prognozę. Taigi juodosios skylės tikrai jungiasi taip, kaip numato bendroji reliatyvumo teorija. Taip pat įvertinta, kad tikimybė aptikti tokio didelio masių santykio besijungiančią porą nėra didelė, bet tikrai neišeina iš statistiškai tikėtinų galimybių intervalo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse