Žemė yra vienintelė vieta, kur tvirtai žinome egzistuojant gyvybę. Dėl to svarbu ir apsaugoti planetos biosferą, ir apsaugoti į nesvetingą kosmosą keliaujančius žmones, ir ieškoti gyvybės pėdsakų kitose vietose. Praėjusios savaitės naujienose randame pranešimą apie sėkmingą SpaceX kapsulės skrydį atgal į Žemę, apie Saulės žybsnių ir išsiveržimų tyrimus, apie Marso atmosferą ir apie egzoplanetas gyvybinėje savo žvaigždžių zonoje. Nors nei vienas atradimas nėra tiesiogiai susijęs su gyvybės paieškomis, visi jie svarbūs šiam tikslui. Taip pat – greitasis radijo žybsnis mūsų Galaktikoje, kamuolinių spiečių panaudojimas Visatos amžiui nustatyti ir asteroidų orbitų stabilumo analizė. Gero skaitymo!

***

SpaceX astronautai sugrįžo. Du JAV astronautai, Doug Hurley ir Bob Behnken, vakar grįžo į Žemę po dviejų mėnesių, praleistų Tarptautinėje kosminėje stotyje. Grįžo jie ta pačia kapsule, kuria ten ir nuskrido – kompanijos SpaceX pagaminta Crew Dragon. Skrydis užtruko apie 17 valandų – rugpjūčio 1 dienos vakare (JAV laiku) kapsulė atsiskyrė nuo TKS, o sekmadienį popiet (irgi JAV laiku) nukrito į Meksikos įlanką netoli Floridos. Tai buvo pirmasis astronautų nukritimas į vandenį po 45 metų pertraukos. Nuo pat 1975-ųjų astronautai leidosi sausumoje: Šatlai – nusileidimo takuose, „Sojuz“ kapsulės – Azijos stepėse. Per pusvalandį nuo nukritimo kapsulė ištraukta iš vandens ir įkelta į laivą; tiesa, durys atidarytos dar kiek vėliau, nes reikėjo iš šliuzo erdvės išvalyti nuodingų dūmų ir degėsių likučius. Sėkmingas skrydis leis SpaceX tęsti žmonių skraidinimą į TKS. Artimiausia kelionė numatyta rugsėjo viduryje, iki tol kompanijos darbuotojai analizuos visą šio skrydžio medžiagą, kad užtikrintų astronautų saugumą. Artimiausiam skrydžiui bus naudojama kita kapsulė. Ką tik nusileidusioji dabar bus atidžiai ištirta ir atnaujinta, sekantis jos skrydis numatytas ateinančių metų vasarį. SpaceX ketina skraidinti ne tik NASA astronautus – 2021-ųjų pabaigoje planuojama ir trijų turistų kelionė į TKS.

***

Saulės žybsnių prognozavimas. Saulės žybsniai – galingi energijos spinduliuotės pliūpsniai – ir su jais dažnai sekantys iš energingų dalelių plazmos sudaryti vainikinės masės išsiveržimai gali kelti didelį pavojų Žemei, mūsų kosminiams aparatams ir kosmose esantiems žmonėms. Natūralu, kad mokslininkai nori kuo geriau suprasti žybsnių formavimąsi. Praeitą savaitę paskelbti net trys darbai, susiję su šia tema. Pirmajame aprašomi detaliausi iki šiol Saulės žybsnio stebėjimai, atskleidžiantys magnetinio lauko evoliuciją, elektros srovės tekėjimą ir energingų elektronų gamybos vietą. Žybsnis kyla, kai magnetinio lauko linijos, besitęsiančios nuo Saulės, susiliečia ir persijungia, taip išlaisvindamos labai daug energijos. Persijungimo metu susidaro ir sulankstyto kaspino formos elektros grandinė, kuria teka labai stipri srovė. Mikrobangų bei ultravioletiniai stebėjimai leido suprasti, kaip ta srovė teka. Stipriausia srovė randama būtent magnetinio lauko linijų susilietimo vietoje, tačiau toje vietoje beveik neišspinduliuojama aukštos energijos elektronų. Iš kitos pusės, persijungiančios magnetinio lauko kilpos viršuje srovė yra labai silpna, bet ten susidaro magnetinio lauko konfigūracija, efektyviai įgreitinanti elektronus. Duomenys puikiai atitinka teorinio modelio prognozes, o tai suteikia vilties, kad modelį bus galima panaudoti žybsnių prognozei. Tyrimo rezultatai arXiv.

Būtent prognozavimas yra kito straipsnio tema. Kol kas mokslininkai nemoka numatyti, kada kils Saulės žybsnis, bet situacija keičiasi. Naujame darbe mokslininkų grupė pristato fizikinį modelį, leidžiantį prognozuoti žybsnius beveik parą prieš jiems įvykstant. Modelis remiasi magnetinio lauko savybių – srauto tankio ir poliarizacijos – analize ir nustatymu, kuriose Saulės vietose labiausiai tikėtinas magnetinis persijungimas. Taip pat modelis prognozuoja, kelių persijungimų reikėtų žybsniui kilti skirtingose Saulės vietose. Tyrėjai savo modelį išbandė su Saulės stebėjimų duomenimis, surinktais 2008-2019 metų laikotarpiu, apimančiu visą paskutinį Saulės aktyvumo ciklą. Jiems pavyko prognozuoti didžiosios dalies ryškiausių (X klasės) žybsnių išsiveržimus 20 valandų prieš jiems nutinkant; tiesa, buvo ir klaidingų prognozių. Tais atvejais, kai teisingai nuspėja žybsnio egzistavimą, modelis gana gerai prognozuoja ir tikslią žybsnio vietą bei energiją. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Saulės išsiveržimo modelis. Plazmos išsiveržimai iš Saulės vainiko sukelia geomagnetines audras ir, kaip ir žybsniai (žr. aukščiau), kelia pavojų žmonėms bei Žemei. Seniai žinoma, kad dalis išsiveržimų susideda bent iš trijų komponentų – išorinio šviesaus krašto, tamsesnės retesnės zonos jo viduje, o dar giliau – vėl šviesaus tankaus branduolio. Naujame tyrime išsiveržimo plitimas sumodeliuotas naudojantis trimačiu magnetohidrodinaminiu modeliu. Iš jo paaiškėjo, kad šviesus išsiveržimo pakraštys sudarytas dar iš trijų dalių. Pačioje išorėje yra smūginė banga, kur išsiveržianti plazma susiduria su lėtesniu Saulės vėju ir tarpplanetine medžiaga. Kiek giliau – burbulą juosianti spiralinės formos juosta, kuria teka elektros srovė; ji palaiko gana apvalią burbulo formą jo plitimo pradžioje. Dar giliau – magnetinio srauto „virvė“, suteikianti išsiveržimui energiją. Šios struktūros matomos ir sintetiniuose vaizduose, kuriuos būtų galima gauti šiandieninėmis observatorijomis. Nors kol kas taip detaliai išsiveržimai nėra užfiksuoti, tą gali pavykti padaryti artimiausiu metu. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

Marso atmosferos detali spektroskopija. Marso atmosferoje daugiausiai yra anglies dvideginio, bet pasitaiko ir įvairių kitų dujų. Viena jų – metanas, kurio egzistavimas gali būti ir gyvybės pėdsakas. Deja, kol kas metano egzistavimas nėra vienareikšmiškai patvirtintas. Kai kurie stebėjimai aptinka šių dujų signalą, kiti – ne. Norėdami išsiaiškinti situaciją detaliau, orbitinio zondo Trace Gas Orbiter komanda atliko labai detalius spektroskopinius stebėjimus infraraudonųjų spindulių ruože, kur turėtų būti matomos ryškiausios metano spektro linijos. Metano jie neaptiko, bet užfiksavo 30 silpnų spektro linijų, kurių nėra kataloguose. Linijos išryškėja tik 20 km ir arčiau virš Marso paviršiaus, todėl kitais orbitiniais zondais neaptiktos. Dalis linijų puikiai atitinka teoriškai apskaičiuotas anglies dvideginio linijas, kurias ši molekulė turėtų skleisti magnetiniame lauke. Kita linija atitinka ozono skleidžiamą spinduliuotę – tai pirmasis ozono aptikimas infraraudonųjų spindulių diapazone. Šie atradimai padės geriau interpretuoti ir galimus metano atradimus, nes bent dalis signalo gali ateiti iš anglies dvideginio ir ozono. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics: ozonas ir anglies dvideginis.

***

Tarpžvaigždiniai kentaurai? Saulės sistemoje, tarp Jupiterio ir Neptūno orbitų, skrajoja asteroidai, vadinami kentaurais. Daugumos jų orbitos nėra stabilios – per maždaug šimtą milijonų metų jie turėtų pralėkti labai arti kurios nors planetos milžinės, kurios gravitacija nusvies asteroidą į naują orbitą. Saulės sistemos amžius gerokai didesnis – 4,5 milijardo. Taigi kentaurai negalėjo visą laiką skrieti savo orbitomis. Be to, dalies jų orbitos labai palinkusios į planetų orbitų plokštumą, o tai irgi byloja, kad jie negalėjo susiformuoti ten, kur yra dabar. Tuomet kaip jie atsirado? Galimos dvi kilmės hipotezės – arba juos į šiandienines orbitas „įmetė“ ankstesnės artimos sąveikos su kitais kūnais, arba jie atlėkė iš už Saulės sistemos ribų. Naujame tyrime mokslininkai išnagrinėjo 19 pasvirusių kentaurų orbitų ir nustatė, kad jie turbūt yra tarpžvaigždinės kilmės. Naudodami skaitmeninius modelius, tyrėjai apskaičiavo, kaip jų orbitos galėjo kisti praeityje. Paaiškėjo, kad jos greičiausiai buvo stabilios visus 4,5 milijardo metų: net ir Saulės sistemos jaunystėje šie kūnai turėjo būti labai pasvirę į planetų orbitų plokštumą, tik jų atstumas nuo Saulės buvo didesnis, nei dabar. Tokiose orbitose jie negalėjo susiformuoti kaip Saulės sistemos dalis, taigi belieka vienintelis paaiškinimas – juos Saulė pasigavo iš kitos žvaigždės. Gali būti, kad tokių kūnų praeityje buvo ir daugiau, o dabar stebime tik nedidelę grupelę, išgyvenusią visus puspenkto milijardo metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Daug galimų gyvybingų egzoplanetų. Žemėje gyvybė egzistuoja todėl, kad čia temperatūra tinkama skystam vandeniui. Jei kitur Visatoje gyvybė remiasi panašiais biocheminiais procesais, jai irgi reikia vandens, todėl logiška ieškoti gyvybės uolinėse planetose (ar palydovuose), kurių žvaigždės joms suteikia panašiai energijos, kiek Saulė Žemei. Griežčiau aprašius šią sąlygą, apibrėžiama gyvybinė zona aplink bet kokią žvaigždę. Žemė yra Saulės gyvybinės zonos viduryje, o Venera ir Marsas – pačiuose pakraščiuose, pagal kai kuriuos apibrėžimus net ir už jos ribų. Saulės sistemoje sutalpinti dvi gyvybei tinkamas planetas būtų neįmanoma – bet kur gyvybinėje zonoje įdėjus dar vieną planetą, po palyginus neilgo laiko tarpo ji išlėktų iš savo orbitos, daugiausiai dėl Jupiterio gravitacinio poveikio. Taip yra ne tik gyvybinėje zonoje; Saulės sistemoje, tarp žvaigždės ir Neptūno, nėra vietos stabiliai įterpti daugiau planetų. O kaip kitose sistemose? Kokios įmanomos konfigūracijos ir kiek daugiausiai planetų galima sutalpinti vienos žvaigždės gyvybinėje zonoje? Atsakymų į šiuos klausimus ieškoma tyrime, kurio rezultatai paskelbti praeitą savaitę. Tyrėjai apskaičiavo skirtingos masės žvaigždžių gyvybinės zonos spindulius bei įvertino, kiek ten tilptų planetų, priklausomai nuo masyvių planetų egzistavimo kitose sistemos vietose. Prie didesnių žvaigždžių gyvybinė zona yra toliau ir platesnė; nors didesniu atstumu nuo žvaigždės ir atstumai tarp stabilių planetų orbitų turi būti didesni, visgi ten telpa daugiau planetų, nei mažų žvaigždžių gyvybinėse zonose. Esant palankioms sąlygoms, į vieną sistemą galima sutalpinti net septynias gyvybei tinkamas planetas, o šešias galima sutalpinti prie daugumos žvaigždžių, masyvesnių nei 0,7 Saulės masės. Kaip vieną galimą pavyzdį tyrėjai pateikė palyginus netolimą žvaigždę Charą, esančią Skalikų žvaigždyne. Ji panaši į Saulę ir, nors planetų prie jos neaptikta, tyrėjai apskaičiavo, kad pagal turimus duomenis ten tikrai nėra Jupiterio masės planetos, taigi jei yra uolinių planetų, jų gyvybinėje zonoje tilpti gali daug. Ateityje tyrėjai ketina skirti daugiau dėmesio ir stebėjimų laiko šiai žvaigždei, kad išsiaiškintų galimą jos planetų sistemos konfigūraciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kokia gali būti protinga gyvybė? Vienas būdas suskirstyti civilizacijas yra pagal jų energijos panaudojimo lygį. Tam naudojama Kardaševo skalė, kurią naujausiame siužete pristato Kurzgesagt:

***

Į Saulę panašios žvaigždės gyvenimo pabaigoje nusimeta išorinius sluoksnius, suformuodamos planetinį ūką. Nors medžiaga išmetama daugmaž vienodai visomis kryptimis, sąveika su aplinkinėmis dujomis suteikia ūkui netvarkingą formą, o netolygi medžiagos cheminė sudėtis bei jonizacijos lygis – skirtingas spalvas. Ūkai „planetiniais“ pavadinti dėl to, kad pirmieji aptikti pavyzdžiai pro teleskopus atrodė panašūs į planetas, ypač Neptūną.

***

Besiformuojančios dvinarės žvaigždės mityba. Žvaigždės formuojasi iš didelių tarpžvaigždinių dujų debesų, kurių sutankėjimai ima trauktis ir byrėti į gabaliukus. Nors žvaigždės susiformuoja grupėse ar spiečiuose, dviem žvaigždėm atsirasti taip arti viena kitos, kad taptų dvinare sistema, yra kiek sudėtingiau. Vienas iš būdų – jei aplink žvaigždę besiformuojantis diskas yra nesimetriškas, jis gali tapti nestabilus ir suformuoti masyvią kompanionę dar iki planetų formavimosi pradžios. Keleto gimstančių žvaigždžių aplinkoje matomi nesimetriški diskai, tačiau iš kur kyla pati nesimetrija? Naujame tyrime pateikiamas galimas atsakymas. Persėjo molekuliniame debesyje, kuriame formuojasi daug žvaigždžių, tyrėjai aptiko labai jauną diską turinčią sistemą IRAS 03292+3039. Ji yra tankesnio debesies fragmento pakraštyje, o nuo fragmento link sistemos driekiasi daugiau nei 10 tūkstančių astronominių vienetų ilgio dujų srautas. Srauto dujos aiškiai juda iš fragmento į jauną sistemą, veikiamos pastarosios gravitacijos. Tai pirmas atvejis, kai stebėjimais aptikta tokia didelė struktūra, maitinanti gimstančią žvaigždę. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad tokie srautai turėtų egzistuoti, tačiau modeliuose dažnai koncentruojamasi į pavienes žvaigždės bei disko sistemas. Šis atradimas parodo, kad motininis debesis yra reikšmingas žvaigždės formavimuisi dar ilgą laiką po to, kai žvaigždė ir jos diskas tampa aiškiai identifikuojama struktūra, atskira nuo debesies. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždžių skersmenų matavimai. Žvaigždės yra taip toli, kad dauguma jų net per geriausius šiandieninius teleskopus atrodo tik kaip šviesūs taškai. Pačių didžiausių žvaigždžių, pavyzdžiui Betelgeizės ar Antareso, diskų nuotraukas įmanoma padaryti su Hablu ar kitais panašiais teleskopais, bet likusios tokiam fotografavimui neprieinamos. Pagerinti efektyvią teleskopų raišką galima naudojantis interferometrija. Tada keli teleskopai stebi tą patį objektą ir matuoja iš jo atsklindančių bangų formas; vėliau bangas galima sujungti į vieną ir taip pasiekti raišką, lyg turėtume vieną teleskopą, kurio skersmuo lygus atstumui tarp realiai panaudotų teleskopų. Deja, bangos formą išmatuoti tuo sunkiau, kuo trumpesnė pati banga, tad kol kas interferometrija taikoma tik radijo ir submilimetrinėms bangoms. Iš kitos pusės, kuo didesnis bangos ilgis, tuo didesnio teleskopo reikia konkrečiai raiškai pasiekti, tad net ir visą Žemę apimantis radijo teleskopų interferometrinis tinklas duoda tik keliasdešimties kampinių mikrosekundžių raišką. Įprasti interferometrai neapima visos Žemės, tad jų stebėjimai toli gražu neleidžia tyrinėti pavienių žvaigždžių. Bet dabar šiek tiek modifikuotas interferometrinis metodas pritaikytas regimųjų spindulių stebėjimams. Naudodami keturis VERITAS teleskopus tyrėjai išmatavo dviejų žvaigždžių-milžinių skersmenis su mažiau nei 5% paklaida. VERITAS teleskopai, įrengti Arizonoje, skirti gama spinduliuotės stebėjimams: kai gama fotonas pasiekia Žemės atmosferą, jis sukelia trumpą dalelių ir žybsnių dušą; keturi teleskopai leidžia labai gerai užfiksuoti dalelių padėtis bei trajektorijas trimatėje erdvėje ir taip apskaičiuoti gama fotono kryptį. Panašiu principu vadovaujasi ir žvaigždžių šviesos intensyvumo interferometrija (SII). Metodas, sukurtas praeito amžiaus viduryje, remiasi žvaigždės šviesos intensyvumo pokyčių stebėjimu keliais teleskopais, o vėliau jų duomenys sulyginami tarpusavyje, taip nustatant pokyčių koreliacijas, kurios leidžia apskaičiuoti spinduliuojančio objekto dydį. Praeityje jis buvo pritaikytas išmatuoti kelių ryškiausių žvaigždžių skersmenis, bet dabar jo galimybės daug didesnės dėl didesnio teleskopų jautrumo. Stebėjimams pasirinktos žvaigždės Didžiojo Šuns Beta (Mirzamas) ir Oriono Epsilon (Alnilamas) – mėlynos milžinės, kurių spinduliai jau buvo žinomi seniau. Taigi šis stebėjimas buvo daugiau metodo galimybių patikrinimas; geri gautieji rezultatai rodo, kad metodas veikia ir kad yra prasminga įdiegti SII galimybes į kitus planuojamus teleskopų masyvus, sudarytus iš bent kelių prietaisų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Radijo žybsnio šaltinis – magnetaras. Greitieji radijo žybsniai (FRB) yra labai trumpi radijo spindulių pliūpsniai, aptinkami įvairiose kosmoso vietose. Iki šiol visi aptikti žybsniai atsklido iš už Paukščių Tako ribų; kai kurie jų kartojasi, kiti yra vienkartiniai. Šiuo metu žybsnių žinoma keli šimtai, bet kilmė dar nepaaiškinta. Tačiau prieš kelis mėnesius užfiksuotas, atrodo, pirmasis žybsnis Paukščių Take su aiškiu šaltiniu – magnetaru. Magnetarai yra išskirtinai stiprų magnetinį lauką turinčios neutroninės žvaigždės. Jie kartais sušvinta rentgeno ir gama spindulių ruože, kelis tokius žybsnius užfiksavo NASA kosminis teleskopas INTEGRAL šiemet balandžio pabaigoje – gegužės pradžioje. Vienas iš žybsnių, kurio rentgeno spinduliuotė turėjo „kiečiausią“ spektrą, t. y. aukštos energijos rentgeno spinduliai sudarė didesnę visos emisijos dalį, nei bet kuriame kitame žybsnyje, sutapo su labai trumpu radijo spindulių žybsniu, užfiksuotu 400-800 MHz bei 1,4 GHz ruožuose. Radijo žybsnis truko mažiau nei sekundę ir susidėjo iš trijų sustiprėjimų su maždaug 29 milisekundžių tarpais. Šios savybės puikiai atitinka užgalaktinių FRB savybes. Magnetaruose vykstantys procesai yra vieni iš tikėtiniausių reiškinių, sukeliančių FRB, o šis atradimas yra kol kas geriausias tokių modelių patvirtinimas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visatos datavimas kamuoliniais spiečiais. Kamuoliniai spiečiai – didžiuliai žvaigždžių telkiniai, daugiausiai randami galaktikų pakraščiuose – dažniausiai yra labai seni. Jie formavosi iš pirmųjų dujų telkinių, dar kaupiantis pirmosioms galaktikoms. Nustatę, kokio amžiaus yra seniausi spiečiai, galime įvertinti ir tikėtiną Visatos amžių. Naujame tyrime pristatomas tiksliausias bandymas tą padaryti. Pasirinkę 68 Paukščių Tako kamuolinius spiečius, mokslininkai įvertino jų amžių, atstumą nuo Saulės, dulkių kiekį pakeliui iki jų bei cheminę sudėtį. Nauja analizė davė rezultatus, kurie gerai atitinka anksčiau apskaičiuotas kai kurių spiečių savybes, bet yra tikslesni. Seniausių spiečių amžius yra apie 13,13 milijardo metų; įskaičius laiką, kurio reikia spiečiui susiformuoti, gaunamas Visatos amžius, lygus 13,35 milijardo metų. Jei Visata būtų senesnė, tai rastume ir senesnių spiečių. Šis skaičius yra kone puse milijardo metų mažesnis už įprastinį Visatos amžių, gaunamą iš kosmologinių skaičiavimų – 13,8 milijardo metų. Tačiau spiečiais paremtas įvertinimas turi daugiau nei pusės milijardo metų paklaidą, tad kol kas abu įvertinimai sutampa paklaidų ribose. Ateityje, gerinant žvaigždžių evoliucijos modelius ir spiečių stebėjimus, paklaida turėtų sumažėti – tai gali suteikti naujų žinių apie pirmųjų žvaigždžių ir kosminių struktūrų formavimąsi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse