Kąsnelis Visatos CDXLVIII: Magnetizmas

Magnetiniai laukai Visatoje atlieka daugybę funkcijų. Jie padeda dujoms judėti, įveikiant judesio kiekio momento barjerą – pavyzdžiui, prie jaunų žvaigždžių; jie generuoja energiją, kai susilankstydami persijungia į kitokias konfigūracijas, kaip Saulės vainike; jie padeda numesti medžiagą nuo akrecinių diskų ar kompaktiškų objektų, pavyzdžiui dvinarėse sistemose. Tokios magnetinės naujienos buvo paskelbtos praeitą savaitę. Kitose naujienose – kometos sukimasis, Veneros vandens dingimas, Andromedos halas ir diskų formavimasis po žvaigždės potvyninio suardymo. Gero skaitymo!

***

Saulės magnetinio lauko matavimai. Daugybę Saulėje vykstančių reiškinių lemia jos magnetinis laukas. Arti žvaigždės jo konfigūracija labai sudėtinga, pilna kilpų, vingių ir kitokių struktūrų, kylančių šimtus tūkstančių kilometrų nuo Saulės paviršiaus į vainiką. Dar visai neseniai Saulės magnetinio lauko matavimai apsiribojo fotosferos – paviršiaus – stebėjimais, o vainiko magnetinis laukas liko paslaptingas. Pastaruoju metu situacija keičiasi, o naujame tyrime pristatomas pirmas Saulės vainiko magnetinio lauko žemėlapis (magnetlapis?). Rezultatui pasiekti mokslininkai pasitelkė jau porą dešimtmečių naudojamus analizės įrankius, bet pritaikė juos naujiems stebėjimams. Stebėjimais fiksuota geležies jonų spinduliuotė ties dviem bangos ilgiais. Ši spinduliuotė kyla 0,05-0,35 Saulės spindulių aukštyje virš žvaigždės paviršiaus, taigi apima praktiškai visą vainiką. Informacija apie bangos ilgių pokyčius leido nustatyti jonų judėjimo greitį skirtingose vainiko vietose, o linijų intensyvumo santykis – elektronų tankį. Pritaikius metodiką, skirtą bangų sklidimo magnetizuotoje medžiagoje analizei, pavyko apskaičiuoti magnetinio lauko stiprumą ir kryptį. Šis atradimas padės geriau suprasti, kodėl Saulės vainikas toks karštas, kaip varomas Saulės vėjas ir kyla Žemei pavojų keliantys Saulės žybsniai. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Kometa NEOWISE sukasi. Liepos mėnesį nakties danguje net plika akimi galėjome įžiūrėti kometą C/2020 F3 (NEOWISE). Iš Žemės matėsi, ir daugelio nuotraukų taikiniu tapo, kometos uodegos – milijonus kilometrų nusidriekiančios dalelių juostos. Bet daug daugiau apie kometą gali pasakyti jos branduolio bei jį supančio vainiko vaizdai. Praeitą savaitę paskelbta Hubble teleskopo daryta kometos „galvos“ nuotrauka. Tai ryškiausia šiuo teleskopu daryta taip arti Saulės praskriejančios kometos nuotrauka.

O štai kita kometos nuotraukų serija, padaryta Gemini teleskopu Havajuose, rodo, kad kometos branduolys sukasi. Aštuonios nuotraukos, padarytos pusantros valandos laikotarpiu, atskleidžia spirališką kometos vainiką, kuris sukasi pagal laikrodžio rodyklę. Iš šių vaizdų tyrėjai apskaičiavo, kad sukimosi periodas turėtų būti apie 7,5 valandos. Kometos vainiką sudaro iš branduolio tarsi geizeriai besiveržiantys garai; jei kometa sukasi, kinta ir geizerio kryptis, todėl vainike susidaro spiralinės vijos. Paties geizerio srautas taip pat keičia kometos sukimąsi, bet manoma, kad tai turėtų būti gana silpnas efektas. Kometos suktis ima dėl nevienodo Saulės šviesos atspindėjimo (vadinamas YORP efektas), gravitacinių sąveikų su kitais kūnais, susidūrimų ir skilimų.

***

Jupiterio ir Veneros santykiai. Venera yra labai panaši į Žemę savo dydžiu, mase ir atstumu nuo Saulės, tačiau kartu ir labai nepanaši savo atmosfera ir pragariškomis paviršiaus sąlygomis. Veneros atmosfera kadaise perėjo į nesustabdomą šiltnamio efekto būseną – įvairūs garai apgaubė planetą ir įkaitino jos paviršių tiek, kad nebegali susikondensuoti ir leisti planetai atvėsti. Kodėl taip nutiko? Atsakymo variantų yra daugybė, o naujame tyrime pristatomi galimi įrodymai, kad dėl visko kaltas… Jupiteris. Didžiausioji Saulės sistemos planeta tik susiformavusi kurį laiką migravo – iš pradžių artyn prie Saulės, paskui tolyn nuo jos. Naujajame darbe apskaičiuota, kokį poveikį ši migracija galėjo turėti Veneros orbitai. Suskaičiavę daugiau nei 100 tūkstančių galimų evoliucijos scenarijų, tyrėjai atmetė tuos, kuriuose viena iš uolinių planetų išmetama iš Saulės sistemos, ir nagrinėjo likusius. Daugumos šių scenarijų pasekmė – Veneros orbita buvo daug labiau elipsiška, nei yra dabar. Pasibaigus planetų migracijai, orbitų perturbacijos tampa gerokai silpnesnės, todėl Veneros orbitos elipsiškumas turėjo beveik nesikeisti, nebent planetoje buvo daug skysto vandens. Vanduo, būdamas paslankus, padeda išsklaidyti potvynines jėgas ir suapvalina orbitą daug greičiau – per kelis milijardus metų. Iš kitos pusės, kol orbita dar buvo elipsiška, Veneroje turėjo pasireikšti milžiniški metų laikų pokyčiai: priartėjus arčiau Saulės, vandenynai turėjo garuoti, o nutolus galėjo sustingti į ledą. Apskaičiavę procesų spartą, tyrėjai nustatė, kad dėl elipsiškos orbitos Venera vandenį turėjo prarasti bent 5% sparčiau, nei apskritiminės orbitos atveju, o atmosferos pokyčiai esant arti ir toli nuo Saulės galėjo reikšmingai prisidėti prie pokyčių, privedusių iki nesustabdomo šiltnamio efekto. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dujų judėjimas prie jaunų žvaigždžių. Žvaigždės gimsta dujų debesyse. Susiformavęs dujų gumulas – prožvaigždė – šimtus tūkstančių metų ryja medžiagą iš aplink esančio protoplanetinio disko, kol galiausiai diskas išgaruoja. Bet diskas nesitęsia iki pat žvaigždės paviršiaus – jo vidinė riba yra ten, kur disko sukimosi greitis tampa lygus žvaigždės. Tai gali būti keliolika kartų toliau nuo žvaigždės centro, nei paviršius. Teoriniai modeliai teigia, kad dujos šį tarpą įveikia sekdamos žvaigždės magnetinio lauko linijas, siaurais srautais krisdamos ant paviršiaus. Naujame tyrime pristatomi pirmi tokį modelį patvirtinantys stebėjimai. Naudodami iš keturių teleskopų sudarytą interferometrą GRAVITY, mokslininkai stebėjo žvaigždę Hidros TW. Tai yra viena artimiausių Žemei prožvaigždžių, nutolusi apie 60 parsekų. Aukšta instrumento skyra ir palyginus mažas atstumas leido nustatyti, kad didžioji dalis infraraudonosios vandenilio spinduliuotės sklinda iš regiono aplink žvaigždę, kurio spindulys neviršija 3,5 žvaigždės spindulių. Tuo tarpu vidinis disko kraštas yra ties 14 žvaigždės spindulių. Be to, vandenilis juda žvaigždės link šimtų kilometrų per sekundę greičiu – tai puikiai atitinka teorinę prognozę. Taigi nors tiesiogiai magnetosferos valdomo srauto pamatyti kol kas neįmanoma, šie stebėjimai leidžia pagrįstai teigti, kad bendri teorinio modelio bruožai teisingi. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Padrikasis spiečius Pismis 24 ir žvaigždėdaros regionas NGC 6357. Šaltinis: NASA, ESA, Jesús Maíz Apellániz (IAA, Spain), Davide De Martin (ESA/Hubble)

Žvaigždžių formavimasis yra tolygus procesas, kiekviena žvaigždė grupėje ji baigia vis kitu metu. Taigi neretai matome situaciją, kai jaunų žvaigždžių spiečiaus pakraštyje dar egzistuoja žvaigždes formuojančios debesies liekanos. Čia – vienas toks pavyzdys. Labai masyvių žvaigždžių turintis, taigi tikrai jaunas, spiečius Pismis 24, matomas viršuje, glaudžiasi greta žvaigždes formuojančio debesies NGC 6357 apačioje.

***

Planetuotų žvaigždžių cheminė sudėtis. Aptikti egzoplanetą nėra lengva – reikia ilgų ir detalių stebėjimų, kad pagautume jos menką poveikį savo žvaigždei. Būtų labai naudinga, jei galėtume identifikuoti, kurios planetos turi žvaigždžių, pažiūrėję vien į pačios žvaigždės savybes. Naujame tyrime buvo bandoma išsiaiškinti, ar planetų turinčios žvaigždės yra kuo nors išskirtinės, lyginant su bendra populiacija. Tam atlikti detalūs 84 žvaigždžių stebėjimai; 16 jų turi žinomų planetų, kitos – ne. Deja, paaiškėjo, kad planetuotos žvaigždės iš bendros populiacijos neišsiskiria. Nors nagrinėta daugybė parametrų – žvaigždžių masė, paviršiaus temperatūra, gravitacinio lauko stiprumas, už helį sunkesnių cheminių elementų kiekis, cheminių elementų gausos ir jų kondensacijos temperatūros sąryšis – visų jų pasiskirstymas planetas turinčioms žvaigždėms buvo labai panašus į visų 84 žvaigždžių pasiskirstymą. Taigi panašu, kad atskirti žvaigždes, kurios turi planetų, įmanoma tik randant pačias planetas. Tiesa, tyrėjai perspėja, kad greičiausiai planetų turi gerokai daugiau, nei 16 jų pasirinktos imties žvaigždžių, tiesiog prie likusiųjų jos dar neatrastos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Dauguma žvaigždžių mūsų Galaktikoje yra dvinarėse ar daugianarėse sistemose. Kartkartėmis, ypač gyvenimo pabaigoje, šios žvaigždės ima sąveikauti, su įvairiomis katastrofiškomis pasekmėmis. Apie jas pasakoja PBS Space Time:

***

Infraraudoni juodosios skylės vėjai. Dvinarė sistema, sudaryta iš įprastos žvaigždės ir juodosios skylės, kartais gali sužibti. Taip nutinka, jei narės skrieja pakankamai arti viena kitos, kad juodosios skylės gravitacija pritrauktų dalį žvaigždės dujų. Tuomet dujos po truputį suformuoja akrecinį diską, disko medžiaga krenta į juodąją skylę ir ima spinduliuoti vis ryškiau, bet galiausiai stiprėjantis disko vėjas nupučia krentančią medžiagą, diskas sunyksta ir procesas kuriam laikui sustoja. Nors bendri proceso bruožai žinomi jau ne vieną dešimtmetį, daugybė detalių vis dar lieka neaiškios. Viena jų – vėjo savybių evoliucija žybsnio metu. Jau porą dešimtmečių vėjai stebimi žybsnio etape, kai dominuojanti spinduliuotė yra „minkšti“ (žemos energijos) rentgeno spinduliai iš akrecinio disko, bet neaišku, ar vėjas egzistuoja likusioje žybsnio dalyje. Naujame tyrime pristatyti infraraudonųjų spindulių stebėjimai, kuriais vėjas užfiksuotas viso žybsnio metu. Sistemos MAXI J1820+070 infraraudonųjų spindulių spektre matyti daugybė įvairių, nuolat kintančių sugerties linijų. Tai reiškia, kad tarp akrecinio disko ir mūsų yra judančios medžiagos, pakankamai tankios, kad reikšmingai prislopintų disko spinduliuotę. Apskaičiuotos medžiagos kinetinės savybės – greitis ir pagreitis, taip pat tankis bei storis – gerai atitinka vėjo savybes, žinomas iš didesnės energijos spinduliuotės stebėjimų. Vėjo savybės mažai kinta viso žybsnio metu, nepaisant to, kad labai keičiasi paties šaltinio spinduliuotės spektras ir intensyvumas. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip kyla ir vystosi akrecinio disko vėjai ir leis įvertinti jų poveikį juodosios skylės akrecijai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Baltosios nykštukės sąlygos laboratorijoje. Baltosios nykštukės – į Saulę panašių žvaigždžių gyvenimo pabaigoje susidarantys objektai – yra labai tankios. Beveik visa Saulės masė suspaudžiama į maždaug Žemės dydžio kūną. Egzistuoja daug teorinių modelių apie jų sandarą, kuriuos galima patikrinti stebint nykštukių šviesio kitimus. Iš kitos pusės, toks patikrinimas yra gana netiesioginis, o norėtųsi medžiagos elgesį ekstremaliomis sąlygomis suprasti betarpiškai. Naujame tyrime tą pavyko padaryti laboratorijoje. Nedidelį metilidino (CH) molekulių mėginį patalpinus į specialią auksinę ertmę ir paveikus stipriu lazerio spinduliu, pavyko trumpam sukurti maždaug milimetro dydžio rutuliuką, kuriame medžiagą veikė 450 milijonų atmosferų slėgis ir 3,5 milijono laipsnių temperatūra. Šios sąlygos atitinka išorinę baltosios nykštukės dalį. Nors sąlygos egzistavo tik mažytę sekundės dalį, to užteko, kad tyrėjai galėtų išmatuoti medžiagos slėgio ir tankio sąryšį, vadinamą būvio lygtimi. Paaiškėjo, kad teoriniai modeliai gana gerai atitinka eksperimento rezultatus. Taigi ankstesniais baltųjų nykštukių tyrimų duomenimis ir modeliais galima pasitikėti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Andromedos halas. Kiekviena galaktika turi didžiulį labai retų ir karštų dujų halą. Jo savybės gali padėti nustatyti galaktikos istoriją – kiekvienas susiliejimas su kita galaktika, aktyvumo epizodas ar žvaigždėdaros žybsnis palieka pėdsakų karštose dujose, kurie, nors ir neryškūs, išlieka milijardus metų. Naujame tyrime pristatoma detaliausia kaimyninės Andromedos galaktikos halo analizė. Paieškoms mokslininkai pasitelkė kvazarus – tolimus ryškius aktyvius galaktikų branduolius, dangaus skliaute esančius netoli Andromedos. Halo dujos sugeria dalį kvazarų spinduliuotės, iki jai pasiekiant mus, o tai leidžia nustatyti šių dujų savybes, tokias kaip tankis, temperatūra ir jonizacijos laipsnis. Gauti rezultatai rodo, kad Andromedos halas tęsiasi 400 kiloparsekų nuo galaktikos centro – maždaug pusę atstumo iki Paukščių Tako. Turint omeny, kad mūsų Galaktikos dydis panašus į kaimynės, tikėtina, kad galaktikų halai jau dabar pradeda sąveikauti, nors iki pačių galaktikų susiliejimo dar liko keli milijardai metų. Vidiniai 100-150 kiloparsekų gerokai skiriasi nuo išorinės halo dalies: vidiniuose regionuose dujos mažiau tvarkingos ir juda sparčiau. Didelė jų dalis greičiausiai krenta į Andromedą ir dar ilgą laiką palaikys žvaigždžių formavimąsi joje. Bendra halo dujų masė siekia apie 40 milijardų Saulės masių – maždaug 30-40% Andromedos žvaigždžių masės. Taigi „kuro“ naujoms žvaigždėms mūsų kaimynė turi dar labai daug. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Suardytos žvaigždės medžiagos diskas. Kai žvaigždė praskrenda pernelyg arti supermasyvios juodosios skylės, stipri gravitacija ją suplėšo. Susidaręs medžiagos srautas nutolsta nuo skylės, bet dalis po kurio laiko grįžta, ima kirstis tarpusavyje ir spinduliuoti. Tokį procesą stebime kaip potvyninio suardymo įvykį – charakteringai kintančios spinduliuotės žybsnį iš galaktikos centro. Standartinė potvyninio suardymo teorija teigia, kad srautas aplink juodąją skylę suformuoja akrecinį diską. Tačiau disko centre medžiaga turėtų būti tokia karšta, kad skleistų rentgeno spindulius, o jų įprastai nematome. Tai paskatino alternatyvių modelių kūrimą, kuriuose disko nėra, o spinduliuotė pagrinde sklinda iš susiduriančių chaotiškų medžiagos srautų. Visgi naujame tyrime pristatomi disko egzistavimo įrodymai ir galimas rentgeno spinduliuotės nebuvimo paaiškinimas. Stebėdami potvyninio suardymo įvykį AT 2018hyz, astronomai išmatavo šaltinio spektrą ir aptiko aiškų spektro linijų susidvejinimą. Jis atsiranda dėl Doplerio efekto – dalis medžiagos artėja prie mūsų ir jos spinduliuotė tampa mėlynesnė, dalis – tolsta ir tampa raudonesnė. Susidvejinimas būdingas diskams, stebimiems beveik iš šono, taigi šis signalas rodo, kad stebima spinduliuotė tikrai kyla iš disko. Detalesnė analizė leido apskaičiuoti ir labiausiai tikėtiną disko formą, o ši, savo ruožtu, leido nustatyti tikėtiną disko evoliuciją. Diskas greičiausiai susiformavo iškart, kai tik suardytos žvaigždės medžiaga sugrįžo prie juodosios skylės. Jo centre turbūt yra rentgeno spindulius skleidžiantis regionas, bet disko pasvirimo kryptis ir aplink egzistuojantis tankus diskui nepriklausančios medžiagos srautas neleidžia tos spinduliuotės pamatyti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Besijungiančių juodųjų skylių poros. Kai susilieja dvi galaktikos, po kurio laiko susijungia ir jų centrinės supermasyvios juodosios skylės. Susiliejimas sujaukia dujas galaktikoje, tad daug šansų, kad migruojančios juodosios skylės pasigaus daug dujų ir taps aktyviais branduoliais. Kaip dažnai tai nutinka? Naujame tyrime bandoma atsakyti, ieškant dvigubų aktyvių branduolių daugybėje galaktikų nuotraukų. Paėmę daugiau nei 34 tūkstančių žinomų kvazarų – labai ryškių aktyvių galaktikų – katalogą, tyrėjai aptiko 421, turintį du spinduliuotės maksimumus. Tačiau ne kiekviena tokia galaktika iš tiesų turi dvigubą aktyvų branduolį – kai kur tai yra mūsų Galaktikos žvaigždžių šviesos projekcija ar koks kitas trikdis. Detaliai išnagrinėję visus kandidatus, Tyrėjai aptiko tris tikrai dvigubus aktyvius branduolius. Iš viso dvigubų aktyvių branduolių žinoma nedaug, tad šis atradimas padės geriau suprasti visą jų populiaciją. Įvertinę, kokios dalies analogiškų sistemų jie galėjo ir neaptikti dėl per mažo atstumo dangaus skliaute tarp branduolių, tyrėjai apskaičiavo, kad dvigubi branduoliai pasitaiko tik maždaug 0,3% visų kvazarų. Tai labai nedidelis procentas, rodantis, kad įsižiebti aktyviems branduoliams reikia daugiau, nei tik galaktikų susiliejimo, ir kad net po susiliejimo visai nebūtinai įsižiebia abu galaktikos branduoliai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Štai tiek naujienų iš vasaros pabaigos. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *