Juodųjų skylių susijungimai sukelia gravitacines bangas, kurias jau keletą metų gebame aptikti, o pastaruoju metu aptinkame gana dažnai. Naujausiame kataloge aptiktų įvykių yra maždaug šeši per mėnesį. Galaktikų susidūrimai paspartina jose žvaigždėdarą – praeityje tai vyko dažniau, o nauji detalūs tolimų galaktikų stebėjimai padės suprasti, kiek susiliejimai reikšmingi kaip galaktikų evoliucijos veiksniai. Asteroidas Bennu po kelių reikšmingų susidūrimų atkeliavo į orbitą netoli Žemės, bet gerokai mažesni susidūrimai, palikę kraterius ant paviršinių riedulių, padeda datuoti šiuos pokyčius. Kitose naujienose – Mėnulio vanduo, aitvarai Jupiteryje, atominio vandenilio voratinklis Paukščių Tako diske ir iš gimtųjų spiečių išmestos žvaigždės. Gero skaitymo!

***

Mėnulio vanduo. Prieš savaitę paskelbti du atradimai, susiję su vandeniu Mėnulyje. Kad Mėnulyje yra vandens, apskritai žinome jau daugiau nei dešimt metų – tada atliktų bandymų metu į kosmosą išmestose paviršiaus dulkėse užfiksuoti vandens molekulių pėdsakai. Ilgą laiką buvo galvojama, kad vanduo gali kauptis dideliuose krateriuose prie palydovo ašigalių, mat jų dugno niekad neapšviečia Saulė, taigi ten gali susiformuoti dideli vandens ledo klodai. Visgi naujieji atradimai rodo, kad vandens Mėnulyje greičiausiai yra kiek daugiau, o paplitęs jis plačiau, nei manyta iki šiol. Pirmasis atradimas – vandens molekulių signalas iš Saulės apšviesto Klavijaus kraterio dugno. Įdomių ten galimai egzistuojančio vandens požymių buvo atrasta ir prieš porą metų, bet tie požymiai rodė tik hidroksilo (vandenilio ir deguonies) jungtį, kuri gali egzistuoti ir kituose junginiuose, nei vanduo. Dabartinis atradimas patvirtina, kad ten yra vandens molekulių. Jų nėra daug – mažiau nei pusė gramo viename kilograme paviršiaus dulkių – tad tikėtis Mėnulyje rasti balą neverta. Be to, tai greičiausiai yra lokalus reiškinys šiame krateryje, o ne visame Mėnulio paviršiuje. Visgi šis atradimas parodo, kad vanduo net ir tokiomis nedėkingomis sąlygomis, kaip Saulės apšviestas Mėnulio paviršius, gali išsilaikyti. Antrasis atradimas susijęs su šešėliais, dengiančiais dalį paviršiaus prie Mėnulio ašigalių. Tyrėjai įvertino, kiek šešėlių kuria mažyčiai krateriai ar rieduliai ir apskaičiavo, kad jie sudaro bent 10-20% vido nuolatinių šešėlių ploto. Kitaip tariant, dalis vandens ledo Mėnulyje gali būti ne gilių kraterių dugne, bet tiesiog gulėti ant paviršiaus. Abu atradimai gali pasirodyti naudingi žmonių misijoms į Mėnulį. Joms reikės daug vandens – ir žmonėms gerti, ir pasigaminti raketiniam kurui bei kitoms medžiagoms. Taigi lengvesnis vandens prieinamumas yra labai gera žinia. Aišku, kol kas nežinia, ar tikrai vandenį išfiltruoti iš regolito ar surinkti po gabaliuką iš mažų kraterių bus lengviau, nei ištraukti iš gilių tamsių kraterių, bet tą sužinosime per keletą metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy: Klavijaus krateris ir maži šešėliai.

***

Šis krateris – maždaug 17 km ilgio ir 13 km pločio darinys – atrodo neįprastai. Jo dugne matome gūbrį, dalinantį kraterį į nesimetriškas puses. Kodėl taip yra? Priežasčių gali būti kelios. Galbūt kraterį sukūrė asteroidas, perskilęs perpus prieš pat atsitrenkimą. Galbūt asteroidas trenkėsi nedideliu kampu ir išarė griovį. Galbūt svarbu ir tai, kad krateris yra ant didesnio daug senesnio kraterio krašto, tad vienas jo kraštas žemiau už kitą. Kaip bebūtų, tai nėra vienintelis toks keistas krateris Saulės sistemoje, bet visgi jie daug retesni nei daugmaž apvalūs.

***

Bennu istorija. Asteroidas Bennu, kurį pastaruosius porą metų tyrinėja NASA zondas Osiris-Rex, greičiausiai susiformavo prieš maždaug 100 milijonų metų. Tuo metu kažkur Asteroidų žiede įvyko susidūrimas, suardęs didesnį asteroidą, o dalis jo liekanų sukibo į Bennu. Dar ilgą laiką naujasis asteroidas skrajojo maždaug ten, kur ir susiformavo, bet vėliau pakeitė orbitą ir atskriejo arčiau Žemės, kur yra ir dabar. Šiose aplinkose jį talžė skirtingi meteoroidai, palikę skirtingus kraterius. Naujame tyrime, remiantis kraterių duomenimis, daroma išvada, kad dabartinę orbitą Bennu pasiekė tik prieš 1,75 milijono metų. Išvada paremta detaliai asteroido paviršių nusėjusių riedulių stebėjimais. Kiekvienas riedulys turi įvairaus dydžio kraterių. Didžiausi krateriai leidžia apskaičiuoti riedulio stiprumą – jei į jį būtų pataikęs kūnas, kuris paliktų dar didesnį kraterį, riedulio tiesiog nebeliktų. Žinant stiprumą, galima įvertinti ir mažesnius kraterius palikusių meteoroidų dydžius, smūgių dažnį bei greitį. Asteroidų žiede susidūrimai vyksta lėčiau, nei Žemės aplinkoje, nes ten esantys objektai aplink Saulę juda mažesniais greičiais; iš kitos pusės, ten susidūrimai dažnesni, o smūgiuojantys objektai – didesni. Įvertinę vienos ir kitos meteoroidų populiacijos paliktų kraterių dydžius, mokslininkai nustatė, kad Bennu didžiąją dalį gyvenimo praleido Asteroidų žiede, o prie Žemės atsidūrė palyginus neseniai. Šis tyrimas padeda geriau suprasti ne tik paties asteroido istoriją, bet ir Žemės aplinkoje esančių mažų dalelių pasiskirstymą. Pagrindiniai kraterius palikę meteoroidai yra kelių milimetrų skersmens – jie kelia pavojų ir mūsų erdvėlaiviams orbitoje aplink Žemę bei skrendantiems toliau nuo jos. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Žemdirbystė Marse. Kai žmonės nukeliaus į Marsą ir norės ten apsigyventi, jiems reikės maisto. Atlikta jau nemažai tyrimų, kaip būtų galima auginti augalus Marso regolite, tačiau praktiškai niekas dar netyrinėjo, kaip Marso sąlygomis elgtųsi pati dirva, praturtinta žemiškais mikrobais ar maistinėmis medžiagomis. Silpnesnė gravitacija, stipresnė energinga spinduliuotė bei retesnė atmosfera – pagrindiniai efektai, galintys pakeisti dirvą. Spalio pradžioje eksperimentas, skirtas užpildyti šią žinių spragą, iškeliavo į Tarptautinę kosminę stotį. „Dirvos sveikatos kosmose“ („Soil Health in Space“) eksperimento tikslas yra įvertinti, kaip mikrogravitacijos sąlygomis kinta grybų bei bakterijų suformuoti dirvos grumstai. Grumstų dydžių pasiskirstymas labai svarbus, nes jis nulemia, kaip gerai dirva sudrėksta ir kaip joje įsitvirtina augalų šaknys. Taip pat grumstuose esančios organinės medžiagos ilgiau išlieka nesuirusios, todėl dirva išlieka derlinga ilgą laiką. Eksperimento metu bus tikrinama, kaip formuojasi ir išlieka įvairaus dydžio grumstai trijose skirtingos sudėties dirvose: durpingoje, gausioje organinių medžiagų ir molingoje. Bus nagrinėjama dirvos raida esant skirtingai drėgmei, maistinių medžiagų kiekiui bei galimybei laisvai skrajoti mikrogravitacijoje. Jei paaiškės, kad dirva vystosi analogiškai, kaip ir Žemėje, bus galima tikėtis panašių rezultatų ir Marse. Geresnis supratimas apie dirvos vystymąsi ekstremaliomis sąlygomis gali padėti ir Žemėje, siekiant žemdirbystę padaryti tvaresnę. Plačiau apie tyrimus ir bendrą koncepciją skaitykite Deep Space Ecology tinklalapyje.

***

Aitvarai Jupiteryje. Aukštutinėje Žemės atmosferoje kartais nutinka įvairūs trumpalaikiai žybsniai, vadinami aitvarais (angl. sprites), aitvarų halais (sprite halos) ir elfais (elves). Juos sukelia žaibai, kurių elektrinės iškrovos sužadina azoto molekules virš debesų, ir šios trumpam ima spinduliuoti. Aitvarų – vertikalių šviesos juostų – egzistavimas žinomas bent nuo XIX a. pabaigos, bet nufotografuoti pavyko tik apie 1990-uosius. Pagrindinė kliūtis – trukmė: aitvarai trunka vos kelias milisekundes. Dabar pirmą kartą aitvarai užfiksuoti Jupiterio atmosferoje. Juno zondo duomenyse aptikti 11 trumpalaikių žybsnių, kurių šviesis nyksta 1,4 milisekundžių laikotarpiu. Jų šviesa atitinka sužadintų vandenilio molekulių spektro linijas. Visi žybsniai kilo panašiame aukštyje – 260 km aukščiau, nei lygis, kuriame atmosferos slėgis atitinka Žemės paviršiaus slėgį. Žybsniai susiję su žemiau vykusiais žaibų išlydžiais, taigi iš principo yra tokie patys reiškiniai, kaip ir Žemėje. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Iš spiečių išmestos žvaigždės. Žvaigždės formuojasi ne pavienės, o įvairaus dydžio grupėmis. Dalis grupių laikuo bėgant suyra, bet paprastai tai nutinka per dešimtis milijonų metų ir ilgiau. Visgi maždaug ketvirtis masyvių žvaigždžių, kurios apskritai gyvena tik keletą milijonų metų, randamos ne grupėse, o izoliuotos. Naujame tyrime bandoma išsiaiškinti, ar jos taip ir susiformavo. Tyrėjai stebėjo 210-ies masyvių žvaigždžių aplinką Mažajame Magelano debesyje – palydovinėje Paukščių Tako galaktikoje – ir ieškojo aplink jas blausių telkinių. Masyvi žvaigždė niekaip negalėjo susiformuoti visiškai viena, tačiau galėjo užgimti kartu su labai blausiomis kompanionėmis, kurių galbūt anksčiau nepavyko aptikti. Visgi net ir dabar tokių telkinių aptikta tik prie 4-5% masyvių žvaigždžių, taigi galima gana tvirtai teigti, jog beveik visos masyvios izoliuotos žvaigždės gimė spiečiuose ir buvo iš jų išmestos. Ištyrę 304 žvaigždes toje pačioje gakaktikoje, tyrėjai nustatė, kad dauguma jų iš gimtųjų spiečių išlėkė dėl dinaminių efektų – dvinarei žvaigždei praskridus arti kitos. Tokia artima sąveika vieną iš trijų žvaigždžių gali išmesti lauk labai dideliu greičiu, pakankamu įveikti spiečiaus gravitaciją. Kitas būdas yra supernovos sprogimas, kuris taip pat dažnai suardo dvinarę žvaigždę ir nesprogusiai narei leidžia pabėgti. Visgi žvaigždžių masių, greičių, dvinariškumo ir kitų savybių pasiskirstymas rodo, kad supernovos atsakingos tik už trečdalį-ketvirtadalį visų pabėgėlių. Net ir supernovų išlaisvintos žvaigždės dažnai galėjo pirma pabėgti iš spiečiaus kartu su kompanionėmis, o tik vėliau likti vienišos po sprogimo. Tyrimo rezultatai arXiv: formavimasis ir pabėgimo mechanizmai.

***

Vandenilio juostos Galaktikos diske. Dauguma tarpžvaigždinių dujų Paukščių Take yra vandenilio atomai. Jie daugiausiai kaupiasi Galaktikos diske bei aplink jį, gaubia šaltesnius molekulinius debesis, sugeria žvaigždžių spinduliuotę bei supernovų sprogimų energiją ir kitaip sąveikauja su žvaigždėmis. Naujame tyrime pristatomas detaliausias atominio vandenilio struktūrų tyrimas. Aukštos raiškos stebėjimai parodė, kad vandenilis daugiausiai pasiskirstęs pailgomis juostomis; vienos jų ilgis siekia beveik kiloparseką ir tai yra bene ilgiausias vieningas darinys mūsų Galaktikoje (spiralinės vijos yra daug ilgesnės, bet ne vientisos). Dauguma juostų driekiasi lygiagrečiai Galaktikos diskui – jas taip ištempia disko sukimasis. Visgi keliose vietose užfiksuotos vertikalios juostos. Jos randamos aplink regionus, kuriuose ilgą laiką formuojasi žvaigždės, taigi tai greičiausiai yra daugelio supernovų sprogimų suformuoti dariniai. Vandenilis juose turbūt tolsta nuo disko arba artėja prie jo – abu procesai kartu sudaro vadinamąjį Galaktinį fontaną. Šis atradimas parodo tvirtą ryšį tarp vandenilio dujų morfologijos ir dinaminių procesų, vykstančių Galaktikoje, taigi ateityje morfologiją galima bus geriau panaudoti siekiant suprasti Galaktikos vystymosi istoriją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Paukščių Tako baldžo formavimasis. Kaip ir daugelis diskinių galaktikų, Paukščių Takas turi baldžą – centrinį elipsoido formos žvaigždžių telkinį. Jo kilmė nėra iki galo aiški; pavyzdžiui, nežinia, kada susiformavo dauguma jo žvaigždžių. Nauji stebėjimai rodo, kad baldžas greičiausiai susiformavo vieno žvaigždėdaros žybsnio metu prieš daugiau nei 10 milijardų metų. Tokia išvada padaryta išanalizavus daugiau nei 200 kvadratinių laipsnių – 1000 kartų daugiau už Mėnulio pilnatį – apimantį dangaus plotą pietinės baldžo dalies kryptimi. Tame plote identifikuota 250 milijonų unikalių objektų, kurių didelė dalis yra baldžo žvaigždės. Jų cheminė sudėtis labai panaši tarpusavyje – tai rodo, kad žvaigždės formavosi beveik vienu metu iš tų pačių dujų. Kai kurių žvaigždžių evoliucinė stadija rodo jas esant daugiau nei 10 milijardų metų amžiaus – tai galimai rodo, kad baldžo žvaigždės susiformavo, kai Paukščių Takas susijungė su palydovine Gajos-Encelado galaktika. Iš kitos pusės, sunkesnių už helį cheminių elementų žvaigždės turi panašiai, kaip Saulė, susiformavusi penkiais milijardais metų vėliau. Taigi tikėtina, kad arba Gajos-Encelado dujos buvo gerokai praturtintos tokiais elementais, arba baldže cheminė evoliucija vyko gerokai sparčiau, nei diske. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nauji gravitacinių bangų signalai. 2015 metų pabaigoje aptiktas pirmasis gravitacinių bangų signalas. Per pirmus kelis stebėjimų mėnesius užfiksuoti dar du. Per antrąją LIGO detektoriaus stebėjimų programą 2017 metais – dar septyni. O štai per trečiosios programos pirmą pusę, nuo 2019 balandžio iki spalio – net 39, arba vidutiniškai po pusantro per savaitę. Praeitą savaitę paskelbtas šių įvykių katalogas; tiesa, 26 įvykiai buvo jau anksčiau paskelbti trumpuose pranešimuose. Priešingai nei ankstesniuose kataloguose, šiame esama įvykių, kurių metu susijungė juodosios skylės su labai nevienodomis masėmis, taip pat gerokai padidėjo ir masių intervalas. Masyviausia susijungusių juodųjų skylių pora buvo net 150 kartų masyvesnė už Saulę; ankstesnis rekordas buvo apie 80 Saulės masių. Katalogas, apjungtas su ankstesniais duomenimis, leidžia daug geriau išnagrinėti juodųjų skylių ir neutroninių žvaigždžių populiaciją. Paėmę 47 įvykius su tiksliausiais duomenimis, mokslininkai apskaičiavo juodųjų skylių masių pasiskirstymą, susiliejimų dažnumą bei įvykių priklausomybę nuo kosmologinės epochos. Paaiškėjo, kad masyvesnių juodųjų skylių yra mažiau, nei mažesnių – kaip ir turėtų būti – tačiau nuo maždaug 40 Saulės masių ju ima mažėti labai sparčiai. Vos 3% visų juodųjų skylių prieš susiliejimą yra masyvesnės nei 45 Saulės masės, nors, kaip jau žinome, egzistuoja ir 85 kartus už Saulę masyvesnis objektas. Objektų, kurių masės tarp 2,6 ir 6 Saulės masių, praktiškai nėra – tai vadinamasis „masės tarpas“ tarp neutroninių žvaigždžių ir juodųjų skylių. Viename kubiniame gigaparseke – tokiame tūryje rastume apie milijoną Paukščių Tako dydžio galaktikų – per metus įvyksta kone 25 juodųjų skylių ir daugiau nei 300 neutroninių žvaigždžių susiliejimų. Taigi susiliejimo Paukščių Take, bent jau vertinant statistiškai, laukti teks ilgai. Dar vienas įdomus atradimas – tarp 12 ir 44% visų juodųjų skylių susiliejimų įvyksta objektams sukantis priešingomis kryptimis. Tai gali reikšti, kad šios sistemos susiformuoja ne iš dvinarės žvaigždės (per daugybę milijonų evoliucijos metų dvinarėje sistemoje esančių juodųjų skylių sukimosi kryptys turėtų supanašėti), o susiporuoja netrukus prieš susiliejimą, galbūt tankiuose spiečiuose. Tyrimo rezultatai arXiv: katalogas ir populiacijos analizė.

***

Tamsiosios materijos pasiskirstymas. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad tamsiosios materijos halai, gaubiantys galaktikas, turėtų turėti „kūpsnius“ – reikšmingus sutankėjimus ties centru. Visgi stebėjimai – pavyzdžiui, žvaigždžių ir dujų judėjimo – rodo, kad daugumoje galaktikų tamsioji materija turi maždaug vienodo tankio platų centrinį branduolį. Kodėl tamsiosios materijos tankis galaktikų centruose yra daug mažesnis, nei prognozuoja modeliai? Yra keletas hipotezių, bandančių atsakyti į šį klausimą, pavyzdžiui supernovų sprogimų sukeliamos dujų bangos arba tamsiosios materijos dalelių prigimtis. Dabar pasiūlytas dar vienas paaiškinimas, paremtas statistinės fizikos dėsniais. Statistinė fizika yra fizikos šaka, nagrinėjanti daugybės dalelių rinkinių savybes, pavyzdžiui dujų ar skysčių. Jei tamsioji materija sudaryta iš elementariųjų dalelių, panašūs dėsniai turėtų galioti ir jai. Vienas iš tokių dėsnių teigia, kad sistemos linkusios evoliucionuoti tai, kad pasiektų didžiausią entropiją, kitaip tariant, šiluminę pusiausvyrą. Apskaičiuotas tamsiosios materijos tankio pasiskirstymas, duodantis maksimalią entropiją, puikiai atitinka stebėjimų rezultatus. Ar tai jau galutinis atsakymas? Toli gražu. Tam, kad tamsioji materija pasiektų maksimalios entropijos būseną, jos dalelės turi pakankamai dažnai ir stipriai sąveikauti tarpusavyje. Vien gravitacinių sąveikų neužtenka, tad tamsioji materija turėtų sąveikauti dar kažkaip kitaip. Kaip – kol kas nežinia, bet išsiaiškinę atsakymą, galėtume suprasti ir tamsiosios materijos prigimtį. Naujasis modelis duoda prognozę, kad panašiai tamsioji materija pasiskirsčiusi įvairaus dydžio galaktikose – ir nykštukinėse, kur pasiskirstymas išmatuotas gana tiksliai, ir masyviose, kurių centruose tiek žvaigždžių, kad nustatyti tamsiosios materijos poveikį yra sudėtinga. Patikrinti šią prognozę bus galima atliekant vis geresnius galaktikų stebėjimus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ankstyvos galaktikos užaugo greitai. Galaktikos pradėjo formuotis praėjus vos keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Pirmosios galaktikos buvo labai netvarkingos, kupinos dujų, jose sparčiai formavosi žvaigždės. Šiandieninės galaktikos daug tvarkingesnės ir ramesnės. Kaip įvyko pokytis iš pirmųjų į pastarąsias? Į tą bandoma atsakyti detaliai stebint galaktikas įvairiais Visatos raidos tarpsniais. Naujame tyrime pristatomi 118 žvaigždes formuojančių galaktikų, egzistavusių Visatos amžiui esant 1-1,5 milijardo metų, duomenys. Galaktikos ištirtos fiksuojant jose esančios jonizuotos anglies spinduliuotę; jonizuota anglis sumišusi su atominės fazės vandeniliu, tad stebint pirmąją, galima neblogai suprasti dujų pasiskirstymą; be to, anglis reikalinga dulkėms formuotis, taigi stebėjimai parodo ir dulkių kiekį galaktikoje. Panašiu atstumu esančių galaktikų buvo nemažai aptikta ir seniau, bet šis tyrimas yra gausiausias ir išsamiausias. Nustatyta didelė galaktikų formų įvairovė: tik 11% yra diskinės, 40% jungiasi su kompanionėmis, 13% yra labai kompaktiškos, 20% – elipsinės. Likusios pernelyg blausios, kad pavyktų įvertinti formą. Diskinių galaktikų dalis netikėtai maža, nes modeliai rodo, kad praeityje jų turėjo būti daug daugiau, nei aplinkinėje Visatoje (~60%). Taip pat tiriamose galaktikose aptikta daug dulkių – jos susidaro tik mirus pirmosioms žvaigždėms, tad įprastai manoma, kad ankstyvoje Visatoje galaktikos turėtų būti „švaresnės“. Visgi panašu, kad galaktikos, bent jau ištirtos šiame darbe, užaugo ir subrendo labai greitai – praėjus vos dešimtadaliui dabartinio Visatos amžiaus, jų savybės buvo gana panašios į šiandien egzistuojančių galaktikų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pusę Nobelio fizikos premijos šiemet gavo Rogeris Penrose`as. Jo teoriniai darbai įrodė, kad juodosios skylės gali egzistuoti realioje Visatoje. Jo sukurta singuliarumo teorema įrodo, kad juodojoje skylėje erdvėlaikis tiesiog pranyksta. Apie tai pasakoja PBS Space Time:

***

Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.

Laiqualasse