Astrofizikos tyrimų objektai, kaip taisyklė, yra labai toli. Nueiti iki žvaigždės ir pamatuoti ją su liniuote ir termometru, bent kol kas, neįmanoma. Net ir įprastesni „tiesioginiai“ matavimai – konkretaus reiškinio stebėjimas, ieškant tam tikrų tendencijų, kurios slepia užuominas apie fizikinius reiškinius – ne visada įmanomi. Tada reikia pasitelkti netiesioginius matavimus – įvairias koreliacijas ir priklausomybes, kurias patikslinę galime daugiau išsiaiškinti ir apie norimą reiškinį, arba patikslinti kitų matavimų rezultatus. Pavyzdžiui, negalime tiksliai išmatuoti, kiek ličio susiformavo per pirmąsias minutes po Didžiojo sprogimo, bet tyrinėdami jo kiekį senų baltųjų nykštukių atmosferoje, priartėjame prie atsakymo. Negalime tiksliai nustatyti neutroninių žvaigždžių skersmenų, bet šį dydį apibrėžti padeda gravitacinių bangų ir pulsarų žybsnių duomenys. Negalima patikrinti ledo sankaupų Marse savybių iš arti, bet tą įmanoma padaryti radaru iš orbitos. Nežinome, kaip tiksliai susiformavo Paukščių Tako centrinis branduolys, bet randame šio proceso liekanų – tarsi fosilijų, kurios padės geriau išsiaiškinti proceso detales. Kitose naujienose – asteroido mėginiai Žemėje, ilgiausia tarpgalaktinė dujų gija ir automatinis supernovų klasifikavimas. Gero skaitymo!
***
Šiandien – žiemos saulėgrįža. Žemės ašigalio šiaurinė pusė maždaug vidurdienį nusisuko toliausiai nuo Saulės ir ėmė vėl gręžtis jos link. Stebinti iš Žemės, šis gręžiojimasis pasireiškia kaip dienos trukmės kitimas ir Saulės tekėjimo bei laidos krypties kitimas. Astrofotografas Zaidas M. Al-Abbadis pernai kiekvieną mėnesį fotografavo saulėtekį netoli Ammano miesto Jordanijoje ir sudėjo šį koliažą, puikiai parodantį Saulės regimojo judėjimo pokyčius einant metams.
***
Ledo judėjimas pietiniame Marse. Nors Marso paviršius labai sausas bent pastaruosius tris milijardus metų, jame vis dar vyksta su vandeniu susiję geologiniai (areologiniai?) procesai. Naujame tyrime pristatomi įrodymai, kad per pastaruosius kelis milijonus metų pietiniame planetos pusrutulyje susiformavo didelis vandens ledo telkinys. Apskritai vandens ledo judėjimo požymių Marse matoma nemažai, o naujajame darbe pristatoma globalaus jų stebėjimo duomenų analizė. Stebėjimai atlikti radaro instrumentu, esančiu NASA Marso apžvalgos zonde (Mars Reconnaisance Orbiter, MRO). Tokie stebėjimai leidžia aptikti negiliai po paviršiumi esantį ledą, nes jis gerai atspindi radijo bangas, o smėlis ir uolienos – ne. Viename regione – Nereidžių kalnuose, šiaurinėje didžiulio Argyrės baseino pusėje – aptiktas didžiulis ledo telkinys, kurio storis siekia bent 500 metrų. Apskritai Nereidžių kalnuose yra daug įvairaus dydžio beveik gryno ledo sankaupų. Kraterių tankis virš sankaupų leido įvertinti jų amžių: seniausios sankaupos yra šimtų milijonų metų amžiaus, jauniausios – mažiau nei dešimties milijonų. Dideli vandens ledo klodai, esantys vidurinėse platumose, atvers naujas galimybes žmonių misijoms: čia patogiau įkurti bazę, nei arti ašigalių. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.
***
Elektriniai procesai Marso paviršiuje. Dulkių audros – gana dažnas reiškinys Marse, kurio paviršius labai sausas. Žemėje dulkių audrų irgi pasitaiko, o pagrindinis jų efektas yra fizinis: paviršių erozija, kopų formavimas ir panašiai. Visgi kituose dangaus kūnuose dulkės gali sukelti ir cheminių reakcijų. Tai nutinka dėl jų sukuriamų elektrostatinių išlydžių, kaip pademonstruota naujuose laboratoriniuose eksperimentuose. Žemėje audrų metu išsiskirsto elektriniai krūviai – tai nutinka ir dulkėse prie paviršiaus, ir debesyse. Dideli krūvių skirtumai sukelia žaibo išlydžius. Marse krūvių išsiskyrimas taip pat vyksta, tačiau reta atmosfera nelabai tinka žaibo išlydžiams, tad dažnesni yra du kitokie išlydžių tipai: tamsusis Townsendo išlydis ir švytintis išlydis (pastarasis yra dujinių lempų veikimo principas). Šie reiškiniai, vykstantys prie pat planetos paviršiaus, gali sukelti įvairių cheminių reakcijų, pavyzdžiui sukurti ir performuoti įvairias sieros bei chloro druskas. Curiosity rado daug tokių junginių Gale krateryje, bet iki šiol jų analizė rėmėsi prielaida, kad druskos po susiformavimo vandeningoje aplinkoje keitėsi nežymiai. Naujieji laboratoriniai eksperimentai rodo, kad reikšmingi pokyčiai galėjo įvykti vos per šimtą metų. Pagrindiniai pokyčiai yra trys: kristalinės struktūros nykimas, vandens molekulių praradimas ir oksidacija. Norint tinkamai įvertinti šiuos efektus, reikėtų atlikti papildomų tyrimų tiesiai Marse, tad šis atradimas gali paskatinti permąstyti ateities Marso misijų sandarą. Vienas iš paprasčiausių būdų išvengti elektrocheminių pokyčių įtakos – imti mėginius ne nuo paviršiaus, bet iš gilesnių uolienų. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.
***
Ryugu asteroido medžiaga. Gruodžio pradžioje Australijoje numesta kapsulė iš Japonijos zondo Hayabusa2 tikrai turi asteroido medžiagos – tą patvirtino tyrėjai, atidarę ją pirmadienį. Kapsulė sudaryta iš keleto dalių; atidarę pirmąjį, išorinį kiaurą, mokslininkai aptiko tamsių dulkių, konsistencija primenančių smėlį. Diena vėliau atidaryta ir vidinė, 40 centimetrų skersmens paplokščia cilindrinė kapsulė, kurioje atrasta „labai daug“ asteroido medžiagos. Dalis medžiagos yra panašus smėlis ir dulkės, bet taip pat rasta ir didesnių granulių-akmenukų. Pusę šios medžiagos ketinama panaudoti tyrimams jau dabar – iš pradžių Japonijoje, o nuo 2022 metų ja bus dalinamasi su NASA ir kitais tarptautiniais partneriais. Kita pusė medžiagos bus užkonservuota ateičiai, kai patobulės analizės technologijos.
Hayabusa2 kapsulėje buvo ne tik asteroido uolienų. Specialioje talpykloje pagauta ir iš asteroido sklindančių dujų. Talpykla šiek tiek pradaryta iškart po suradimo Australijoje ir vėliau Japonijoje – abu kartus išsiveržusių dujų cheminė sudėtis buvo tokia pati ir reikšmingai skyrėsi nuo Žemės atmosferos. Taip pat talpykla nebuvo niekaip pažeista, ją uždarantis kaištis laikėsi sandariai. Šie požymiai leidžia pagrįstai teigti, kad talpykloje esančios dujos tikrai surinktos asteroide, o Žemės atmosferos priemaišos, jei ir egzistuoja, tėra visiškai menkos. Tai pirmas kartas, kai į Žemę pargabenamas dujų mėginys iš tolimojo kosmoso.
***
Įvairios megastruktūros dažnai figūruoja fantastiniuose kūriniuose, o kaip jos atrodytų realybėje? Kaip jas galėtume aptikti ar gal net tyrinėti? Apie tai su dviem rašytojais fantastais – Gregory Benfordu ir Larry Nivenu – kalbasi John Michael Godier:
***
Dirbtinis intelektas klasifikuoja supernovas. Žvaigždžių sprogimai – supernovos – būna labai įvairūs. Du pagrindiniai tipai yra termobranduolinės, kurių metu susprogsta baltoji nykštukė, ir branduolio kolapso, įvykstančios masyvios žvaigždės gyvenimo pabaigoje; bet yra ir daugiau atmainų. Pagal stebimas charakteristikas branduolio kolapso supernovos skirstomos dar į bent keturis potipius. Įprastai juos atskirti vieną nuo kito galima tik išmatavus supernovos spektrą – šviesio priklausomybę nuo bangos ilgio. Šiuo metu spektrai išmatuojami maždaug kas dešimtai aptiktai supernovai, o artimiausiu metu pradėsianti veikti Veros Rubin observatorija supernovų atradimų turėtų padidinti šimtą kartų. Taigi norėtųsi galimybės supernovas patikimai klasifikuoti be spektrinės informacijos. Tą padaryti gali padėti mašininio mokymo algoritmai. Tyrėjai paėmė 2315 supernovų šviesio kreivių – šviesio kitimo einant laikui – duomenis iš Pan-STARRS1 apžvalgos, tarp kurių kiek daugiau nei 500 turi spektrinę informaciją. Pagal šiuos duomenis apmokę neuroninį tinklą, jį panaudojo likusių supernovų klasifikavimui. Automatinė klasifikacija 82 procentais atitiko rankinio klasifikavimo rezultatus, tačiau, žinoma, užtruko žymiai trumpiau. Ateityje tokius algoritmus bus galima panaudoti supernovų klasifikavimui realiu laiku, vos pradėjus stebėjimus, o tai leis geriau parinkti įvykius detalesniems stebėjimams įvairiais teleskopais. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Centrinio telkinio formavimosi fosilijos. Paukščių Takas, kaip ir dauguma kitų diskinių galaktikų, turi centrinį telkinį – elipsoidinę žvaigždžių, dujų ir dulkių struktūrą, pūpsančią disko viduryje. Kai kurių galaktikų baldžai susiformuoja pačioje galaktikos jaunystėje, dar net prieš diską. Kitų formuojasi tolygiai iš disko žvaigždžių, kintant jų orbitoms. Kaip formavosi Paukščių Tako baldžas? Į šį klausimą atsakyti turėtų padėti naujas atradimas, rodantis, kad baldže vis dar yra nuo jo formavimosi likusių „fosilijų“. Jau seniau žinoma, kad spiečius Terzan 5 turi dvi žvaigždžių populiacijas, vieną 12 milijardų amžiaus, kitą gerokai jaunesnę, o jo žvaigždžių cheminės sudėties įvairovė labai panaši į viso baldžo žvaigždes. Dabar atrastas antras toks pat spiečius – Liller 1. Pats spiečius irgi žinomas seniai, bet tik nauji labai detalūs stebėjimai leido įvertinti jo žvaigždžių savybes. Liller 1 taip pat turi bent dvi žvaigždžių populiacijas – 1-3 milijardų metų ir 12 milijardų metų amžiaus, jų cheminė sudėtis taip pat gerai atitinka viso baldžo sudėtį. Įprastai spiečiuose randama arba viena žvaigždžių populiacija, arba dvi panašaus amžiaus, o cheminė sudėtis turėtų gerokai skirtis nuo aplinkos, kurioje spiečiai skrajoja. Vienas neįprastas spiečius galėtų būti laikomas anomalija, tačiau du – jau tendencija. Taigi šiuos spiečius derėtų laikyti baldžo formavimosi fosilijomis – liekanomis žvaigždžių sistemų, kurios susijungė ir suformavo Paukščių Tako baldžą. Tikėtina, kad panašių sistemų gali būti ir daugiau – jų atradimas padės geriau suprasti Paukščių Tako, o kartu ir kitų galaktikų, baldžų istoriją. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.
***
Jauna sparčiai evoliucionavusi galaktika. Aplinkinėje Visatoje esama labai įvairių galaktikų – nuo nykštukinių su vos keliais tūkstančiais žvaigždžių, iki gigantiškų elipsinių, šimtus kartų didesnių už Paukščių Taką. Pastarosios galaktikos paprastai turi daugiau sunkesnių už helį elementų (astronomai juos vadina tiesiog „metalais“), nei jų randama Saulėje, o jų žvaigždės vidutiniškai labai senos. Kaip tiksliai šios galaktikos susiformavo, kaip ir kodėl sustojo jų žvaigždėdara, kol kas neaišku. Atsakyti į klausimą padeda tolimų galaktikų, kurios galėtų būti šiandieninių elipsinių gigančių pirmtakai, stebėjimai. Naujame tyrime pristatoma tokia galaktika, egzistavusi kai Visatos amžius buvo 1,8 milijardo metų, tačiau labai panaši į vietines elipsines. Galaktikos C1-23152 žvaigždžių metalingumas yra beveik dvigubai didesnis, nei Saulės, o tipinis judėjimo greitis – net 400 kilometrų per sekundę, gerokai daugiau, nei Paukščių Take. Iš kitos pusės, galaktikos masė tesiekia apie dešimtadalį Paukščių Tako masės; tai reiškia, kad ji yra labai kompaktiška – kitu atveju taip greitai lakstančios žvaigždės pabėgtų iš galaktikos. Tai įrodo, kad galaktika greičiausiai pastaruoju metu nepatyrė ir reikšmingų susiliejimų, kitaip ji būtų daug didesnė ar netvarkinga. Vidutinis galaktikos žvaigždžių amžius tėra apie 400 milijonų metų; didžioji žvaigždžių dalis susiformavo 150-600 milijonų metų prieš stebimą momentą. Taigi galaktikos evoliuciją galima aprašyti trimis etapais: iš pradžių ji augo lėtai ir tolygiai, prieš 600 milijonų metų prasidėjo žvaigždėdaros žybsnis, o prieš 150 milijonų metų jis nuslopo. Tikėtina, kad žvaigždėdarą nuslopino aktyvaus branduolio poveikis, bet turimais duomenimis to vienareikšmiškai įrodyti neįmanoma. Nuo stebimo momento iki šių dienų galaktika turbūt evoliucionavo „ramiai“, be tolesnių reikšmingų žvaigždėdaros žybsnių; po kelių dešimčių susiliejimų su panašiomis seserimis ji galėjo pavirsti į elipsinę gigantę, kokios matomos aplinkinėje Visatoje. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Ilgiausia tarpgalaktinė gija. Galaktikas ir jų spiečius jungia labai retų ir karštų dujų gijos. Taip bent jau rodo skaitmeniniai modeliai. Pastaraisiais metais gijų egzistavimas įrodytas naudojant sumuotus stebėjimus: daugelio galaktikų porų vaizdus sudėjus vieną ant kito, tarp jų išryškėja medžiagos sutankėjimai, kurių nematyti pavienėse nuotraukose. Dabar pirmą kartą tarpgalaktinė gija aptikta tiesiogiai, ir ne bet kokia, o ilgesnė už bet kurią anksčiau žinotą. Telkinyje Abell 3391/95, kurį sudaro trys besijungiantys galaktikų spiečiai, mokslininkai aptiko net 15 megaparsekų ilgio dujų giją. Aptikti ją pavyko naudojant naują rentgeno spindulių teleskopą eROSITA, kurio beprecedentis jautrumas leido užfiksuoti labai silpną ypatingai karštų dujų spinduliuotę. Tiesa, gija gali būti dar ilgesnė, nes nežinia, kokį kampą ji sudaro su dangaus plokštuma. Gijos ir apskritai retų tarpgalaktinių dujų savybės labai gerai atitinka skaitmeninių modelių prognozes. Tai suteikia tvirtesnį pagrindą teigti, kad dabartiniai kosminės struktūros formavimosi modeliai gerai paaiškina realios Visatos evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Čiurkšlės netenka energijos toruose. Kai kurie aktyvūs galaktikų branduoliai turi čiurkšles – siaurus energingų dalelių pluoštus, lekiančius nuo centrinės juodosios skylės beveik šviesos greičiu. Čiurkšlės kartais išsiveržia net iš galaktikos, kurios centre prasidėjo, bet didelę dalį energijos praranda dar pačiame centre. Ta energija sukuria gama bei radijo spinduliuotę, kurią stebime sklindant iš daugelio aktyvių branduolių. Visgi šiuolaikinių teleskopų pajėgumų nepakanka, kad būtų galima tiesiogiai pamatyti, kurioje tiksliai vietoje prie centrinės juodosios skylės čiurkšlė netenka didžiosios dalies energijos. Įvairūs bandymai nustatyti šią vietą remiasi sudėtingais modeliais. Kol kas rezultatai rodo dvi galimas vietas: molekulinių dujų torą, kuris juosia aktyvų branduolį maždaug vieno parseko atstumu nuo juodosios skylės, arba plačiųjų linijų regioną, sudarytą iš greitai judančių dujų debesų dešimt kartų arčiau. Naujame tyrime pateikiami gana paprasti argumentai, jog greičiausiai pagrindinė energijos sklaida vyksta molekuliniame tore. Argumentas paremtas gama spinduliuotės formavimosi mechanizmu – mažos energijos fotonų energizavimu sąveikaujant su čiurkšlės dalelėmis. Šis procesas, vadinamas išorine Komptono sklaida, priklauso nuo to, kokia žemos energijos fotonų populiacija egzistuoja skirtingose vietose – paprasčiau tariant, kaip spinduliuoja skirtingi aktyvaus branduolio regionai. Informaciją apie tuos „pirmykščius“ fotonus galima apjungti į vieną kriterijų, kurį tyrėjai pavadino „sėkliniu faktoriumi“ (angl. seed factor, nes žemos energijos fotonai vadinami seed photons). Faktorių apskaičiuoti galima ir remiantis aktyvių branduolių modeliais, ir realių branduolių su čiurkšlėmis stebėjimais. Išnagrinėję 62 aktyvių branduolių čiurkšlių stebėjimus, tyrėjai nustatė, kad dauguma jų turi sėklinį faktorių, atitinkantį molekulinio toro prognozę, o ne plačiųjų linijų regiono. Jei laikysime, kad visuose aktyviuose branduoliuose čiurkšlės energija atiduodama toje pačioje vietoje, tuomet tikimybė, kad tai yra molekulinis toras, kelis milijonus kartų viršija tikimybę, kad tai vyksta plačiųjų linijų regione. Iš kitos pusės, gali būti, kad skirtinguose branduoliuose energija atiduodama skirtingose vietose; tokiu atveju plačiųjų linijų regione čiurkšlė energiją atiduoda maždaug kas trečioje galaktikoje. Šis atradimas turėtų padėti geriau suprasti ir aktyvių branduolių spinduliuotės detales, ir jų poveikį platesnei galaktinei aplinkai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.
***
Litis baltųjų nykštukių atmosferoje. Litis – trečias periodinės lentelės cheminis elementas – Visatoje egzistuoja nuo pirmųjų minučių po Didžiojo sprogimo. Šiek tiek jo susiformavo būtent tada, kartu su vandeniliu, deuteriu, tričiu ir dviem helio izotopais. Teoriniai modeliai pateikia labai aiškią prognozę, kiek šių elementų turėjo būti pirmykštėje Visatoje; stebėjimai patvirtina prognozes apie deuterį bei helį. O štai ličio gausa, išmatuojama seniausiose žvaigždėse, yra apie keturis kartus mažesnė, nei prognozuojama. Šis neatitikimas vadinamas „kosmologine ličio problema“. Visgi gali būti, kad ličio žvaigždėse nematyti dėl kitų priežasčių – gal jis žvaigždėse sunyksta, gal nuskęsta giliai ir nelieka atmosferose ir taip toliau. Kitas būdas išmatuoti pirmykščio ličio gausą būtų tyrinėjant kuo senesnes uolienas – ličio gausa jose padėtų apskaičiuoti šio elemento santykį su kitais nelakiais elementais, pavyzdžiui siliciu. Visgi čia iškyla problema, kad seniausios Saulės sistemos uolienos yra „tik“ puspenkto milijardo metų amžiaus. Bet kartais šią problemą pavyksta išspręsti ir tolimų žvaigždžių stebėjimais. Naujame tyrime pristatomi baltųjų nykštukių – į Saulę panašių žvaigždžių liekanų – stebėjimai, kuriuose identifikuojamas jų atmosferų „užteršimas“ neseniai suardytų uolinių darinių liekanomis. Tokie reiškiniai aptinkami toli gražu ne pirmą kartą, bet šįsyk pavyko išmatuoti ličio, natrio, kalio ir kalcio gausą atmosferose; litis ir kalis baltosios nykštukės atmosferoje aptikti pirmą kartą. Be to, nykštukių sistemos susiformavo maždaug prieš devynis milijardus metų, gerokai seniau nei Saulė. Tikėtini natrio, kalio ir kalcio kiekiai suardytuose asteroiduose buvo tokie patys, kaip ir Saulės sistemos uolienose, o štai ličio turbūt buvo daugiau. Kol kas rezultatai yra pirminiai, o jų paklaidos – gana didelės, bet šis atradimas gali duoti pradžią detalesnei analizei ateityje. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.
***
Naujoviški Visatos plėtimosi matavimai. Visatos plėtimosi spartą – Hablo parametrą – galima išmatuoti įvairiais būdais. Du pagrindiniai pastaraisiais metais duoda vis labiau nesutampančius rezultatus. Matuojant kosminės foninės spinduliuotės netolygumus gaunama vertė lygi maždaug 68 km/s/Mpc (t. y. vieno megaparseko atstumu esanti galaktika turėtų nuo mūsų tolti 68 km/s greičiu dėl Visatos plėtimosi), o matuojant supernovas aplinkinėse galaktikose – 74 km/s/Mpc. Yra ir kitų metodų Hablo parametro vertei nustatyti, bet jie kol kas gerokai mažiau patikimi, o rezultatai statistiškai sutinka su abiem pagrindinėm vertėm. Vienas iš tokių būdų remiasi gravitacinėmis bangomis iš neutroninių žvaigždžių susiliejimų. Prieš trejus metus, paskelbus apie pirmąjį tokį užfiksuotą įvykį, buvo atlikta analizė, o dabar ji pakartota, pridėjus daugiau duomenų. Bene pagrindinis paklaidų šaltinis pirmoje analizėje buvo netiksliai žinomas neutroninės žvaigždės spindulys, tad dabar mokslininkai ėmėsi šio dydžio patikslinimo. Remdamiesi dviejų gravitacinių bangų signalų informacija, taip pat įvairių pulsarų – labai greitai besisukančių neutroninių žvaigždžių – stebėjimais ir skaitmeniniais neutroninių žvaigždžių struktūros modeliais, jie apskaičiavo, kad 1,4 karto už Saulę masyvesnės neutroninės žvaigždės spindulys yra 11,75 kilometro, vos su 800 metrų paklaida. Tai yra bene mažiausios įmanomos masės neutroninė žvaigždė. Šitaip gerokai sumažinta ir Hablo parametro paklaida – ji tesiekia 4 km/s/Mpc, o pati vertė – 66 km/s/Mpc. Taigi gravitacinės bangos rodo, kad tikslesnė yra mažesnioji, iš foninės spinduliuotės stebėjimų gaunama, Hablo parametro vertė. Kodėl supernovų stebėjimai duoda reikšmingai didesnį rezultatą, kol kas atsakymo neturime. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.
***
Štai ir visos naujienos iš prieškalėdinės savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.
Laiqualasse