Kąsnelis Visatos CDLXXV: Susidūrimai

Kad kometos ir asteroidai atnešė į Žemę vandenį, seniai ne paslaptis. Bet pasirodo, kad greičiausiai jų smūgiai čia atgabeno ir didelę dalį anglies, būtinos visai gyvybei. Marso palydovai Fobas ir Deimas praeityje galimai buvo vienas kūnas, subyrėjęs dėl kokio nors susidūrimo. Juodųjų skylių susijungimai sukelia gravitacinių bangų signalus, bet šie gali būti ir egzotiškų žvaigždžių susidūrimo padariniai. Dar praėjusios savaitės naujienose – galaktikų susiliejimai, žvaigždžių išsiveržimai, Mėnulio kolonizavimo technologijos ir kosminiai uraganai virš Žemės ašigalių. Gero skaitymo!

***

Magnetosfera kuria kosminius urganaus. Žemės magnetosfera nustumia Saulės vėją, o dalis jo dalelių pasiekia planetą ties magnetiniais ašigaliais. Kartais tie dalelių srautai gali susisukti į spiralinius sūkurius, tarsi kosminiai uraganai. Dabar pirmą kartą toks kosminis uraganas aptiktas stebėjimų duomenyse. Tyrėjai jį aptiko analizuodami dar 2014 metais surinktą informaciją apie magnetinį lauką ir dalelių srautus Žemės aplinkoje. Viesulas susiformavo maždaug 100 kilometrų aukštyje virš planetos paviršiaus, jo skersmuo siekė tūkstantį kilometrų. Daugeliu savybių jis priminė įprastesnius, arti paviršiaus vykstančius, uraganus: turėjo spiralines vijas, o jo centre medžiaga beveik visiškai nejudėjo. Sūkurys išsisklaidė per aštuonias valandas. Skaitmeniniai modeliai parodė, kad uraganą sukėlė magnetinio lauko linijų persijungimas arti ašigalių – šio reiškinio metu išlaisvinama daug energijos, kuri galėjo įsukti krentančias elektringas daleles. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Mėnulio regolito panaudojimas. Kai žmonės sugrįš į Mėnulį, jie ten turėtų pasilikti ilgam; NASA planuose figūruoja tyrimų stotys, kuriose nuolat gyvens ir dirbs po keletą astronautų, panašiai kaip šiandien Tarptautinėje kosminėje stotyje. Tam reikės įvairių pastatų bei įrangos. NASA tikisi kuo didesnę dalį reikalingos infrastruktūros pagaminti naudojant vietines medžiagas, taip taupant skrydžių kaštus. Viena galima naudinga medžiaga yra Mėnulio paviršinės dulkės, vadinamos regolitu. Praeitą savaitę NASA skyrė finansavimą dviem projektams, susijusiems su Mėnulio resursų išnaudojimu (angl. In-situ resource utilization, ISRU).

Pirmasis projektas susijęs su vandens bei metalų išgavimu iš regolito. Dulkėse yra ir vieno, ir kito, tačiau kol kas vystant ISRU technologijas paprastai būdavo kalbama apie vandens išgavimą. Panaudotas nusausintas regolitas tada būtų išmetamas. Tačiau naujame projekte kalbama apie įvairių naudingų medžiagų išgavimą bei atskyrimą vienu metu. Tam būtų naudojamas vadinamas abliuojančio lanko kasimo metodas. Abliuojantis lankas – tai elektros iškrova, susidaranti tarp dviejų elektrodų, kuri jonizuoja į ją pakliūvančias daleles. Įdėjus elektrodus į regolitą, būtų jonizuojamos dulkės ir jose esančios naudingos medžiagos; tada elektrinio ir magnetinio laukų pagalba jonizuotos dalelės būtų nuvedamos į surinkimo rezervuarus. Skirtinga kiekvieno jono masė lemia, kad skirtingos medžiagos atsidurtų skirtinguose rezervuaruose. Abliavimas elektros lauku, o ne šilumine energija, kol kas nėra plačiai taikoma technologija, tad projekto tikslas – ją išvystyti ir išsiaiškinti, kokio dydžio įrangos reikėtų, norint per metus Mėnulyje išgauti 10 tonų vandens, bet kokie būtų energijos poreikiai.

Kitas projektas susijęs su regolito sutvirtinimu, kad esamas Mėnulio lygumas būtų galima paversti raketų nusileidimo aikštelėmis. Daugumai regolito panaudojimo projektų reikia nemenkų resursų, tad jie bus praktiškai įgyvendinami tik tada, kai Mėnulyje jau turėsite šiek tiek infrastruktūros – pavyzdžiui, Saulės elementų ar kitokių jėgainių. Šis projektas, priešingai, būtų skirtas pirmiesiems kolonijos statybos žingsniams. Jo tikslas – kuo mažesnėmis (ir energijos, ir masės prasme) sąnaudomis sukurti nusileidimo aikštelę lygiame Mėnulio paviršiaus lopinėlyje. Technologija susidėtų iš dviejų esminių komponentų: lengvo nusileidimo aikštelės paviršinio sluoksnio, kuris būtų atgabenamas iš Žemės, ir mikrokapsulių su medžiagomis, kurios sąveikautų su regolitu ir pagamintų „inkarus“, pritvirtinančius viršutinį sluoksnį prie esamų uolienų. Medžiagos mikrokapsulėse turėtų būti kokie nors nano-termitai – labai reaktyvūs nanodalelių mišiniai, aktyvuojami nuo sukrėtimo – bei organosilikonai, panašūs į hermetinius mišinius, naudojamus namų apdailoje. Projekto tikslas – ištirti, kokie mišiniai būtų geriausi regolito sutvirtinimui, bei kaip išnaudoti pačiame regolite esančių cheminių jungčių energiją šiam procesui paspartinti.

***

Marso palydovų kilmė. Abu Marso palydovai, Fobas ir Deimas, yra mažyčiai netvarkingos formos akmenukai. Kurį laiką buvo manoma, kad kadaise jie buvo asteroidai, kuriuos Marsas pagavo ir išlaikė savo orbitoje, bet pastaruoju metu ši hipotezė turi nedaug palaikymo. Alternatyvi idėja – kad palydovai susiformavo kartu su Marsu, panašiai kaip Mėnulis susiformavo iš Žemės. Siekdami priartėti prie atsakymo į palydovų kilmės klausimą, grupė mokslininkų apskaičiavo, kaip keitėsi jų orbitos per pastaruosius milijardus metų. Palydovų orbitos kinta dėl gravitacinės sąveikos su Marsu. Deimas, esantis toliau nuo planetos, panašiai kaip mūsų Mėnulis, po truputį tolsta nuo jos, tuo tarpu Fobas – artėja. Vadinasi, praeityje jie buvo arčiau vienas kito, o skaitmeninis modelis parodė, kad prieš 1-2,7 milijardo metų jų orbitos kirtosi viena su kita. Toks didelis neapibrėžtumas kyla iš to, kad tiksliai nežinome, kiek „minkštos“ palydovų uolienos. Šis rezultatas leidžia daryti dvi išvadas. Pirmoji – labai tikėtina, kad Fobas ir Deimas kadaise buvo vienas objektas, suskilęs į du maždaug ties areosinchronine orbita (maždaug 17 tūkstančių kilometrų virš Marso paviršiaus; tokiame aukštyje skriejantis kūnas vieną ratą aplink planetą apsuka per tiek pat laiko, kiek planetai trunka apsisukti apie savo ašį). Antroji – palydovai, bent jau tokie, kokie yra dabar, niekaip negalėjo susiformuoti kartu su Marsu. Taigi atrodo, kad antroji palydovų formavimosi hipotezė taip pat nėra labai gera. Skaičiavimai taip pat patvirtina ankstesnį atradimą, kad Fobas per mažiau nei 40 milijonų metų priartės taip arti planetos, kad subyrės į šipulius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Planetų anglis – iš kometų? Žemėje ir kitose uolinėse planetose yra gana daug anglies. Nors šis elementas sudaro mažiau nei dešimtadalį procento kiekvienos planetos plutos masės, planetų formavimosi modeliai rodo, kad jo turėtų būti dar mažiau. Besiformuojančios planetos buvo tokios karštos, kad anglis iš jų turėjo tiesiog išgaruoti. Taigi gali būti, kad už anglį, kaip ir už didžiąją dalį vandens, turėtume būti dėkingi kometoms. Naujo tyrimo rezultatai prisideda prie šios hipotezės. Tyrėjai išnagrinėjo kometos Catalina stebėjimus, atliktus jai priartėjus prie Saulės 2016-ųjų pradžioje. Kometai tai beveik neabejotinai buvo pirmasis praskridimas pro Saulę, iki tol ji milijardus metų tūnojo Oorto debesyje Saulės sistemos pakraštyje. Infraraudonųjų spindulių teleskopu atlikti kometos uodegos stebėjimai atskleidė ten esant dulkių, kuriose sumišęs anglis ir silicis, tačiau anglies pastebimai daugiau. Keliose kitose kometose – pavyzdžiui, 67P/Čuriumov-Gerasimenko – taip pat rasta daug anglies turinčių dulkių. Tai įrodo, kad kometose esama nemažai anglies, bei kad pirmykštėje Saulės sistemoje greičiausiai egzistavo silicio/anglies santykio gradientas: arčiau Saulės esančiose uolienose dominavo silicis, tolimesnėse – anglis. Vadinasi, kometų smūgiai galėjo praturtinti Žemės paviršių anglimi, kuri vėliau tapo visos gyvybės pagrindu. Tyrimo rezultatai publikuojami The Planetary Science Journal.

***

Lietaus įvairovė kitose planetose. Lietus – vandens garų kondensacija atmosferoje ir kritimas žemyn – puikiai pažįstamas kiekvienam, tačiau kaip jis atrodytų kitose planetose? Naujame tyrime išnagrinėta lietaus lašelių fizika ir jų savybių priklausomybė nuo planetos savybių. Pasirodo, lašelių dydis yra pagrindinis aspektas, lemiantis jų formą, judėjimo greitį ir garavimo spartą, nepriklausomai nuo atmosferos sąlygų ir netgi cheminės sudėties. Be to, didžiausi įmanomi lašelių dydžiai, atrodo, irgi nepriklauso nuo aplinkos sąlygų ir yra tokie, kaip ir Žemėje – kelių milimetrų skersmens. Taip pat išvestas bedimensinis dydis, nurodantis, kaip sparčiai lašeliai gali pernešti šiluminę energiją ir masę iš debesų žemyn. Tas dydis nurodo, kaip greitai išgaruoja konkretaus dydžio lašeliai, krisdami atmosferoje žemyn, ir priklauso nuo atmosferos slėgio, temperatūros, gravitacijos ir lašelius sudarančios medžiagos dalelių masės. Žinodami šiuos dydžius, mokslininkai galės geriau suprasti, pavyzdžiui, praeities Marso klimatą ir lietaus poveikį jo uolienoms, arba, priešingai, iš matomų lietaus sukeltų uolienų pokyčių atkurti praeitis klimato savybes. Žinios taip pat labai padės nagrinėjant egzoplanetų atmosferas ir galimą skysčių apytakos ciklą jose. Dabartiniai klimato modeliai negali vienu metu atkurti ir visos planetos masto reiškinių, ir pavienių lietaus lašelių mikrofizikos, taigi žinios apie bendruosius lašelius valdančius dėsnius yra labai naudingos tobulinant tokius modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kūrinijos stulpai, Erelio ūko dalis, infraraudonųjų spindulių ruože. Šaltinis: NASA, ESA, Hubble, HLA; apdorojimas: Luis Romero

Kūrinijos stulpai – viena geriausiai žinomų kosminių nuotraukų, dar 1995 metais padaryta Hablo teleskopu. Tankios dujos dengia besiformuojančias žvaigždes, nors šalia esančios jau įsižiebusios žvaigždės dujas pučia tolyn ir formuoja pailgus „pirštus“ arba stulpus. Šioje nuotraukoje stulpai yra blausūs ir permatomi, nes tai – infraraudonųjų spindulių ruože daryta nuotrauka. Ji atlikta taip pat Hablo teleskopu. Infraraudonoji žvaigždžių spinduliuotė lengviau prasiskverbia pro dulkes, nei regimoji ar ultravioletinė, todėl matome daug margesnį vaizdą.

***

Gyvenimą baigiančių žvaigždžių pritemimai. 2019 metų pabaigoje Betelgeizė keistai pritemo, sukeldama spekuliacijų apie galimai tuoj įvyksiantį supernovos sprogimą. Visgi pritemimas baigėsi, o sprogimo nebuvo. Paaiškėjo, kad tai greičiausiai buvo tiesiog stipresnio žvaigždės vėjo gūsis, nukreiptas mūsų link ir užstojęs dalį žvaigždės šviesos. Dabar nauja panašios žvaigždės Didžiojo šuns VY analizė parodė, kad tokie reiškiniai masyviose gyvenimą baigiančiose žvaigždėse nutinka ne taip jau retai. Jau seniai žinomi žvaigždės aplinkoje egzistuojantys medžiagos sutankėjimai, lankai ir panašūs dariniai, greičiausiai sukurti pačios žvaigždės vėjo. Nauji Hablo teleskopu atlikti stebėjimai leido išmatuoti šių darinių judėjimo greitį ir apskaičiuoti, kada jie paleisti iš žvaigždės. Pasirodė, kad dauguma darinių priklauso keturiems medžiagos išmetimo etapams, nutikusiems prieš 70, 120, 200 ir 250 metų. Gali būti, kad dar vienas išsiveržimas įvyko vos prieš 25-35 metus. Palyginus šiuos duomenis su istoriniais žvaigždės šviesio stebėjimais paaiškėjo, kad daugelis išsiveržimų sutapo su užfiksuotu dideliu žvaigždės šviesio kintamumu bei pritemimu. Taigi Didžiojo šuns VY per pastaruosius tris šimtmečius patyrė bent keturis panašius išsiveržimus, kaip Betelgeizė prieš pusantrų metų. Šis atradimas ne tik paaiškina, kad Betelgeizės pritemimas nėra išskirtinis įvykis, bet taip pat padės geriau suprasti raudonųjų milžinių – gyvenimą baigiančių žvaigždžių – evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Milžiniška dujų struktūra – lokali. Jei galėtume į nakties dangų pažvelgti radijo bangas ar rentgeno spindulius matančiomis akimis, išvystume gerokai kitokį vaizdą. Dangų nuklotų įvairiausi debesys, juostos ir kilpos. Bene didžiausia jų vadinama Šiaurine ašigaline atšaka (North Polar Spur, NPS), kuri tarsi nebaigtas lankas juosia Galaktikos centrą iš šiaurinės pusės ir iškyla daugiau nei 55 laipsnius virš Galaktikos plokštumos. Ilgą laiką buvo neaišku, ar tai lokalus, kelių šimtų parsekų atstumu nuo mūsų esantis, darinys, ar Galaktikos dydžio struktūra maždaug ties jos šiauriniu ašigaliu. Naujame tyrime teigiama, kad NPS beveik neabejotinai yra arti mūsų. Tyrimui mokslininkai pasinaudojo Gaia teleskopo duomenimis, kurie leido nustatyti tikslų atstumą iki daugybės molekulinių dujų debesų. Kai kurie debesys matomi ta pačia kryptimi, kaip ir NPS dalys, taigi išmatavus, kiek jų spinduliuotė sugeriama, buvo galima nustatyti, kurie debesys yra arčiau mūsų, nei atšaka, o kurie – toliau. Pasirodė, kad atšakos dalis, esanti daugiau nei 26 laipsnių aukštyje virš Galaktikos disko, greičiausiai yra 140 parsekų atstumu nuo mūsų arba arčiau, o dalis, esanti 11 laipsnių aukštyje ir žemiau – ne didesniu, nei 700 parsekų atstumu. Abu skaičiai gerokai mažesni, nei 8000 parsekų, skiriančių mus nuo Galaktikos centro. Taigi NPS greičiausiai yra didelė supernovos liekana, išsiplėtusi iki šimto parsekų mastelio per šimtus tūkstančių metų po sprogimo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikos susiliejimų istorijos tikslinimas. Kone kiekviena galaktika per savo gyvenimą ne vieną kartą susiliejo su kita. Paukščių Takas taip pat prarijo ne vieną palydovę, kurių pėdsakus dabar matome kaip įvairius žvaigždžių srautus Galaktikos pakraščiuose. Naujame tyrime skaitmeniniais modeliais nagrinėjama vieno tokio žvaigždžių telkinio, Banginio srauto, evoliucija. Naujausių apžvalginių stebėjimų duomenys todo, kad Banginio srautas nuo Saulės nutolęs 20-50 kiloparsekų ir driekiasi daugiau nei 100 laipsnių lanku dangaus skliaute. Geriausiai srauto savybes atkuriantys modeliai rodo, kad jį paliko maždaug dviejų milijardų Saulės masių galaktika, praryta prieš penkis milijardus metų. Palyginimui, šiandieninė Paukščių Tako palydovė Mažasis Magelano debesis yra apie tris kartus masyvesnė. Penki milijardai metų – pakankamai nesenas susiliejimas; dauguma numanomų mūsų Galaktikos susiliejimų su kitomis vyko prieš maždaug 10 milijardų metų ir daugiau. Suvalgyta galaktika greičiausiai buvo diskinė ir nekompaktiška, o jos liekanos dabar skrieja aplink Galaktiką kiek ilgesne nei pusės milijardo metų orbita. Modeliai taip pat rodo, kad nykštukinė galaktika paliko ir daugiau pėdsakų – neseniai aptiktas Palca srautas ir pietiniame danguje matomas Eridano-Fenikso sutankėjimas yra labai tikėtinos buvusios palydovės liekanos. Tokie atradimai padeda vis geriau suprasti, kaip mūsų Galaktika formavosi ir keitėsi per milijardus metų. Taip pat šias žinias ateityje bus galima pritaikyti ir kitoms galaktikoms, siekiant suprasti jų istorijas. Galiausiai, vis gausėjančios žinios apie realių susiliejimų padarinius leidžia patikrinti ir patikslinti teorinius susiliejimų modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Egzotiškas gravitacinių bangų šaltinis? Prieš beveik dvejus metus, 2019-ųjų gegužės 21 dieną, LIGO ir Virgo detektoriai užfiksavo gravitacinių bangų signalą (GW190521). Jis – tik vienas iš jau daugelio, tačiau neįprastas tuo, kad jo forma ir intensyvumas rodė, kad signalą sukėlė besijungiančios juodosios skylės, iš kurių didesnioji buvo 85 kartus masyvesnė už Saulę. Žvaigždžių evoliucijos modeliai teigia, kad tokios masyvios juodosios skylės negali atsirasti po supernovų sprogimų – žvaigždės, kurios galėtų palikti tokias masyvias juodąsias skyles, sprogsta porinio nestabilumo supernovomis, po kurių nelieka jokios liekanos. Naujame tyrime siūlomas galimas paaiškinimas – galbūt signalą paskleidė ne juodosios skylės, o egzotiški objektai, vadinami Proca žvaigždėmis. Proca žvaigždė yra hipotetinis objektas, sudarytas iš bozonų – elementariųjų dalelių, kurios standartiniame dalelių fizikos modelyje atsakingos už sąveikų pernašą. Pavyzdžiui, bemasiai fotonai yra bozonai; taip pat egzistuoja ir masyvūs bozonai, atsakingi už branduolines sąveikas, ir Higso bozonas, suteikiantis kitoms dalelėms masę. Teoriškai gali būti ir kitokių bozonų; kai kurie iš jų galėtų judėti gana laisvai ir susitelkti į objektus, panašius į baltąsias nykštukes ar neutronines žvaigždes. Tyrimo autorių teigimu, jei du tokie kompaktiški bozonų telkiniai – Proca žvaigždės – susidurtų kaktomuša, jie galėtų suformuoti juodąją skylę ir paskleisti signalą, kuris atitinka GW190521. Tiesa, šio sprendinio detalės skiriasi nuo standartinio – susiliejimas turėtų įvykti kone dešimt kartų arčiau mūsų, o jo metu susiformuojanti juodoji skylė būtų apie pusantro karto masyvesnė. Nors šis rezultatas tikrai negarantuoja, kad GW190521 yra tokių egzotiškų žvaigždžių susidūrimo padarinys, jis parodo, kad interpretuoti gravitacinių bangų signalus galima įvairiai. Ateityje, gerėjant informacijai apie kiekvieną signalą, jie galbūt padės atskirti vienus modelius nuo kitų ir aptikti įvairių egzotiškų objektų mūsų Visatoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsiosios energijos savybės. Du būdai išmatuoti Visatos plėtimosi spartą duoda labai skirtingus rezultatus ir kelia vis daugiau klausimų apie kosmologinio modelio teisingumą. Netrūksta įvairių modelių, bandančių praplėsti ar pakeisti standartinį ir paaiškinti šią problemą. Štai vienas neseniai pasiūlytas modelis remiasi idėja, kad pačioje Visatos pradžioje tamsioji energija buvo kitokia, nei dabar, o vėliau patyrė fazinį virsmą, kuris paspartino Visatos plėtimąsi. Fazinis virsmas – tai medžiagos savybių pokytis, pavyzdžiui vandens virtimas ledu. Keičiantis molekulių jungtims, išskiriama daug energijos, kuri gali paveikti aplinką. Panašiai ir šiame modelyje – tamsiosios energijos savybės kažkada iki rekombinacijos, t. y. per pirmuosius 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, pasikeitė. Pasikeitimai susiformavo kaip burbulai, kurie plėtėsi ir jungėsi, išskirdami labai daug energijos, kuri trumpam paspartino Visatos plėtimąsi. Modelio prognozuojami kosminės foninės spinduliuotės netolygumai bei galaktikų pasiskirstymas Visatoje daug geriau atitinka realius duomenis, nei standartinio kosmologinio modelio prognozės. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

Bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad gravitaciniame lauke laikas eina lėčiau. Tą patvirtina ir eksperimentai. Ar tai reiškia, kad gravitacija pakeičia laiko tėkmę? Galbūt teisingiau sakyti būtų priešingai: laiko tėkmės pokyčiai sukelia gravitaciją. Apie tai pasakoja PBS Space Time:

***

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

Laiqualasse

6 komentarai

  1. Sveikas Kąstyti, norėčiau epizodo lietuviškai apie laiko tėkmę Visiško kosmoso laidoje :)
    Įdomu kaip tu supranti tą paaiškinimą

    1. Sveiki, Justai,

      Visų pirma, mano varde nėra nosinės raidės.

      Antra, mes avių kartu neganėme.

      Trečia, Visiškas kosmosas yra kosminių naujienų pristatymas, ne pamąstymai apie paaiškinimus ar laiko tėkmes.

      Bet apskritai apie reliatyvumą, laiko tėkmę ir panašius konceptus gal kada parašysiu.

  2. Atsiprašau, dėl tokios kvailos klaidos :)

    Dėl avių nesupratau…

    Labai lauksiu apie reliatyvumą. Tikrai įdomūs straipsniai. Ačiū už gerą turinį.

    1. Yra sakoma, kad tujintis su žmogum galima, jei teko avis kartu ganyti. Nepažįstamo tujinimas, kaip čia pasakius, neįkvepia palankiai žiūrėti į tujintojo komentarus ;)

  3. Turbūt viena gražiausių (bent jau iš gerai žinomų) visatos nuotraukų tie kūrybos stulpai, tačiau man originalas labiau patinka. Nors šis ir gi nieko.

    1. Man irgi originalas gražesnis. Bet iš šitos nuotraukos matyti, kiek daug galima visko įžvelgti, pažiūrėjus kitaip, nei optinėmis akimis :)

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *