Kąsnelis Visatos CDLXXX: Asteroidai

Asteroidai bei kometos į Žemę atnešė vandenį. Naujame apžvalginiame tyrime atskleidžiama, kad vandens ledas į granules – asteroidų pirmtakus – užrakinamas labai anksti žvaigždės formavimosi metu, tad ir kitose planetinėse sistemose vandens turėtų būti gausu. Arčiau mūsų, NASA zondas OSIRIS-REx paskutinį kartą apskriejo asteroidą Bennu ir tuojau iškeliaus atgal į Žemę. O štai tolimoje praeityje, sistemai tik formuojantis, asteroidų atsiradimą valdė turbulencija – tai paaiškina, kodėl dauguma pirmykščių asteroidų yra maždaug 100 kilometrų skersmens. Galiausiai kai kurie asteroidai gali būti netgi nežemiškų civilizacijų zondai, arba tokius zondus slėpti. Kitose, neasteroidinėse, naujienose – Marso džiūvimas, Jupiterio magnetinis laukas ir geriausia medžiagos pasiskirstymo Visatoje analizė. Gero skaitymo!

***

Marsas išdžiūvo po truputį. Prieš keturis milijardus metų Marse dar buvo daug paviršinio vandens – jūros, upės, lietūs. Prieš tris milijardus metų planetos paviršius buvo panašiai sausas, kaip ir šiandien. Kaip vyko šis procesas? Ankstesni orbitinių zondų atlikti stebėjimai davė užuominų, kai džiūvimas nebuvo tolygus: šio laikotarpio, vadinamo Hesperiniu periodu, uolienos yra sluoksniuotos, kas byloja apie įvairiai kintančias aplinkos sąlygas. Dabar ši užuomina patvirtinta Curiosity atliktais stebėjimais ir sudarytas apytikris Hesperinio periodo pokyčių scenarijus. Curiosity, važiuodamas Sharp kalno šlaitais, susiduria su vis naujesnių laikotarpių uolienomis. Kalno papėdėje visas Gale krateris padengtas moliu, kas rodo, jog kadaise ten plytėjo ežeras. Naujame tyrime apibendrinti lazeriniu prietaisu ChemCam atlikti aukščiau esančių uolienų sandaros tyrimai. Ant molinių uolienų sluoksnio rastas smiltainio sluoksnis, panašus į vėjo suneštas ir vėliau suspaustas sausas medžiagas. Taigi kadaise ten buvo kopos. Virš šio sluoksnio prasideda tankiai sluoksniuotos uolienos, kurių kas antras sluoksnis birus, kas antras – tvirtas. Tokie kitimai būdingi sezoninių upių potvynių paliekamoms nuosėdoms, taigi greičiausiai tuo metu Sharp kalnas buvo reguliariai užliejamas. Akivaizdu, kad Marse džiūvimas buvo bent dviejų etapų procesas: pirminį drėgną klimatą kuriam laikui pakeitė sausas, o vėliau vėl grįžo kiek drėgnesnės sąlygos. Deja, iš turimų duomenų neįmanoma nustatyti, kiek laiko truko kiekvienas epizodas, bet tikimasi, kad gausesni ateities stebėjimai padės sudaryti ir tikslesnę chronologiją. Tyrimo rezultatai publikuojami Geology.

***

Osiris-Rex keliauja namo. NASA zondas OSIRIS-REx, nuo 2018 metų pabaigos tyrinėjantis asteroidą Bennu, pagaliau pasuko namo. Praeitą savaitę jis atliko paskutinį artimą skrydį aplink asteroidą, kurio metu priartėjo vos 3,5 kilometrų atstumu iki paviršiaus. Asteroido dydis siekia apie pusę kilometro. Apskrisdamas Bennu padarė daugybę labai tikslių asteroido nuotraukų – jos leis suprasti, kaip pasikeitė visas asteroido paviršius po pernai spalį atlikto mėginių paėmimo. Tuomet OSIRIS-REx iššovė kulką į asteroidą ir paėmė medžiagos iš naujo kraterio – taip buvo siekiama paimti medžiagos, kurios nebuvo paveikusi ilgalaikė Saulės spinduliuotė. Nuotraukos kol kas dar keliauja į Žemę – persiųsti daugiau nei keturis gigabaitus duomenų užtrunka keletą dienų. Pats zondas dar liks Bennu apylinkėse apie mėnesį, bet vis tols nuo asteroido. Gegužės 10 dieną turėtų pasiekti saugų atstumą, kad galėtų įjungti pagrindinius variklius ir pakeisti trajektoriją Žemės link. Kelionė namo truks daugiau nei dvejus metus – planuojama, kad surinkti mėginiai į Žemę grįš 2023-ųjų rugsėjį.

***

Asteroidų formavimąsi valdė turbulencija. Saulės sistemos, kaip ir kitų žvaigždžių sistemų, planetos formavosi iš protoplanetinio dujų ir dulkių disko. Dulkės kibo vienos su kitomis, formuodamos vis didesnius darinius; kai kurie iš jų tapo planetomis, kiti liko įvairaus dydžio nuolaužomis. Dauguma tų nuolaužų laikui bėgant buvo išpūstos iš sistemos, bet kitos liko ir dabar yra asteroidai. Per puspenkto milijardo metų nuo susiformavimo dauguma asteroidų patyrė katastrofiškų susidūrimų ir pažiro į šipulius. Jie sudaro asteroidų šeimas, atskiriamas pagal panašią cheminę sudėtį – būtent ji rodo, kad kadaise visi šeimos nariai buvo vieno asteroido dalys. 2017 metais sudarius detaliausią asteroidų šeimų geneologinį medį aptikti 17 asteroidų, kurie šeimų neturi. Tai reiškia, kad jie nuo pat susiformavimo greičiausiai nepatyrė jokių katastrofiškų smūgių. Įdomu, kad visų jų dydis buvo apie 100 kilometrų, nors apskritai asteroidų gabaritai siekia nuo mažiau nei vieno iki kone tūkstančio kilometrų. Naujame tyrime pateikiamas galimas atsakymas, kodėl taip yra. Skaitmeniniu modeliu tyrėjai patikrino, kaip vystosi protoplanetinio disko dulkių ir grūdelių sankaupos turbulentiškoje aplinkoje. Turbulencija priešinasi sankaupos augimui ir skatina grūdelius išsisklaidyti, tačiau jei jų susitelkia pakankamai daug, tarpusavio gravitacija įveikia turbulenciją ir susiformuoja vientisas objektas – asteroidas. Modelis parodė, kad jei turbulencija yra maždaug tokia, kokios tikimasi protoplanetiniame diske, kritinė sankaupos masė, leidžianti joms susitelkti į vieną didelį darinį, duoda būtent 100 kilometrų skersmens pirmykštį asteroidą. Tolesnė asteroidų populiacijos evoliucija priklauso nuo jų tarpusavio gravitacijos ir susidūrimų. Esant lėtiems susidūrimams, asteroidai gali jungtis ir augti į planetas, o greitesni susidūrimai juos sudaužo. Taip po truputį susiformuoja visa įvairaus dydžio asteroidų populiacija. Šis atradimas paaiškina ir asteroidų dydžių skirstinį, ir apskritai uolinių kūnų planetinėse sistemose kilmę. Susidurdami kelių milimetrų ar centimetrų dydžio grūdeliai daug dažniau turėtų subyrėti, nei sukibti, tad neaišku, kaip jie gali duoti pradžią daug didesniems dariniams. Šis modelis paaiškina, kaip sistema perlipa šią vadinamąją „centimetrinę prarają“. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Jupiterio magnetinio lauko sandara. Jupiteris, kaip ir Žemė, turi magnetosferą. Taigi jame kyla ir pašvaistės. Pastarosios visgi skiriasi nuo žemiškųjų: mūsų planetoje pašvaistės formuojasi ovaliniame regione aplink magnetinę ašį, bet ties pačia ašimi jų nėra, tuo tarpu Jupiterio pašvaistės matomos ir ovale, ir virš ašies. Pašvaistei susidaryti reikia uždarų magnetinio lauko linijų, t. y. linijų, kurios išnyra iš planetos gelmių viename pusrutulyje ir sulenda atgal į jas priešingame. Ties Žemės magnetiniais ašigaliais linijos yra atviros – išnirusios į paviršių jos susijungia su Saulės vėjo linijomis ir nutįsta į tarpplanetinę erdvę. Jupiterio magnetinio lauko linijos akivaizdžiai išsidėsčiusios kitaip. Naujame tyrime parodyta, kodėl taip yra. Jupiterio magnetosfera daug didesnė, net ir lyginant su planetos dydžiu, nei Žemės, be to, planeta aplink savo ašį apsisuka per 10 valandų. Abu šie faktoriai lemia, kad planetos ir Saulės vėjo magnetinio lauko linijų susijungimas vyksta neefektyviai. Pasitelkę skaitmeninį modelį tyrėjai parodė, jog tokiomis sąlygomis planetos magnetinio lauko linijos tampa atviros tik nedideliame pusmėnulio formos regione arti ašigalio. Ši konfigūracija gerokai skiriasi nuo žemiškosios; anksčiau buvo manoma, kad tokia situacija, kai ašigaliniame regione egzistuoja ir uždaros, ir atviros magnetinio lauko linijos, paprasčiausiai neįmanoma. Šis atradimas padės geriau suprasti ir Jupiterio pašvaistes, ir dujinių egzoplanetų stebėjimus. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Jupiteris – tamsiosios materijos detektorius? Tamsioji materija greičiausiai egzistuoja visoje Visatoje. Jos gravitacija išlaiko galaktikas ir spiečius neišsilakstant. Bet kitaip nei gravitaciškai ji arba visai nesąveikauja, arba sąveikauja taip silpnai, kad kol kas aptikti pėdsakų nepavyko. Vienas iš būdų, kaip ieškoma galimų sąveikų, yra gama spindulių stebėjimai. Mat galbūt tamsiosios materijos dalelės susidūrusios anihiliuoja tarpusavyje ir išspinduliuoja porą gama fotonų. Arba tamsiosios materijos dalelės skyla į kitas, kurios vėliau anihiliuoja ir paskleidžia gama fotonų. Abiem atvejais stipriausias signalas turėtų sklisti iš ten, kur didžiausias medžiagos tankis. Viena iš artimų vietų su dideliu tamsiosios materijos tankiu, pasirodo, gali būti Jupiterio centras. Masyvi planeta, tokia kaip Jupiteris, kuria pakankamai stiprų gravitacinį lauką, kad išlaikytų tamsiosios materijos daleles. Laikui bėgant jos nusėda arti Jupiterio centro. Panašus procesas vyksta ir, pavyzdžiui, Saulėje, bet Saulėje gama spinduliai formuojasi ir kitaip; be to, aukšta temperatūra Saulės centre gali išgarinti kai kurias tamsiosios materijos daleles, ypač jei jų masė mažesnė už protonų ar neutronų. Naujojo tyrimo autoriai ieškojo gama spinduliuotės, sklindančios iš Jupiterio. Tam jie pasitelkė Fermi gama spindulių teleskopo duomenis. Jis fiksuoja gama fotonų atsklidimo kryptį bei energiją, taigi mokslininkai galėjo įvertinti skirtingos energijos gama spindulių srautą, ateinantį iš didžiausios Saulės sistemos planetos. Paaiškėjo, kad gama spindulių Jupiteris skleidžia labai nedaug – signalas apskritai užfiksuotas tik žemiausios energijos ruože. Deja, tame ruože Fermi teleskopo jautrumas menkas, taigi tvirtinti, kad užfiksuotas tamsiosios materijos dalelių signalas, negalima. Bet net ir toks neigiamas rezultatas yra įdomus, nes jis gerokai apriboja galimą tamsiosios materijos dalelių sąveikos (ir tarpusavio, ir su įprasta materija) stiprumą. Tyrėjų teigimu, ateityje analizę bus naudinga pakartoti su duomenimis iš teleskopų, kurie jautrūs žemesnės energijos gama spinduliuotei. Kol kas, deja, tokių apžvalginių teleskopų neturime. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Technopėdsakų paieška. Protingos nežemiškos civilizacijos aplink save gali sukurti įvairiausių technopėdsakų – požymių, rodančių jų egzistavimą net tarpžvaigždiniais atstumais. Kai kuriuos technopėdsakus kuriame ir mes: keičiame planetos atmosferą, kaupiame kosmines šiukšles orbitoje. Visgi dauguma galimų technopėdsakų yra gerokai stambesnio kalibro – įvairios megastruktūros žvaigždės sistemoje, tarpplanetinių ir tarpžvaigždinių erdvėlaivių variklių šviesa ir panašiai. Ilgą laiką vienintelis ieškomas technopėdsakas buvo radijo signalai, bet pastaraisiais metais vis daugiau dėmesio skiriama sistematiškai kitokių pėdsakų paieškai. Naujame tyrime apžvelgiama įvairių pėdsakų aptikimo galimybė ir paieškų misijų idėjos. Straipsnio autoriai įvedė naują kriterijų, nurodantį technopėdsako „pastebimumą“. Pavadintas „ichnoskale“ (graikiškas priešdėlis „ichno-“ reiškia „pėdsaką“), jis žymi santykį tarp technopėdsako dydžio ir didžiausio analogiško žmonijos sukurto objekto ar reiškinio dydžio. Kuo didesnė technopėdsako ichnoskalė, tuo lengviau jį būtų įmanoma aptikti. Aptarta technopėdsakų įvairovė siekia nuo pasislėpusių (arba nebeveikiančių) zondų pačioje Saulės sistemoje iki pro Saulės sistemą praskrendančių tarpžvaigždinių objektų gaudymo, taip pat įvairios egzoplanetų ir žvaigždžių stebėjimo misijos. Lengviausiai aptinkami, žinoma, būtų galaktinio masto pokyčiai – jei civilizacija pakeistų visą savo galaktiką. Vien šiandieninėmis technologijomis tokius pokyčius galėtume užfiksuoti šimte milijonų artimiausių galaktikų. Tokie tyrimai, kaip šis, padeda vis nuosekliau ieškoti galimų nežemiškų civilizacijų egzistavimo įrodymų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Vandens kelionė į planetas. Žemę vandeniu praturtino kometos ir asteroidai, atnešę daugybę vandens ledo į jau susiformavusią planetą. O kaip vanduo atsirado juose? Kaip apskritai juda vanduo formuojantis žvaigždėms, nuo molekulinio debesies šerdies iki nusistovėjusios planetinės sistemos? Naujame apžvalginiame straipsnyje pristatoma daugybės stebėjimų analizė, leidžianti sekti šį procesą geriau, nei bet kada iki šiol. Pagrindiniai duomenys ateina iš Herschel kosminio teleskopo, kuris stebėjo dangų infraraudonųjų spindulių ruože 2009-2013 metais. Pastaraisiais metais archyvinių duomenų analizė gerokai praplėtė supratimą apie vandens evoliuciją aplink besiformuojančias ir jaunas žvaigždes. Apskritai vandens tose sistemose nėra daug – maždaug dvi molekulės milijonui vandenilio molekulių. Didžioji dalis vandens spinduliuotės sklinda iš šiltos pabėgančios medžiagos; vandens ir kitų molekulių savybės leidžia spręsti, kad ultravioletinės spinduliuotės intensyvumas toje aplinkoje 100-1000 kartų viršija Saulės aplinkos vertę. Pačiose centrinėse žvaigždes formuojančių gumulų dalyse vandens gausa išauga, kai kur net iki dviejų molekulių 10000 vandenilio molekulių. Žvaigždei pasiekus protoplanetinio disko stadiją, vandens garų spinduliuotė susilpnėja – tai rodo, kad didžioji dalis vandens jau tapo „užrakinta“ granulėse bei uolienose ir vėliau galės nukeliauti į planetas. Tikėtinas vandens ledo kiekis tipiniame diske milijonus kartų viršija vandens kiekį Žemėje. Taigi panašu, kad daugelyje planetinių sistemų vanduo gali tikrai efektyviai pasiekti uolines planetas. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Liepsnos ūkas Oriono žvaigždyne. Šaltinis: Team ARO

Daug yra danguje ūkų, kurie mūsų akims primena ką nors žemiško – katės akį, Kalifornijos valstiją ar raganos galvą. O šis ūkas primena liepsnos liežuvius. Iš dalies taip yra dėl parinktų spalvų – jos beveik tikros, bet visgi gerokai paryškintos, o pagrindinė oranžinė spalva žymi besiformuojančių vandenilio atomų spinduliuotę. Atomai formuojasi, kai anksčiau atplėšti elektronai grįžta ir vėl susijungia su protonais. Elektronus atplešia Oriono diržo žvaigždė Alnitakas, matoma pačiame nuotraukos krašte.

***

Naujos žvaigždės Galaktikos centre. Paukščių Tako centras dažnai laikomas nelabai palankia vieta naujų žvaigždžių formavimuisi. Dideli medžiagos judėjimo greičiai, aukštesnės nei vidutinė temperatūros ir stipri spinduliuotė trukdo dujoms atvėsti ir priešinasi fragmentacijai. Bet panašu, kad žvaigždėms tai iš tiesų nė motais – naujame tyrime pristatyti stebėjimai, rodantys centrinėje Galaktikos dalyje esant daugybę besiformuojančių žvaigždžių. ALMA teleskopų masyvu, kuris stebi dangų submilimetrinių bangų ruože, pasižiūrėję į dujų debesis Centrinėje molekulinėje zonoje – maždaug šimto parsekų spindulio žiede aplink Galaktikos centrą – tyrėjai ten aptiko 43 gumulus su prožvaigždžių išmetamos medžiagos pėdsakais. Iš viso aptikti 834 dujų gumulai; nors didžiojoje dalyje prožvaigždžių tėkmių neaptikta, toks santykis panašus ir į kitų žvaigždėdaros regionų. Tamsūs gumulai tiesiog dar neturi suformavę prožvaigždės, kuri išmetinėtų medžiagą. Visos aptiktų tėkmių savybės yra labai panašios į analogiškų tėkmių, randamų įprastesniuose žvaigždėdaros regionuose Paukščių Take. Ankstesni teoriniai modeliai prognozavo, kad besiformuojančių žvaigždžių Galaktikos centre turėtų būti apie dešimt kartų mažiau, nei Saulės aplinkoje. Tolesni stebėjimai padės geriau suprasti, kaip skiriasi sąlygos pačiose besiformuojančių žvaigždžių prieigose, o tai leis paaiškinti, kaip žvaigždės formuojasi tokioje atšiaurioje aplinkoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Stiprūs pulsarų radijo žybsniai. Pulsarai – tai neutroninės žvaigždės, kurios labai greitai sukasi. Jų spinduliuotė daugiausiai sklinda išilgai magnetinės ašies, kuri nesutampa su sukimosi ašimi, tad spinduliuotės kūgis sukasi dangaus skliautu, panašiai kaip švyturio signalas. Jei kartais spinduliuotė atsisuka į mus, tokį objektą matome kaip periodiškai žybtelintį, tarsi pulsuojantį, šaltinį – iš čia ir pavadinimas. Daugiausiai pulsai stebimi radijo bangų ruože, bet pasitaiko ir regimosios bei rentgeno spinduliuotės. Kartas nuo karto žybsnis būna daug ryškesnis už kitus – radijo spinduliuotė šimtus ar net tūkstančius kartų intensyvesnė. Dabar pirmą kartą užfiksuotas su tokiu stipriu radijo žybsniu susijęs rentgeno spinduliuotės sustiprėjimas. Tai nutiko Krabo pulsare – viename iš ryškiausių pulsarų. Vienu metu atlikti radijo ir rentgeno stebėjimai parodė, kad radijo žybsnio metu rentgeno spinduliuotė sustiprėja beveik keturiais procentais. Pokytis atrodo nedidelis, bet jis tikrai statistiškai reikšmingas. Taip pat jis labai panašus į seniau žinomus Krabo regimosios spinduliuotės sustiprėjimus radijo žybsnių metu. Greičiausiai kažkas panašaus nutinka ir kituose pulsaruose, tiesiog daugumos jų regimąją bei rentgeno spinduliuotę išmatuoti daug sunkiau, nei Krabo. Rentgeno fotonai yra milijonus kartų energingesni, nei radijo, taigi net ir kelių procentų spinduliuotės išaugimas reiškia nemažą papildomos energijos indėlį. Patikslinta žybsnio energija šimtus kartų didesnė, nei ankstesni vertinimai, paremti vien radijo ir regimųjų spindulių stebėjimais. Šis atradimas iškart neatsako, kodėl kyla radijo žybsniai, bet padės apriboti juos paaiškinančių modelių įvairovę. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Medžiagos pasiskirstymas Visatoje. Visatos evoliucija priklauso nuo medžiagos ir tamsiosios energijos kiekio joje. Tiesiogiai išmatuoti šių dydžių neįmanoma, bet galima įvertinti per kitus, pamatuojamus, dydžius. Tarp pastarųjų yra medžiagos pasiskirstymo – sutankėjimų ir praretėjimų atsikartojimų skirtingose vietose skirtingais masteliais – vertės. Tamsiosios energijos apžvalga (Dark Energy Survey, DES) yra didžiulis stebėjimų projektas, nagrinėjęs medžiagos pasiskirstymą Visatoje 2013-2019 metais. Juo buvo matuojami atstumai iki supernovų sprogimų bei trys medžiagos pasiskirstymo požymiai: galaktikų tankis, galaktikų spiečių tankis, ir visas medžiagos tankis, kurį rodo silpni gravitacinio lęšiavimo signalai. Deja, iki šiol šiuos požymius pavyko nagrinėti tik atskirai, nes jie nėra nepriklausomi (spiečiai susideda iš galaktikų, o medžiaga apima ir galaktikas ir jų spiečius), taigi apjungiant juos galėjo atsirasti nenumatytų paklaidų arba sistematinių efektų. Naujame darbe grupė mokslininkų išsprendė šias problemas ir pirmą kartą nustatė pagrindinius Visatos parametrus, remiantis jungtiniais DES duomenimis. Gautas rezultatas – materijos tankis Visatoje sudaro apie 30,5% kritinio tankio, reikalingo, kad Visatos erdvė būtų „plokščia“, arba euklidinė. Ši vertė gerai atitinka ir rezultatą, gaunamą iš kosminės foninės spinduliuotės stebėjimų. Likusią kritinio tankio dalį sudaro tamsioji energija. Rezultatas gautas naudojant tik pirmųjų DES metų duomenis; artimiausiu metu tyrėjai ketina pritaikyti metodą trejų metų duomenims analizuoti ir patikslinti rezultatus. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Kosminė foninė spinduliuotė yra tolimiausia šviesa, kurią galime matyti. Bet stebėdami jos netolygumus, galime atrasti ir daug artimesnių objektų – pavyzdžiui, mažųjų Saulės sistemos kūnų. Apie foninės spinduliuotės paslaptis ir netikėtus atradimus pasakoja Event Horizon:

***

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

Laiqualasse

3 komentarai

  1. Labai svarbus istorinis įvykis – pirmo žmogaus pakilimas į kosmosą. Tai negali būti užmiršta.

  2. Žinau, kad autorius didelis Tolkieno fanas, tad pastebėsiu, jog ši ūko nuotrauka man labai primena Sauroną : )

Komentuoti: Pumpurėlio Nešėjas Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.