Kąsnelis Visatos CDLXXXV: Magnetiniai laukai

Magnetiniai laukai įkaitina Saulės vėją, tad šis Žemę pasiekia apie dešimt kartų karštesnis, nei būtų be jų. Žvaigždžių magnetinis laukas lėtina jų sukimąsi, bet, pasirodo, ne taip efektyviai, kaip manyta iki šiol. O štai baltųjų nykštukių magnetiniai laukai atsiranda dėl panašaus mechanizmo, kaip ir Žemės. Kitose naujienose – Kinijos marsaeigis, dvigubi kvazarai ir neutroninių žvaigždžių spindulio įvertinimas. Gero skaitymo!

***

Paaiškintas Saulės vėjo karštis. Saulės vėjas – tai nuolat iš Saulės sklindantis dalelių srautas. Pasiekusios Žemę, jos atsimuša į magnetosferą, sukuria pašvaistes prie ašigalių. Taip pat vėjas gali pakenkti astronautams, kosminiams zondams, o sustiprėjęs – ir antžeminei elektronikai bei netgi žmonėms. Norėdami išvengti didžiausių grėsmių, mokslininkai kuria vis geresnes kosminių orų prognozes. Vienas klausimas, iki šiol nedavęs ramybės ir neleidęs patikslinti prognozių, yra vėjo temperatūra. Jei vėjas tiesiog plistų nuo Saulės tolyn, Žemę jis turėtų pasiekti atvėsęs iki 10-20 tūkstančių laipsnių. Reali vėjo temperatūra – apie dešimt kartų aukštesnė. Naujame tyrime pateikiamas galimas atsakymas – vėjo temperatūrą palaiko magnetinio persijungimo reiškiniai. Nagrinėdami vėjo savybes, mokslininkai pasitelkė labai detalų skaitmeninį modelį, kuriame galėjo išskirti vos šimtų kilometrų dydžio struktūras, susidarančias vėjui tolstant nuo Saulės. Paaiškėjo, kad būtent tokiame mastelyje vėjo magnetinio lauko linijos susisuka ir nuolat persijungia. Persijungimo metu išskiriama energija kaitina vėją ir neleidžia jam atvėsti taip sparčiai, kaip prognozuoja paprastesni modeliai. Naujųjų skaičiavimų rezultatus bus galima patikrinti remiantis Saulę stebinčių zondų, tokių kaip Solar orbiter, duomenimis. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Plasma Physics.

***

Kinijos marsaeigis nusileido sėkmingai. Šeštadienį Kinijos kosmoso agentūra paskelbė, kad marsaeigis Žurong sėkmingai nusileido Raudonosios planetos paviršiuje. Panašiai kaip ir vasarį nusileidęs Perseverance, Žurong leidosi autonomiškai, tad misijos komandai taip pat reikėjo ištverti „septynias siaubo minutes“, laukiant žinių apie marsaeigio progresą. Kinija tapo vos antrąja šalimi po JAV, sėkmingai nutūpdžiusia zondą ant Marso paviršiaus, ir pirmąja, tą padariusia pirmu bandymu per pirmą Marso misiją. Žurong nusileido šiauriniame planetos pusrutulyje, vulkaninėje Utopijos lygumoje. Ten jis dirbs bent tris mėnesius, misijos metu rinks ir analizuos įvairias aplinkos uolienas. Taip bus papildytos žinios apie Marso evoliuciją, ypač vulkanizmą šioje planetoje. Žurong, kaip ir jį atgabenusio orbitinio zondo Tianwen-1, misijos sėkmė yra vienas iš daugelio reikšmingų Kinijos kosmoso programos pasiekimų per pastaruosius metus. Tarp jų yra ir modulinės kosminės stoties paleidimas balandį, pernykštė misija į Mėnulio tolimąją pusę bei anksčiau vykdyti astronautų (taikonautų) skrydžiai į orbitą.

***

Byranti kometa padengta talku. Kometos yra ledo ir įvairių uolienų kamuoliai. Priartėjusios arti Saulės, jos suaktyvėja – ledas ima garuoti, o besiveržiančios dujos suformuoja apvalkalą aplink kometą, vadinamą vainiku. Vainikas trukdo stebėti kietojo kometos branduolio paviršių. Kai kometa yra toli nuo Saulės, paviršiaus niekas negaubia, bet visa kometa tampa pernelyg blausi, kad ją būtų įmanoma stebėti. Bet dabar pristatyti geriausi kometos branduolio stebėjimai, atlikti iš Žemės. Kometa P/2016 BA14 (PANSTARRS) aptikta dar 2016 metais; iš pradžių mokslininkai galvojo, kad tai – asteroidas, nes ji neturėjo kometoms būdingų uodegų. Detalesni stebėjimai parodė, kad visgi tai yra kometos liekana. Daug kartų apsilankiusi centrinėje Saulės sistemos dalyje, P/2016 BA14 prarado praktiškai visą ledą ir iš jos liko tik retų uolienų sankaupa, netrukus subyrėsianti į šipulius. Netrukus po atradimo, 2016-ųjų kovą, kometa praskrido labai arti Žemės, vos devynis kartus toliau, nei Mėnulis. Tuo metu atlikti stebėjimai parodė, kad kometos branduolys yra maždaug 800 metrų skersmens, o jį dengia filosilikatų ir organinių medžiagų granulės. Filosilikatai yra pagrindinė talko pudros sudedamoji dalis. Šios medžiagos anksčiau nebuvo aptikta kometų vainikuose ar uodegose – ten, neskaitant vandens garų ir panašių lakių medžiagų, dominuoja olivino ir pirokseno granulės. Kodėl kometos branduolio cheminė sudėtis taip skiriasi nuo vainiko – nežinia. Taip pat neaišku, ar filosilikatai kometoje egzistavo labai seniai, gal net nuo jos atsiradimo, ir tiesiog dabar iškilo į paviršių, kai nebeliko ledo, ar susiformavo vėliau – galbūt kai kometa įkaito priartėjusi prie Saulės. Bet kuriuo atveju, šie duomenys padės patobulinti kometų evoliucijos modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Egzoplanetų spindulio evoliucija. Atrandant vis daugiau egzoplanetų – planetų už Saulės sistemos ribų – ryškėja ir įvairūs jų pasiskirstymo dėsningumai. Pavyzdžiui, prieš keletą metų pastebėta, kad planetų, kurių spindulys yra tarp 1,5 ir 2 Žemės spindulių, yra mažiau, nei mažesnių ar didesnių. Šis „spindulio tarpas“ iki šiol nepaaiškintas, bet naujame tyrime pateikiamas galimas atsakymas. Idėją mokslininkams pasufleravo bandymas pažvelgti į duomenis kitu kampu. Jie ieškojo galimos spindulio tarpo priklausomybės nuo žvaigždės, taigi ir planetos, amžiaus. Ir atrado: jaunų planetų mažiausiai yra ties maždaug 1,6 Žemės spinduliais, o senų – ties 1,8. Taip pat tarpas priklauso ir nuo atstumo iki žvaigždės: kuo ilgiau užtrunka planetai apskrieti žvaigždę, tuo žemesnė yra spindulio tarpo masės vertė. Abi šias savybes paaiškina modelis, pagal kurį spindulio tarpas atsiranda dėl planetų, panašių į Neptūną, atmosferos evoliucijos laikui bėgant. Visų planetų atmosferos garuoja. Planeta gali gimti keletą kartų didesnio spindulio, nei Žemė, tačiau jos uolinis branduolys bus panašus į Žemę ar vos didesnis. Laikui bėgant atmosfera išgaruoja, todėl planetos spindulys po truputį mažėja. Tam tikru metu atmosfera tampa tokia reta, kad žvaigždės vėjas ją nupučia labai greitai – tada planetos spindulys sumažėja staigiai. Spindulio tarpas yra zona tarp mažiausių planetų, dar išlaikančių storą atmosferą, ir uolinių planetų, kurių atmosfera plona, kaip Žemės. Masyvesnės planetos atmosferą praranda lėčiau, dėl to masės tarpą suformuoja būdamos senesnės. Realaus masės tarpo priklausomybė nuo amžiaus rodo, kad į Neptūną panašios planetos, skriejančios arti savo žvaigždžių, atmosferos netenka per kelis milijardus metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Nežemiškos gyvybės atradimas būtų turbūt didžiausias įvykis žmonijos istorijoje. Per pastaruosius dešimtmečius ne vieną kartą buvo gauta įdomių duomenų, kurie iš pirmo (o kartais ir antro bei trečio) žvilgsnio atrodė kaip nežemiškos gyvybės požymiai. Deja, nei vienas neatlaikė rimtesnės analizės ir kritikos. Šiuos (ne)atradimus apžvelgia PBS Space Time:

***

Medžiagos maišymasis masyviose žvaigždėse. Didžiąją gyvenimo dalį žvaigždės praleidžia centre vykdydamos termobranduolines reakcijas – versdamos vandenilį heliu. Jei žvaigždės masė viršija maždaug dvi Saulės mases, termobranduolinės reakcijos vyksta taip intensyviai ir koncentruotai pačiame centre, kad vidinė žvaigždės dalis ima burbuliuoti tarsi verdantis vanduo. Tokia struktūra vadinama konvekciniu branduoliu. Konvekcija atneša į centrą naujo vandenilio ir išneša helį, todėl gali prailginti žvaigždės gyvenimą. Naujame tyrime siekiama įvertinti grupės masyvių žvaigždžių konvekcijos – taigi ir vidinio medžiagos maišymosi – spartą, remiantis žvaigždžių virpesių stebėjimais. Panašiai, kaip Žemės drebėjimų analizė leidžia nustatyti mūsų planetos sandarą, taip žvaigždžių spinduliuotės kitimas dėl jose sklindančių bangų leidžia ištirti gelmėse vykstančius procesus. Pasirinkę 26 pulsuojančias žvaigždes, kurių masė yra tarp trijų ir 10 Saulės masių, tyrėjai įvertino jose sklindančių bangų dažnį ir atspindžius nuo įvairių sluoksnių po žvaigždės paviršiumi. Taip jie nustatė, kad medžiagos maišymosi sparta žvaigždėse labai skiriasi – net iki milijono kartų. Be to, maišymosi sparta nepriklauso nuo žvaigždės masės ar amžiaus, o tik nuo branduolio sukimosi greičio. Anksčiau egzistavo įvairūs teoriniai modeliai apie medžiagos judėjimą konvekciniuose žvaigždžių branduoliuose, bet šis tyrimas yra vienas pirmųjų sėkmingų bandymų pamatuoti judėjimo savybes realiose žvaigždėse. Taigi šie rezultatai bus labai naudingi tobulinant žvaigždžių struktūros modelius. Tyrėjai artimiausiu metu tikisi pakartoti tyrimą išplėtę žvaigždžių imtį ir įtraukę žvaigždes iki 120 kartų masyvesnes už Saulę. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Senos žvaigždės sukasi greitai. Žvaigždžių virpesių tyrimai – asteroseismologija – padeda nustatyti ir žvaigždžių sukimosi greitį. Visos žvaigždės sukasi, o jų sukimosi greitis priklauso nuo amžiaus. Kuo žvaigždė senesnė, tuo ji sukasi lėčiau. Įprastai šis reiškinys aiškinamas tuo, kad žvaigždės magnetinis laukas „tempia“ aplinkines jonizuotas dujas tarpplanetinėje erdvėje ir netgi tarpžvaigždinėje terpėje, taip perduodamas joms dalį žvaigždės sukimosi energijos. Tačiau stebėjimai kurį laiką rodo, kad senos žvaigždės lyg ir sukasi greičiau, nei prognozuoja toks magnetinio stabdymo modelis. Bet ligšioliniai duomenys nebuvo pakankamai patikimi, kad taip teigti būtų galima vienareikšmiškai. Norėdami užtikrintai atsakyti, ar taip ir yra, mokslininkai pasitelkė asteroseisminius senų žvaigždžių stebėjimus. Žvaigždžių amžiai taip pat buvo nustatyti pagal jų virpesius. Žvaigždei sukantis, skirtingos virpesių bangos sklinda nevienodai ir išsisklaido į keletą panašaus, bet nevienodo dažnio komponenčių; nustačius komponentes, galima nustatyti ir sukimosi spartą. Ištyrę 91 žvaigždės sukimosi spartos priklausomybę nuo masės bei amžiaus, tyrėjai įvertino, jog tėra 1,6% tikimybė, kad gautus duomenis gali paaiškinti standartinis sukimosi evoliucijos modelis. Tuo tarpu tikimybė, kad magnetinis stabdymas sulėtėja maždaug ties žvaigždės gyvenimo viduriu, siekia 98,4%. Kodėl taip yra – nežinia, bet šis reiškinio patvirtinimas padės patobulinti modelius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktika NGC 4565. Šaltinis: CFHT, Coelum, MegaCam, J.-C. Cuillandre (CFHT), G. A. Anselmi (Coelum)

Galaktikos Visatos išsidėsčiusios įvairiomis kryptimis. Kai kurios į mus atsisukusios „veidu“, kitos, kaip ši, – šonu. Galaktika NGC 4565 yra panaši į mūsiškę – diskinė su nelabai dideliu centriniu telkiniu. Taigi jei kas mus stebi iš šono, greičiausiai mato gana panašų vaizdą.

***

Baltųjų nykštukių magnetiniai laukai. Baltosios nykštukės – tai žvaigždžių, panašių į Saulę, liekanos. Maždaug Žemės dydžio kūnas, sudarytas daugiausiai iš anglies ir deguonies, sukaupęs didžiąją dalį pradinės žvaigždės masės, lėtai vėsta ir blėsta. Kai kurios baltosios nykštukės turi labai stiprius magnetinius laukus. Tokių yra maždaug trečdalis tarp nykštukių, turinčių artimą kompanionę dvinarėje sistemoje, kurių amžius (laikas, praėjęs nuo žvaigždės mirties) viršija milijardą metų. Artimų kompanionių neturinčios arba jaunos baltosios nykštukės nepasižymi labai stipriais magnetiniais laukais. Iki šiol nei vienas modelis, bandantis paaiškinti baltųjų nykštukių magnetinio lauko stiprumą, negalėjo paaiškinti šios priklausomybės nuo kompanionės. Naujame tyrime pasiūlytas modelis, galintis paaiškinti šią savybę. Pagrindinė jo idėja – magnetinį lauką kuria dinamo efektas, analogiškas veikiančiam Žemėje. Elektrai laidi skysta medžiaga, judėdama baltosios nykštukės branduolyje, daugybę kartų sustiprina silpną pradinį magnetinį lauką. Tačiau dinamo efektui reikia, kad pats objekto centras būtų kietas. Žemė turi kietą geležinį branduolį, kurį supa išsilydžiusios geležies sluoksnis. Panašiai ir baltosiose nykštukėse – centre yra anglies ir deguonies atomų kristalas, kurį supa skystas tų pačių elementų sluoksnis. Bet kristalas centre susiformuoja tik nykštukei pakankamai atvėsus, o vėsimas užtrunka apie milijardą metų – tai paaiškina, kodėl stiprūs magnetiniai laukai neaptinkami jaunose nykštukėse. Be to, dinamo efektui prasidėti reikia tam tikro sukimosi greičio. Pavienės baltosios nykštukės sukasi per lėtai, tuo tarpu dvinarėse sistemose jos gali prisiryti medžiagos iš kompanionės ir pagreitėti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Neutroninės žvaigždės spindulio įvertinimas. Atomo branduolį sudaro protonai ir neutronai. Masyvių elementų branduoliuose neutronų yra daugiau, tad protonai pasislepia arti branduolio centro, o neutronai suformuoja apvalkalą, vadinamą oda. Naujame tyrime eksperimentiškai išmatuotas švino branduolio odos storis. Remdamiesi elektronų sklaidos netolygumais, mokslininkai nustatė, kad neutronų apvalkalas švine yra 0,28 femtometro storio, arba apie 5% branduolio spindulio. Kuo tai susiję su astrofizika? Atomų branduolių struktūra nurodo, kaip medžiaga elgiasi ekstremaliomos sąlygomis – esant didžiuliam tankiui bei slėgiui. Geriau suprasdami šį elgesį, galime geriau prognozuoti ir daugybę kartų didesnių ekstremalių objektų – neutroninių žvaigždžių – savybes. Naujai išmatuotas švino branduolio odos storis yra šiek tiek didesnis, nei ankstesni vertinimai. Taigi ir neutroninės žvaigždės greičiausiai yra šiek tiek didesnės – 13-14, o ne 10-12 kilometrų spindulio. Abiem atvejais jos yra neįsivaizduojamai tankūs dariniai, mat į tokio spindulio rutulį telpa 1,4-2,3 Saulės masės. Visgi tikslesnis jų spindulio įvertinimas padės geriau interpretuoti stebėjimų duomenis – nuo neutroninių žvaigždžių šviesos pokyčių iki gama spindulių žybsnių bei gravitacinių bangų signalų. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters: eksperimentas, implikacijos neutroninėms žvaigždėms.

***

Juodųjų skylių maitinimosi ypatumai. Juodosios skylės, nepaisant savo egzotiškumo, yra labai paprasti objektai – jas pilnai aprašyti galima vien mase bei sukimosi sparta. Tokia savybė taip pat reiškia, kad daugelis procesų, vykstančių jų aplinkoje, gali būti labai panašūs ir prie mažų, ir prie didelių juodųjų skylių, tiesiog prie didesnių vyksta proporcingai lėčiau. Maža juodoji skylė dvinarėje sistemoje gali ryti kompanionės medžiagą, bet rijimo pobūdis – ar medžiaga krenta lėtai, ar sparčiai, ar spinduliuoja dėl to, kad įkaitųsi, ar dėl magnetinių efektų, ar yra čiurkšlė, ar nėra – kinta kas keletą mėnesių. Supermasyvių juodųjų skylių akrecijos pobūdis turėtų kisti analogiškai, tačiau šimtų tūkstančių ar net milijonų metų laiko skalėmis. Bet kartais pokyčiai gali būti spartesni – pavyzdžiui, po žvaigždės suardymo. Išnagrinėję spinduliuotės pokyčius po tokio įvykio, nutikusio 2018 metais, tyrėjai nustatė, kad pradžioje šaltinis spinduliavo taip, kaip ir turėtų daug medžiagos gaunanti juodoji skylė, o spinduliuotei susilpnėjus iki 1% teorinės maksimalios vertės, perėjo į kitą būseną, būdingą silpnai maitinamiems objektams. Perėjimas susideda iš kelių detalių – šviesio, spektro bei trumpalaikio kintamumo pokyčių. Dar vėliau, toliau mažėjant akrecijos spartai, įvyksta antras pokytis ir sistema praktiškai visiškai nustoja šviesti. Abu pokyčiai labai gerai atitinka analogus, matomus mažas juodąsias skyles turinčiose dvinarėse sistemose. Taigi šiuo atradimu dar kartą patvirtinama, kad didelės ir mažos juodosios skylės yra labai panašios. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aptikti du dvigubi kvazarai. Galaktikos juda vienos kitų atžvilgiu; kartais priartėja taip arti, kad pagauna viena kitą ir nebepaleidžia, o kaip tik susijungia į vieną darinį. Susijungia ir jų centruose esančios supermasyvios juodosios skylės, tačiau tam reikia daugiau laiko. Tai kurį laiką po susiliejimo galaktika turi du branduolius. Susiliejimas taip pat sujaukia dujas galaktikoje, dalis jų gali nukristi prie juodųjų skylių ir sukurti aktyvius branduolius. Visgi kol kas aptikti galaktiką su dviem aktyviais branduoliais, kuriuos skiria mažiau nei keletas kiloparsekų, niekam nepavyko (atstumas nuo Saulės iki Galaktikos centro yra aštuoni kiloparsekai, tad tokie palyginus netolimi aktyvūs branduoliai yra jau gana vėlyva susiliejimo stadija). Bet dabar paskelbta apie net du tokius dvigubus kvazarus. Atrastų kvazarų spinduliuotė iki mūsų keliavo daugiau nei 10 milijardų metų. Atstumai tarp jų dangaus skliaute yra mažesni nei viena kampinė sekundė, tad jiems aptikti ir atskirti reikėjo pasitelkti naujovišką analizės metodą, paremtą astrometrija – labai tiksliu objekto padėties danguje fiksavimu. Nors aptikimui naudotas teleskopas negali išskirti taip arti esančių objektų, astronomams pavyko nustatyti, kad kvazaro žybsniai – kartais nutinkantys pašviesėjimai – sklinda iš truputį skirtingų vietų. Vienas iš dviejų atradimų patvirtintas daug didesnę erdvinę skyrą turinčiu teleskopu. Pastarasis teleskopas netinkamams objektų paieškoms, nes jo stebėjimo laukas labai mažas. Skaičiuojama, kad tolimoje Visatoje tūkstančiui aktyvių galaktikų turėtų tekti viena su dvigubu branduoliu; naujasis metodas padės jas aptikti greičiau ir efektyviau. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

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

Laiqualasse

2 komentarai

  1. „Tai kurį laiką po susiliejimo galaktika turi du branduolius.“ Sveiki, o kodėl tokios galaktikos laikomos jau susijungusiomis? Ar neteisingiau būtų jas laikyti besijungiančiomis, o susijungusiomis laikyti tik po branduolių ir centrinių juodųjų skylių susijungimo? Ar tam apibrėžti naudojamas koks tai kitas matmuo? Pavyzdžiui geometrinis (kad daugiau nei pusė ex-galaktikų plotų jau persidengę) ar gravitacinis (jog jau santykiauja pakankamai stipriai, nors kiek žinau tas apibūdina vietinę grupę).

    1. Kaip ir su daugeliu kitų bandymų kategorizuoti dalykus astronomijoje, taip ir su galaktikų susiliejimais viskas nėra visiškai aišku. T.y. dažnai iš nuotraukos galima pasakyti, ar tai yra „dvi sąveikaujančios galaktikos“, ar „dvi besijungiančios galaktikos“, ar „viena neseniai susijungusi galaktika“, bet aiški riba tarp šių kategorijų neegzistuoja.

      Grubiai tariant, būtų galima sakyti, kad besijungiančios galaktikos vienu dariniu tampa tada, kai nebeįmanoma atskirti dviejų aiškių galaktikų. Centrinės jų dalys dar kelis šimtus milijonų metų gali skrajoti nesusijungusios, bet joms pamatyti reikia daug gilesnės analizės, nei tiesiog galaktikos nuotraukos.

      Bendram susipažinimui, kaip atrodo galaktikų susiliejimas ir skirtingos jo stadijos, gali būti naudingas šis filmukas (skaitmeninio modelio vizualizacija plius atitinkamos nuotraukos): https://www.youtube.com/watch?v=C0XNyTp5brM
      Taip pat šis nuotraukų montažas, kur paskutiniame kadre yra jau susijungusi galaktika: https://sci.esa.int/web/hubble/-/42637-merger-stages-of-interacting-galaxies

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *