Kąsnelis Visatos CDLXXXVI: Spiralės

Spiralinės vijos – viena gražiausių galaktikų detalių. Bet jos egzistavo ne visada. Pirmosios galaktikos buvo chaotiškos ir netvarkingos, o spiralinė struktūra nusistovėjo tik po milijardų metų. O gal ir ne – neseniai atrasta spiralinė galaktika, egzistavusi praėjus vos 1,4 milijardo metų po Didžiojo sprogimo. Kitame tyrime spiralinės vijos figūruoja kaip tikėtina greitųjų radijo žybsnių kilmės vieta. Nors lokalizacija nėra labai tiksli, panašu, kad šie trumpi impulsai atsklinda tikrai ne iš centrinių galaktikų dalių. Kitose naujienose – ilgų periodų kometų paieška pagal meteorus, plutonis Žemės plutoje iš supernovos sprogimo bangos, Marso gyvenviečių statyba ir juodųjų skylių šešėlių įvairovė. Gero skaitymo!

***

Ilgaperiodžių kometų meteorų lietūs. Kiekvienais metais nakties danguje ne kartą matomi meteorų lietūs. Daugelis jų pasikartoja praktiškai tuo pačiu metu ir pavadinti pagal žvaigždynus, iš kurių, atrodo, atlekia krentančios žvaigždės. Pavyzdžiui, balandžio pabaigoje krenta Lyridai – meteorai iš Lyros žvaigždyno. Iš tiesų tai yra dulkės, kuria paliko Žemės orbitą kertanti kometa, o mūsų planeta kasmet praskrenda pro šį šleifą. Jei kometos orbitos periodas palyginus trumpas – dešimtys ar šimtai metų – šleifas reguliariai atsinaujina. Tačiau yra ir žymiai ilgesnio – tūkstantmečių – periodo kometų. Jų palikti šleifai gerokai išretėję, bet kartais ir jų dulkės pasiekia Žemę. Naujame tyrime pristatyta daugiau nei dviejų milijonų meteoroidų orbitų analizė, atskleidžianti devynias naujas ilgo periodo kometų orbitas. Devyniose šalyse įrengtų specialių kamerų tinklas jau keletą metų naudojamas fiksuoti meteorų trajektorijas. Iš skirtingų taškų darytos nuotraukos trianguliuojamos, taip nustatant trajektoriją trijuose matmenyse, o iš šių duomenų galima apskaičiuoti ir objekto orbitą. Taip nustatė 2,2 milijono meteoroidų orbitas tyrėjai aptiko, kad kai kurios iš jų telkiasi į panašias grupes, kaip ir „įprasti“ meteorų lietūs. Anksčiau buvo žinomos penkios tokios grupės, naujame tyrime jos patvirtintos ir atrastos dar devynios naujos. Taip pat rasti dar penki nelabai aiškūs telkiniai, kurių sieti su atskiromis kometomis tyrėjai nesiryžta. Kometų šleifų evoliucijos modeliai parodė, kad aptiktos grupės atitinka kometų, kurių orbitų periodai siekia iki 4000 metų, šleifus. Šios kometos paskutinį kartą praskriejo arčiau nei 15 milijonų kilometrų atstumu nuo Žemės orbitos – gana toli kosminiais mastais. Tokie atradimai padeda geriau suprasti ilgo periodo kometų populiaciją Saulės sistemoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Supernovos plutonis Žemės plutoje. Prieš kiek daugiau nei du dešimtmečius Ramiojo vandenyno dugno mėginiuose aptikta geležis-60 – geležies atmaina, kurios branduolyje greta 26 protonų yra ne 30 neutronų, kaip įprastoje, o 34 (skaičius 60 yra protonų ir neutronų skaičiaus suma). Tokia geležis Žemėje šiaip sau neatsiranda. Ji gaminama tik supernovose ir yra radioaktyvi – pusė kiekio suskyla per 2,6 milijono metų. Taigi elemento egzistavimas Žemės plutoje reiškia, kad prieš keletą milijonų metų pro Žemę pralėkė kosminiais mastais nedideliu atstumu sprogusios supernovos banga. Per du dešimtmečius atrasta ir daugiau geležies-60 pavyzdžių vandenynų plutoje; šiuo metu manoma, kad per paskutinius 10 milijonų metų pro Žemę pralėkė net dvi supernovų bangos. Dabar pirmą kartą panašiame mėginyje kartu su geležimi-60 aptiktas ir plutonis-244. Šis plutonio izotopas taip pat radioaktyvus, nors ir turi ilgesnį skilimo pusperiodį – 80,6 milijono metų. Teoriniai modeliai prognozuoja, kad izotopas gali formuotis ir supernovose, ir neutroninių žvaigždžių susijungimų metu. Supernovų sprogimų modeliai leidžia apskaičiuoti ir pagaminamų bei į aplinką paskleidžiamų cheminių elementų kiekius, taigi ir jų santykius. Laikui bėgant, radioaktyvių elementų gausos santykis kinta, jiems skylant, tačiau žinodami laiko tarpą, praėjusį nuo supernovos sprogimo, galime apskaičiuoti ir pirminį santykį. Būtent tą ir padarė tyrėjai. Visų pirma, nagrinėdami geležies-60 mėginius, jie patvirtino, kad per paskutinius 10 milijonų metų netoliese įvyko du supernovų sprogimai. Tada jie apskaičiavo, kad mėginyje plutonio-244 yra mažiau, nei prognozuoja modelis, pagal kurį šis izotopas gaminamas vien supernovose. Taigi galima daryti išvadą, kad dalis plutonio-244 Visatoje atsiranda ir dėl kitų procesų – nors ir negalima vienareikšmiškai teigti, kad vien dėl neutroninių žvaigždžių susiliejimų. Šis atradimas parodo, kad net ir tokie netikėti tyrimai, kaip vandenynų plutos analizė, gali pagerinti supratimą apie ekstremalius kosminius reiškinius, kaip supernovų sprogimai ir jų metu vykstančios termobranduolinės reakcijos. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Robotai iškas miestus Marse? Kaip pirmieji kolonistai gyvens Marse? Kad ir kokie pastatai ten būtų įrengiami, jie turės labai gerai saugoti žmones nuo spinduliuotės, mikrometeoritų bei temperatūros svyravimų. Dėl šių priežasčių vis daugiau kalbama apie popaviršinius statinius – urvus, kuriuose gyventi daug saugiau, nei Marso paviršiuje. Naujame tyrime pristatomas galimas tokių urvų statybos planas. Pagrindinė jo naujovė, lyginant su ankstesniais pasiūlymais, – mažų robotų spiečiaus naudojimas. Spiečius galėtų iškasti daug nedidelių tunelių, panaudoti išgautą medžiagą betono gamybai, padengti tunelių paviršių betonu, taip juos sutvirtinti, o tada sujungti, sukuriant didesnes gyvenamąsias erdves. Tyrėjai taip pat sumodeliavo įvairias galimas erdvių kompozicijas ir nustatė, kad labai daug privalumų turi „rizomos“ struktūra, primenanti medžio šaknų išsidėstymą po žeme. Tokia struktūra turėtų keletą įėjimų, bet apskritai paviršiuje jos matytųsi labai nedaug, lyginant su bendru gyvenamuoju tūriu. Be to, tokią gyvenvietę būtų lengviau apsaugoti ir nuo temperatūros pokyčių lauke, ir nuo meteoritų smūgių, nes atskiras jos dalis lengva izoliuoti vieną nuo kitos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Bendriausi gyvybinės chemijos dėsningumai. Norėdami atrasti gyvybę už Žemės ribų, greičiausiai turėsime remtis biopėdsakais – požymiais, kuriuos gyvybiniai procesai palieka savo aplinkoje. Pavyzdžiui, planetos atmosferoje. Jei uolinės planetos atmosferoje aptiktume deguonies molekulių, tai būtų rimta užuomina, kad ten gali egzistuoti gyvybė, nes negyvybiniai procesai tokiose planetose, kaip Žemė, laisvą deguonį daug efektyviau suvartoja, nei pagamina. Bet galimų biopėdsakų yra tūkstančiai, tad nustatyti, ar jų yra planetos atmosferoje, gali būti labai sudėtinga. Todėl grupė mokslininkų siūlo ieškoti ne pavienių biopėdsakų, o matuoti įvairių cheminių elementų bei junginių gausos santykius. Žemiškuose organizmuose šie santykiai yra labai panašūs, tiesa, kiek priklauso nuo organizmo dydžio. Savo ruožtu, organizmų dydžių pasiskirstymas konkrečioje aplinkoje dažniausiai yra laipsninė funkcija. Apjungus šiuos du dėsnius galima išvesti ir tikėtiną įvairių junginių santykių įvairovę skirtingose aplinkose. Išmatavus įvairius santykius bei dalelių dydžių skirstinius nežemiškose aplinkose, galima būtų nustatyti, ar jos galėjo kilti savireguliuojančioje – galbūt gyvoje – sistemoje, ar yra atsitiktinių procesų padarinys. Tokius matavimus daug lengviau atlikti vietoje, t. y. Saulės sistemos objektuose, bet iš principo idėją galima pritaikyti ir egzoplanetų atmosferų analizei. Tyrimo rezultatai publikuojami Bulletin of Mathematical Biology.

***

Detaliausias skaitmeninis žvaigždėdaros modelis. Žvaigždžių formavimasis yra vienas svarbiausių kosminių procesų. Juk būtent dėl jo egzistuoja ir planetos, ir dauguma cheminių elementų, ir gyvybė. Ir nors pagrindinius reiškinio principus astronomai supranta neblogai, daugybė detalių lieka neaiškios. Tarp šių detalių yra ir mikroskopiniai, ir makroskopiniai aspektai, nuo cheminių ir termobranduolinių reakcijų progreso žvaigždei formuojantis iki priežasčių, kodėl žvaigždės formuojasi ne visose galaktikos vietose ir kodėl prasidėjęs žvaigždėdaros procesas dažniausiai sustoja neišnaudojęs viso „kuro“. Atsakyti į šiuos klausimus padeda skaitmeniniai modeliai, bet dėl kompiuterių pajėgumų ribotumo jie remiasi įvairiais supaprastinimais ir ignoruoja vienus ar kitus veiksnius. Dabar pristatytas naujas skaitmeninis žvaigždėdaros modelis, detalesnis už visus ankstesnius. STARFORGE modelyje įtraukiami visi žvaigždėdaros proceso etapai, nuo tarpžvaigždinio dujų debesies fragmentacijos ir fragmentų traukimosi iki to paties debesies išblaškymo, įtraukiant medžiagos kritimą į žvaigždę bei protoplanetinio disko formavimąsi, magnetinius procesus jungiančius prožvaigždę ir diską bei kuriančius žvaigždės čiurkšles, spinduliuotės sukeliama jonizacija, dujų šildymas bei stūmimas, ir netgi jau susiformavusių žvaigždžių evoliucija bei supernovų sprogimai. Pirmieji modelio rezultatai rodo, kad besiformuojančių žvaigždžių čiurkšlės yra labai svarbus žvaigždėdarą reguliuojantis veiksnys. Neįtraukus šio elemento į modelį, jame susiformavo apie 10-20 kartų per masyvios žvaigždės, o įtraukus atkurta žvaigždžių masių funkcija, atitinkanti stebimą. Anksčiau šis aspektas nebuvo pastebėtas, nes modeliai, įtraukiantys čiurkšles, būdavo per maži, kad galėtų prognozuoti viso dujų debesies evoliuciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Karolių ūkas. Šaltinis: ESA, Hubble, NASA, K. Noll

Mirštančios žvaigždės, jei jų masė neviršija aštuonių Saulės masių, išorinius sluoksnius nusimeta palengva ir palyginus lėtai. Taip atsiranda planetinis ūkas (pavadinimas kilęs iš to, kad pirmieji atrasti planetiniai ūkai per to meto teleskopus atrodė panašūs į Uraną ir Neptūną). Čia matome vieną tokį ūką Strėlės žvaigždyne. Jo amžius siekia apie 5000 metų – nelabai daug, nes įprastai šie ūkai išlieka kelias dešimtis tūkstančių metų po to, kai iš žvaigždės lieka baltoji nykštukė. Šviesesni „karoliai“, duodantys ūkui pavadinimą, yra tankesnių dujų telkiniai, o pro jų tarpus veržiasi įkaitintos retesnės dujos. Nuotraukos viršutiniame kairiame ir apatiniame dešiniame kampuose matomi rausvi debesys taip pat yra sistemos dalys – šias dujas sužadino ir įkaitino čiurkšlės, išlėkusios iš mirštančios žvaigždės.

***

Galaktikos žvaigždės – labai senos. Paukščių Takas, kaip ir kiekviena kita galaktika, patyrė ne vieną susiliejimą su kitomis galaktikomis. Visos jos buvo mažesnės, taigi galima sakyti, kad mūsų Galaktika jas prarijo. Dalis šiandieninių Paukščių Tako žvaigždžių susiformavo tose kadaise egzistavusiose palydovėse, o vėliau prisijungė prie mūsų Galaktikos halo ar disko. Bet kada tai nutiko ir kaip vyko Galaktikos žvaigždžių populiacijos „surinkimas“, žinome tik apytikriai. Siekdami patikslinti žinias, mokslininkai patikslino maždaug šimto senų žvaigždžių amžiaus įvertinimus. Visos žvaigždės yra arti gyvenimo pabaigos – jau palikusios pagrindinę seką ir tapusios raudonosiomis milžinėmis. Jos pateko į Keplerio misijos stebėjimų lauką, taigi turime detalią informaciją apie jų šviesio kitimą laikui bėgant. Gaia teleskopo duomenys padėjo tiksliai įvertinti atstumą iki šių žvaigždžių, o APOGEE projekto išmatuoti spektrai – nustatyti cheminę sudėtį. Apjungti duomenys leido įvertinti žvaigždžių amžių su 11% paklaida. Ji gali atrodyti didelė, bet žvaigždžių amžiaus matavimas yra labai sudėtinga užduotis, tad šis rezultatas tikslesnis, nei ankstesni. Tarp šių žvaigždžių pasitaikė ir tokių, kurios susiformavo Paukščių Take, ir tų, kurios atkeliavo iš buvusių palydovinių galaktikų. Be to, žvaigždžių amžiai pasirodė esą kiek didesni, nei manyta anksčiau, o tai kartu „pasendino“ ir visą Galaktikos žvaigždžių populiaciją. Remiantis šiais rezultatais, galima daryti išvadą, kad didžioji dalis Paukščių Tako žvaigždžių, dabar sudarančių storąjį Galaktikos diską, susiformavo dar prieš palydovinės galaktikos Gajos-Encelado įkritimą prieš 10 milijardų metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Greitųjų radijo žybsnių lokalizavimas. Prieš keturiolika metų identifikuotas pirmasis greitasis radijo žybsnis (Fast radio burst, FRB). Tai yra trumpas, kelias milisekundes trunkantis radijo spindulių impulsas, atsklindantis iš už mūsų Galaktikos ribų. Šiuo metu žybsnių žinoma virš tūkstančio, bet vis dar labai neaišku, kokie procesai juos kuria. Vienas iš būdų apriboti galimų procesų įvairovę – nustatyti, kokiose galaktikose ir kuriose jų vietose žybsniai vyksta. Bet trumputė žybsnių trukmė apsunkina bandymus tą padaryti. Iki šiol vos 15 žybsnių buvo lokalizuoti konkrečiose galaktikose. Dabar pristatyti stebėjimų duomenys leidžia lokalizuoti dar aštuonis FRB – penki iš jų vyko galaktikų spiralinėse vijose. Dar trys vyko galaktikose, kurių spiralinės struktūros arba nepavyko išskirti, arba spiralių ten apskritai nėra. Stebėjimams pasitelktas kosminis teleskopas Hablas, kurio puiki erdvinė skyra leido charakterizuoti FRB galaktines aplinkas. Paaiškėjo, kad žybsniai vyksta ne galaktikų centruose, taip pat jie neatrodo susiję nei su intensyvios žvaigždėdaros regionais, nei su masyviais žvaigždžių spiečiais. Žybsnių atstumų nuo galaktikų centrų pasiskirstymas statistiškai reikšmingai skiriasi nuo gama spindulių žybsnių ar supernovų sprogimų pasiskirstymo, taigi mažai tikėtina, kad šie reiškiniai susiję tarpusavyje. Šie rezultatai verčia abejoti kai kuriais teoriniais FRB kilmės modeliais – pavyzdžiui, mažai tikėtina, kad žybsniai kyla neutroninių žvaigždžių susijungimuose arba gyvenimą baigiant masyviausioms žvaigždėms. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Netolygi aktyvių branduolių aplinka. Aktyvūs branduoliai – juodosios skylės ir į jas krentančios dujos galaktikų centruose – susideda iš įvairių struktūrų. Viena jų vadinama plačiųjų linijų regionu (Broad-line region, BLR), nes ten esančios dujos juda šimtų ar tūkstančių kilometrų per sekundę greičiais ir jų spektro linijos išplinta dėl Doplerio efekto. Šios dujos telkiasi netoli juodosios skylės – tai paaiškina didelį jų greitį. Taip pat tai reiškia, kad centrinio šaltinio spinduliuotės pokyčiai po palyginus trumpo laiko – kelių ar keliolikos dienų – atsikartoja BLR. Detaliai stebėdami aktyvaus branduolio spinduliuotės pokyčius skirtinguose ruožuose, astronomai gali geriau suprasti ir dujų struktūrą. Naujame tyrime pristatomi detaliau galaktikos NGC 2617 aktyvaus branduolio stebėjimai, rodantys, kad BLR yra stratifikuota struktūra. Stebėjimų, vykdytų nuo 2019-ųjų spalio iki pernai gegužės, metu kas dvi dienas buvo matuojamas galaktikos spektras, taip nustatant įvairius pokyčius, atsirandančius dėl medžiagos kritimo į juodąją skylę bei jos spinduliuojamos energijos pernašos pro kitas dujų struktūras. Pirmą kartą pavyko identifikuoti pokyčių uždelsimą dujų dariniuose, judančiuose skirtingais greičiais. Uždelsimų struktūra pasirodė esanti labai netikėta: mažiausiu greičiu judančių dujų uždelsimas buvo didesnis, nei greitai tolstančių ar greitai artėjančių mūsų link. Tokių duomenų paaiškinti negali nei vienas iš trijų paprasčiausių modelių: krentančio dujų srauto, pabėgančio srauto arba orbita aplink juodąją skylę besisukančių dujų. Taip pat uždelsimas išmatuotas net keturiose spektro linijose: trijose vandenilio ir vienoje helio. Kiekvienos linijos tipinis uždelsimas buvo vis kitoks. Šie duomenys rodo, kad BLR struktūra yra labai netolygi, jį sudaro dujų srautai bei debesys, kurių kiekvieno savybės vis kitokios. Remdamiesi gautais duomenimis, mokslininkai taip pat apskaičiavo juodosios skylės masę – ji greičiausiai yra 21-24 milijonai Saulės masių. Bent jau šis dydis atitinka ankstesnius įvertinimus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodųjų skylių šešėlių dydžiai. Juodoji skylė bendrojoje reliatyvumo teorijoje yra labai paprastas objektas. Ją aprašyti užtenka vos trijų parametrų: masės, sukimosi greičio ir elektrinio krūvio. Įprastai astrofizikoje kalbama tik apie pirmus du, nes elektrinis krūvis turėtų būti nykstamai mažas. Bet gal tai netiesa? Ir apskritai, juodosios skylės yra egzotiški dariniai, nežinome, kas vyksta jų viduje, tad gal iš tiesų jas aprašyti reikėtų sudėtingesniais modeliais? Tokias alternatyvas patikrinti leidžia juodųjų skylių atvaizdai, kaip prieš porą metų paskelbta galaktikos M87 centrinio monstro nuotrauka. Naujame tyrime nagrinėjama, kiek ši nuotrauka leidžia apriboti įvairius juodųjų skylių modelius ar parametrų vertes. Pagrindinis nagrinėjamas aspektas yra vadinamasis „fotonų šešėlis“ – regionas, į kurį patekę fotonai įkrenta į juodąją skylę ir nepasiekia tolimo stebėtojo, t. y. mūsų. Skirtingos teorijos duoda įvairias prognozes apie šešėlio spindulio santykį su įvykių horizonto spinduliu. Naujoji analizė patvirtino ankstesnius rezultatus, kad juodosios skylės parametrai puikiai dera su bendrosios reliatyvumo teorijos duodama krūvio neturinčios juodosios skylės prognoze. Žinoma, stebėjimai turi tam tikras paklaidas, tad neįmanoma atmesti ir kitų variantų, bet kai kurie modeliai tikrai nedera su turimais duomenimis. Beveik neabejotinai juodoji skylė negali turėti didelio krūvio – 90-95% maksimalios įmanomos vertės. Taip pat galima atmesti kai kurias alternatyvias teorijas, pagal kurias Visatoje egzistuoja daugiau nei trys erdvės ir vienas laiko matmenys; šios teorijos bando paaiškinti greitėjantį Visatos plėtimąsi ir per greitą galaktikų sukimąsi papildomų dimensijų poveikiu, bet naujojo tyrimo rezultatai rodo, kad tas poveikis negali būti labai stiprus. Ateityje, kai bus gauta daugiau duomenų apie kitų juodųjų skylių fotonų šešėlius, apriboti įvairių teorijų leistinus parametrus bus galima dar tiksliau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Seniausia spiralinė galaktika. Aplinkinėje Visatoje apie trečdalį galaktikų yra spiralinės. Jos turi centrinius elipsoido formos telkinius, nuo kurių tęsiasi diskai, o juose driekiasi spiralinės vijos. Tokioms struktūroms susiformuoti reikia laiko – tolimoje praeityje galaktikos buvo gerokai chaotiškesnės. Kada atsirado pirmosios spiralinės galaktikos, nežinia, bet dabar atrasta galima tokia kandidatė. Galaktika BRI 1335–0417 matoma tokia, kokia buvo Visatai esant vos 1,4 milijardo metų amžiaus – dešimt kartų jaunesnei, nei dabar. ALMA submilimetrinių bangų teleskopu padarytose nuotraukose astronomams pavyko identifikuoti jonizuotos anglies spektro linijas ir erdviškai išskirti jų spinduliuotę. Centrinėje galaktikos dalyje matomas šviesesnis regionas, greičiausiai atitinkantis centrinį telkinį, o 2-5 kiloparsekų atstumu nuo centro – dvi išsilenkusios juostos. Palyginimui, Saulė nuo Paukščių Tako centro nutolusi per aštuonis kiloparsekus. Juostos gali būti ir potvyninės uodegos, sukurtos sąveikaujant su gretima galaktika, bet gana tvarkinga struktūra leidžia teigti, jog labiau tikėtina, kad tai spiralinės vijos. Dujų judėjimo greičiai taip pat atitinka disko struktūrą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Viską, ką matome Visatoje, ir tai, ko nematome, valdo keturios fundamentinės sąveikos – gravitacija, elektromagnetizmas bei stiprioji ir silpnoji branduolinės. Bet gali būti, kad egzistuoja ir daugiau sąveikų. Kai kurie mokslininkai tikisi, kad penktoji fundamentinė sąveika galėtų paaiškinti tamsiąją materiją ar energiją, o gal išspręstų ir kitas esmines fizikos problemas. Apie penktosios sąveikos galimybes pasakoja John Michael Godier:

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.