Kąsnelis Visatos CDXCIV: Hablas vėl veikia!

Prieš maždaug mėnesį sulaukėme neraminančios žinios – nustojo veikti pagrindinis Hubble valdymo kompiuteris. Laimei, NASA inžinieriai sugebėjo išspręsti šią problemą ir teleskopas-veteranas vėl veikia! Kitose naujienose – Ingenuity pritaikymas žvalgyti Perseverance maršrutą, pirmieji izotopų matavimai planetos atmosferoje, artimiausios aktyvios galaktikos čiurkšlės forma ir alternatyvi hipotezė apie juodųjų skylių kilmę. Gero skaitymo!

***

Hablas vėl veikia. Jau ketvirtą dešimtį skaičiuojantis garsiausias kosminis teleskopas Hubble vėl veikia. Prieš mėnesį staiga išsijungė jo valdymo kompiuteris, tad teko sustabdyti visas mokslines operacijas. Teleskopo valdymo komanda kelias savaites nesėkmingai bandė įjungti kompiuterį, kuris pagamintas dar devintajame dešimtmetyje. Vėliau bandė įjungti atsarginį valdymo kompiuterį, bet nesuveikė ir jis. Tada inžinieriai nusprendė patikrinti, gal problema yra kitame komponente – valdymo ir duomenų modulyje. Ketvirtadienį sistema perjungta, kad naudotų atsarginį komponentą, ir teleskopas vėl ėmė veikti. Moksliniai stebėjimai turėtų būti atnaujinti artimiausiomis dienomis. Sugedusį modulį į teleskopą įdiegė astronautai paskutinės aptarnavimo misijos metu 2009 metais. Iš viso Hablas remontuotas penkis kartus po paleidimo 1990-aisiais.

***

Saulės elektrinis laukas. Mūsų Saulė turi ne tik magnetinį, bet ir elektrinį lauką. Jis atsiranda dėl nevienodo elektronų bei protonų judėjimo iš žvaigždės gilumos. Elektronai, būdami 1800 kartų lengvesni, juda daug sparčiau ir veržiasi lauk į išorę, bet protonų elektrostatinė trauka juos traukia atgal. Toks elektronų judėjimas ir sukuria elektrinį lauką. NASA zondas Parker Solar Probe, paleistas 2018 metais, skrajoja labai arti Saulės – arčiausiai priartėjo vos per 15 milijonų kilometrų. Toje vietoje, dešimt kartų arčiau žvaigždės, nei Žemė, elektronai dar yra greitinami, o dalis jų krenta atgal į Saulę. Parker detektoriai išmatavo grįžtančių elektronų koncentraciją ir nustatė, kad ji daug mažesnė, nei būtų galima tikėtis, jei juos greitintų vien elektrinis laukas. Tai reiškia, kad pagrindinis elektronų greitinimo būdas yra kitas – greičiausiai magnetinis laukas. To ir buvo tikėtasi, bet tiesioginiais stebėjimais paremtas įrodymas daug labiau sustiprina teorinių prognozių patikimumą. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip formuojasi Saulės vėjas, ir geriau prognozuoti jo poveikį Žemei bei visai kosminei aplinkai. Tyrimą aprašantis straipsnis artimiausiu metu pasirodys Astrophysical Journal.

***

Tolesni Ingenuity nuotykiai Marse. Vasario mėnesį kartu su naujausiu NASA marsaeigiu Perseverance Raudonojoje planetoje nusileido ir sraigtasparnis Ingenuity. Balandį ir gegužę jis atliko penkis bandomuosius skrydžius – tiek ir buvo suplanuota. Paaiškėjus, kad sparnų keliamoji galia pakankama ir skraidyti plonoje Marso atmosferoje įmanoma, Ingenuity komanda nusprendė panaudoti jį kitiems darbams – žvalgyti Perseverance trajektoriją ir ieškoti geriausio kelio iki numatytų taikinių. Sudaryti judėjimo planus marsaeigiams tikrai nelengva, ir nors NASA turi daug patirties, tai visada yra daugybės žmonių darbo reikalaujanti užduotis. Orbitinėmis nuotraukomis naudotis negalima – jų raiška neleidžia įžiūrėti mažesnių nei metro dydžio objektų, tuo tarpu marsaeigį sustabdyti gali ir gerokai mažesnė kliūtis. Taigi iki šiol kiekvieno marsaeigio kelionė buvo planuojama naudojantis jo paties darytomis nuotraukomis. Bet žiūrint iš vieno taško sunku susidaryti įspūdį apie realų kliūčių išsidėstymą, tad kelio paieškos trukdavo ilgai. Tuo tarpu Ingenuity leidžia greitai padaryti daug nuotraukų iš įvairių pusių, žvelgiant iš aukštai. Kai kuriose Ingenuity nuotraukose matomi vaizdai, kurių Perseverance net nepamatys – nelygaus arba netvirto paviršiaus zonos, per kurias važiuoti atrodo pernelyg pavojinga. Būtent toks ir yra ilgalaikis sraigtasparnių naudojimo Marse tikslas ir planas: suteikti misijoms papildomą požiūrio tašką, galimybę pažvelgti į vietas, prie kurių neįmanoma privažiuoti, ir taip praturtinti žinias, gaunamas iš orbitinių bei paviršinių zondų.

***

Saturno palydove Encelade neseniai aptikta metano. Jis veržiasi iš geizerių, kurie trykšta iš popaviršinio vandenyno, esančio giliai po ledo sluoksniu. Ar tai gali reikšti, kad ten yra gyvybės? Galbūt. Apie Enceladą ir kitas NASA vykdomas gyvybės paieškų misijas Event Horizon kanale kalba John Michael Godier ir vyriausiasis NASA mokslininkas Jim Green:

***

Galingi jaunų žvaigždžių žybsniai. Saulė kartais išspjauna žybsnį – energingų ultravioletinių ir rentgeno spindulių pluoštą. Bendra žybsnio metu išskiriama energija, palyginus su bendru Saulės šviesiu, mažytė – tipiškai per valandą išskiriama mažiau nei tūkstantoji dalis energijos, kurią Saulė išspinduliuoja per sekundę. Visgi Saulė daugiausiai spinduliuoja regimuosius ir infraraudonuosius spindulius, taigi sustiprėjęs energingesnių fotonų srautas gali sukelti pavojaus. Yra žinoma, kad jaunesnės žvaigždės dažnai žybsi intensyviau, o dar besiformuojančios pasižymi stipriausiu magnetiniu aktyvumu. Dabar pristatyta gausiausia besiformuojančių žvaigždžių rentgeno žybsnių analizė. Išnagrinėjus daugiau nei 24 tūkstančių jaunų žvaigždžių stebėjimus, atrasti 1086 rentgeno žybsniai, kurių suminė energija viršija visą Saulės per sekundę išspinduliuojamą energijos kiekį. Galingiausių žybsnių metu išspinduliuota energija viršija net per parą Saulės išspinduliuojamą energiją. Nustatyta, kad žybsniai dažnesni masyvesnėse žvaigždėse, tačiau nelabai priklauso nuo jų amžiaus – tiesa, visos nagrinėtos žvaigždės yra jaunesnės nei 5 milijonai metų. Žvaigždžių, kurias supa protoplanetiniai diskai, žybsniai nesiskyrė nuo žvaigždžių, kurios diskų neturi, taigi net ir labai jaunų žvaigždžių žybsniai kyla iš vidinių žvaigždės procesų, o ne dėl jos sąveikos su disku. Patys ryškiausi žybsniai – atitinkantys bent 10 minučių Saulės energijos kiekį – žvaigždėse tipiškai nutikdavo po beveik du kartus per metus. Apskritai žybsnių dažnumo priklausomybė nuo energijos panaši į Saulės žybsnių priklausomybę, taigi juos kuriantys procesai greičiausiai panašūs į tuos, dėl kurių žybsniai nutinka Saulėje, tiesiog daug energingesni. Vadinasi, galima teigti, jog besiformuojanti Saulė irgi spjaudėsi panašiais žybsniais, tad gimstančioms planetoms teko patirti didelių sukrėtimų. Kai kurie mokslininkai netgi teigia, kad didžiuliai žybsniai buvo būtinas planetų formavimosi proceso elementas – jie padėjo sukibti diske augančioms granulėms. Detalesnė labai jaunų žvaigždžių ir jų žybsnių poveikio aplinkai analizė padės išsiaiškinti, kiek šie efektai iš tiesų reikšmingi. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Sunki anglis egzoplanetos atmosferoje. Pirmą kartą egzoplanetos atmosferoje išmatuotas dviejų elemento izotopų gausos santykis. Izotopais vadinamos cheminio elemento atmainos, turinčios skirtingą neutronų skaičių branduolyje. Pavyzdžiui, anglis dažniausiai turi šešis protonus ir šešis neutronus, tokia atmaina vadinama anglimi-12. Kartais pasitaiko sunkesnių: šeši protonai ir septyni neutronai duoda anglį-13, šeši ir aštuoni – anglį-14. Skirtingi izotopai beveik nesiskiria cheminėmis savybėmis, tačiau lengvesni izotopai lengviau pabėga iš planetų ir išgaruoja iš ledo sankaupų, taigi jų gausos santykiai padeda suprasti planetų atmosferų evoliuciją, formavimosi istoriją ir kitas savybes. Visoje Saulės sistemoje anglies-12 ir anglies-13 santykis labai panašus: pirmosios yra apie 89 kartus daugiau. Tuo tarpu aplinkinėje tarpžvaigždinėje erdvėje santykis pastebimai mažesnis, apie 68. O štai planetos TYC 8998-760-1 b atmosferoje – dar mažesnis, vos apie 31. TYC 8998-760-1 b skrieja aplink žvaigždę Musės žvaigždyne, kurią nuo mūsų skiria beveik šimtas parsekų. Žvaigždė mase labai panaši į Saulę, tačiau yra daug jaunesnė, vos 17 milijonų metų amžiaus (Saulės amžius siekia puspenkto milijardo metų). Jos planetos taip pat jaunos, dar net nebaigė formuotis – aplink TYC 8998-760-1 b matomi požymiai, kad į planetą krenta dujos ir jos masė vis dar auga, nors jau 14 kartų viršija Jupiterio. Naujieji stebėjimai leido atskirti labai panašią šviesą, kurią sugeria anglies monoksido molekulės, turinčios anglies-12 ir anglies-13 atomus. Kodėl anglies-13 toje sistemoje tiek daug, nežinia, bet tyrėjai turi keletą idėjų. Pagrindinė hipotezė susijusi su dideliu atstumu tarp žvaigždės ir planetos: net 160 astronominių vienetų, t.y. 160 kartų toliau, nei Saulė nuo Žemės. Tokiu atstumu nuo žvaigždės anglies monoksidas yra sustingęs į ledą ir gali dalyvauti planetų formavimosi procese. Arčiau žvaigždės jis išgaruoja. Protoplanetiniame diske vykstančios reakcijos lengviau suardo anglies-12 turinčias monoksido molekules, taigi ledas išoriniuose disko kraštuose tampa praturtintas anglimi-13. Žinoma, anglies-13 gausos priežastys gali būti ir kitos, pavyzdžiui didesnis izotopo kiekis molekuliniame debesyje, iš kurio formavosi visa TYC 8998-760-1 sistema. Egzoplanetų atmosferos tyrinėjamos jau ne vieną dešimtmetį, bet iki šiol duomenys nebuvo pakankamai detalūs, kad pavyktų atskirti izotopų gausos santykius. Taigi šis atradimas atveria naują būdą tyrinėti atmosferas ir daug geriau išsiaiškinti jų kilmę bei ten vykstančius reikšmingus procesus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Spiečiaus NGC 6231 fragmentas. Šaltinis: Martin Pugh, Rocco Sung

Prie Skorpiono uodegos stovi tamsus bokštas. Ne, tai ne mįslė, o šios nuotraukos apibūdinimas. Tamsus pailgas objektas, kiek primenantis bokšto siluetą, yra 12 parsekų ilgio tarpžvaigždinių dujų debesis Skorpiono žvaigždyne, kaip tik prie šio gyvio uodegos. Virš debesies (žiūrint pagal nuotraukos orientaciją) yra jaunų žvaigždžių spiečius NGC 6231; jų šviesa nupučia dalį debesies dujų, taip atsiranda pailga forma ir rausvas įkaitusių dujų švytėjimas viršutinėje debesies dalyje.

***

Lašo formos žvaigždė. Baltosios nykštukės – į Saulę panašių žvaigždžių liekanos – kartais sprogsta kaip supernovos. Tam reikia, kad nykštukės masė išaugtų virš vadinamosios Chandrasekharo ribos, arba 1,4 Saulės masių. Tai nutikti gali dviem būdais: arba susijungiant dviem baltosioms nykštukėms, arba nykštukei prisirijus medžiagos iš kompanionės dvinarėje sistemoje. Dabar, panašu, pirmą kartą aptikta sistema, galinti netrukus (astronomiškai šnekant) įvykdyti antrąją sąlygą. Kaltininkė yra žvaigždė HD 265435, patekusi į kosminio teleskopo TESS stebėjimų lauką. TESS skirtas egzoplanetų paieškai, matuojant žvaigždžių pritemimus, planetoms praskrendant per jų diskus. Visgi jautrumas, reikalingas tokiems tyrimams, naudingas ir siekiant aptikti žvaigždės šviesio pokyčius dėl kitų priežasčių. HD 265435 šviesis kinta per stipriai ir per daug tolygiai, kad galėtų būti planetos signalas, o ir žvaigždės šalia nematyti. Vienintelis logiškas sprendimas, paaiškinantis stebėjimų duomenis – žvaigždė yra ištempta į lašo formą nematomos kompanionės. Kai į mus žvaigždė atsisuka vienu ar kitu galu, matomas mažesnis šviesis, o kai atsisuka ištemptu šonu – didesnis. Kas galėtų būti ta kompanionė? Išmatavę žvaigždės masę bei orbitos periodą, tyrėjai apskaičiavo, kad jos porininkės masė siekia apie 1,05 Saulės masės, taigi yra baltoji nykštukė; jei tai būtų įprasta žvaigždė, jos šviesis nustelbtų HD 265435 šviesį, o neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės tokios mažos nebūna. Abiejų žvaigždžių masių suma siekia maždaug 1,65 Saulės masės, taigi viršija Chandrasekharo ribą. Žvaigždės skrieja labai arti viena kitos, vieną ratą apsuka per 100 minučių. Deformacija ir greitas judėjimas reiškia, kad sistema spinduliuoja gravitacines bangas, o jos orbitos periodas mažėja. Per 70 milijonų metų žvaigždės turėtų susijungti į vieną ir greičiausiai įvyks supernovos sprogimas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Žybsnio sujaukti magnetiniai laukai. Gama spindulių žybsniais vadinami trumpi ryškūs gama spinduliuotės pliūpsniai. Jie randami visomis kryptimis, o atsklinda iš už Paukščių Tako ribų. Dalis žybsnių kyla mirštant masyvioms žvaigždėms. Žvaigždės centrinė dalis kolapsuoja į juodąją skylę, o besisukantys išoriniai sluoksniai ima kristi ant jos. Krentanti medžiaga sukasi vis greičiau, o jos magnetinis laukas sustiprėja ir tampa tvarkingesnis. Didžiulė kritimo metu išskiriama energija, veikiant magnetiniam laukui, nukreipiama išilgai dviejų kūgių; jei vienas jų nukreiptas Žemės link, matome trumpą, bet intensyvią, gama spinduliuotę – žybsnį. Kartu su gama spinduliais sklinda ir mažesnės energijos šviesa, ji įprastai matoma ilgiau, nei gama spinduliuotė. Žybsnio metu žvaigždės medžiaga išbarstoma į šalis ir tvarkingo magnetinio lauko nebelieka. Bent jau taip teigia teorinis modelis. Dabar pirmą kartą jis patvirtintas stebėjimais. Išnagrinėję žybsnio GRB 141220A regimųjų spindulių spektrą, astronomai užfiksavo poliarizaciją praėjus kelioms minutėms po žybsnio. Poliarizuota šviesa yra tokia, kurios elektrinis laukas svyruoja vienoje plokštumoje – dažniausiai ją taip sutelkia magnetinio lauko poveikis arba sąveika su tarpžvaigždinėmis dulkėmis. Tuo tarpu praėjus kelioms valandoms ir kelioms dienoms, GRB 141220A šviesa nebebuvo poliarizuota, bent jau ne daugiau, nei tikėtina pagal galaktikos dulkių kiekį. Taigi galima daryti išvadą, kad žybsnio sklidimo pradžioje juodąją skylę supo tvarkingas magnetinis laukas, kurio neliko per kelias valandas ar dar greičiau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kentauro A čiurkšlės forma. Kentauro A yra mums artimiausia „radijo-garsi“ galaktika – tai reiškia, kad ji skleidžia daug radijo bangų. Pagrindinis jų šaltinis – čiurkšlė, lekianti iš aktyvaus branduolio, ir jos kuriami du kevalai abipus galaktikos. Dabar pristatyta detaliausia čiurkšlės centrinės dalies nuotrauka. Tam pasitelkti teleskopai, padėję padaryti pirmąją juodosios skylės šešėlio nuotrauką – vadinamasis Įvykių horizonto teleskopas (Event Horizon Telescope, EHT). Naujoji nuotrauka 16 kartų ryškesnė, nei ankstesni geriausi šios galaktikos atvaizdai. Joje matomos maždaug 16 milijardų kilometrų dydžio struktūros – mažesnės, nei viena šviesdienė. Toks mastelis apie 100 kartų viršija centrinės Kentauro A supermasyvios juodosios skylės įvykių horizonto spindulį. Duomenys atskleidė, kad pačiame centre čiurkšlė yra labai suspausta, o jos pakraščiai šviesesni už centrą, be to, pakraščių šviesis skiriasi vienas nuo kito. Tai rodo, kad čiurkšlės kryptį išlaiko magnetinis laukas, bet kartu ji sąveikauja su aplinkinėmis dujomis. Čiurkšlės ir viso galaktikos centro struktūra išskiriamu masteliu labai primena ir M87 galaktikos centro, kuriame ir padaryta garsioji juodosios skylės nuotrauka, struktūrą. Taigi panašu, kad čiurkšlių formavimasis yra gana universalus procesas – ar bent jau vienodas šiose dviejose galaktikose, nepaisant to, kad jų juodųjų skylių masės skiriasi apie šimtą kartų, panašiai skiriasi ir dujų akrecijos sparta. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Blausaus aktyvaus branduolio vėjas. Galaktikų centruose esančios supermasyvios juodosios skylės kartais būna aktyvios – į jas sparčiai krenta dujos ir spinduliuoja labai daug energijos. Aktyvumas aktyvumui nelygus – kartais juodosios skylės aplinka švyti ryškiau, nei visa galaktika, kartais šviesa sunkiai pastebima. Kiekviena juodoji skylė turi tam tikrą maksimalią medžiagos kritimo spartą ir maksimalų šviesį, kurie proporcingi skylės masei. Jei medžiaga krenta lėčiau, nei maždaug šimtadalis šios vertės, dujos aplink juodąją skylę suformuoja storo riestainio formos struktūrą, vadinamą spinduliškai neefektyviu akreciniu srautu (radiatively inefficient accretion flow, RIAF). Analitiniai skaičiavimai ir skaitmeniniai modeliai rodo, kad RIAF – dažniausias galaktikų aktyvumo pobūdis, o jam egzistuojant iš galaktikos centro turėtų pūsti spartus karštų dujų vėjas. Dabar pirmą kartą toks vėjas aptiktas stebėjimais. Atradimas padarytas analizuojant archyvinius, dar 2005-2006 metais surinktus, duomenis apie galaktiką M81. Ši galaktika, esanti Didžiosios Lokės žvaigždyno kryptimi, jau seniai žinoma kaip turinti blausų aktyvų branduolį. Išnagrinėję jos centrinės dalies rentgeno spindulių spektrą, mokslininkai aptiko požymių, kad nuo branduolio pučia 2800 kilometrų per sekundę greičio vėjas, sudarytas iš 130 milijonų laipsnių temperatūros dujų. Ir greitį, or temperatūrą apskaičiuoti leido labai stipriai jonizuotos geležies spektro linijos, naudojamos ir kitų galaktikų vėjams aptikti. Anksčiau vėjai aktyviose galaktikose aptikti ne kartą, bet tik tokiose, kur medžiaga į juodąją skylę krenta daug sparčiau. Didelis greitis bei temperatūra leidžia atmesti hipotezę, kad vėją sukelia žvaigždžių spinduliuotė – jos tam tiesiog nepakanka. Tuo tarpu skaitmeninis RIAF modelis labai gerai atkūrė stebėjimų duomenis. Šis atradimas padės patikrinti RIAF modelius ir geriau suprasti, kaip savo galaktikas veikia blausū aktyvūs branduoliai. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Juodųjų skylių kilmės alternatyva. Seniausios supermasyvios juodosios skylės randamos tais laikais, kai Visatos amžius nesiekė 700 milijonų metų. Palyginus su dabartiniu 13,7 milijardų metų amžiumi, tai – visai nedaug. Kaip jos spėjo užaugti iki milijardo Saulės masių per tokį trumpą laiką? Yra įvairių hipotezių, bet vieningo atsakymo kol kas – ne. Taigi įvairūs mokslininkai vis iškelia naujų hipotezių, kurios kartais apjungia juodųjų skylių kilmę su kitais neatsakytais astrofizikos klausimais. Naujausia tokia idėja – galbūt juodosios skylės susiformavo iš kolapsuojančių tamsiosios materijos halų. Tamsioji materija sudaro apie 80% visos materijos Visatoje, tad medžiagos suformuoti juodosioms skylėms tikrai netrūksta. Tačiau „įprasti“ tamsiosios materijos halai nesusitraukia iki tokio tankio, kad virstų juodosiomis skylėmis. Taigi mokslininkai pasitelkė alternatyvią, truputį sudėtingesnę, formuluotę, pagal kurią tamsiosios materijos dalelės sąveikauja tarpusavyje ne tik gravitaciškai ir gali atvėsti. Tokiu būdu halo traukimasis nesustoja. Centrinėje galaktikos dalyje traukimąsi paspartina žvaigždės ir dujos, kurių gravitacija padeda tamsiajai materijai dar efektyviau atiduoti energiją aplinkai. Taigi centrinė halo dalis gali susitraukti iki tokio tankio, kad virsta juodąja skyle. Procesas efektyviai vyksta tik pačiuose masyviausiuose tamsiosios materijos haluose, todėl supermasyvių juodųjų skylių ankstyvoje Visatoje neturėtų būti daug. Tarpusavyje sąveikaujančios tamsiosios materijos modelis geriau už įprastinį paaiškina ir halų savybių įvairovę šiandieninėse galaktikose. Tokia juodųjų skylių kilmės hipotezė yra natūrali šio modelio vystymo tąsa. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *