Kąsnelis Visatos DXX: Žybsniai

Nuo Saulės iki tolimų galaktikų – šios savaitės naujienose daug visokių žybsnių. Štai dirbtinis intelektas išmoko prognozuoti Saulės aktyvumą pagal praeities duomenis, geriau nei bet koks kitas dabartinis metodas. O prieš 14 milijonų metų netoliese įvykęs žybsnis – supernovos sprogimas – sukūrė retų dujų burbulą, gaubiantį Saulę, kurio pakraščiuose vis dar formuojasi žvaigždės. Žybsniai Paukščių Tako centrinės juodosios skylės aplinkoje, pasirodo, yra visai neprognozuojami, o tolimoje galaktikoje staigiai įsižiebęs rentgeno spindulių šaltinis paaiškina, kaip iš jos pabėga jonizuojanti spinduliuotė. Kitose naujienose – Mėnulio evoliucijos skaitmeninis modelis, pailga egzoplaneta ir bandymai paaiškinti šalto regiono foninėje mikrobangų spinduliuotėje kilmę. Gero skaitymo!

***

Mėnulio pusių skirtumo paaiškinimas. Mėnulis į Žemę visą laiką atsisukęs maždaug ta pačia puse, tad iki kosmoso eros pradžios nežinojome, kaip atrodo tolimoji jo pusė. Dauguma mokslininkų manė, kad ji turėtų būti panaši į artimąją – su daugybe tamsių jūrų ir šviesių aukštumų. Bet jau pirmosios nuotraukos parodė gerokai kitokį vaizdą – tolimojoje pusėje tėra vienintelė nelabai didelė jūra, tačiau arti pietų ašigalio egzistuoja milžiniškas krateris, vadinamas Pietų ašigalio-Aitkeno baseinu. Vėlesni stebėjimai taip pat atskleidė gerokai skirtingą kai kurių cheminių elementų pasiskirstymą Mėnulio paviršiuje: artimosios pusės šiauriniame pusrutulyje gerokai daugiau vulkaninės kilmės uolienų, titano, torio, kalio, fosforo ir retųjų žemių elementų (pastarieji trys bendrai įvardijami kaip KREEP). Kodėl taip yra? Daugelis mokslininkų mano, kad tas pats Pietų ašigalio-Aitkeno baseinas yra svarbi atsakymo dalis, bet iki šiol nebuvo vieningo paaiškinimo apie jų ryšį. Dabar grupė mokslininkų pristatė skaitmeninio modelio rezultatus, kurie atskleidžia įvykių eigą, nulėmusią Mėnulio pusių skirtumus. Pietų ašigalio-Aitkeno baseiną suformavo milžiniškas asteroido smūgis į Mėnulį prieš maždaug keturis milijardus metų. Tuo metu Mėnulis – bent jau jo paviršius – jau buvo sustingęs, tačiau be didžiulių sukrėtimų visas palydovas greičiausiai buvo daugmaž sferiškai simetriškas. Smūgis išlydė didelę dalį Mėnulio ir sukėlė mantijos konvekciją – medžiagos maišymąsi tarp gilesnių sluoksnių ir paviršiaus. Bet – ir čia yra svarbiausias modelio rezultatas – asteroido medžiaga, skęsdama Mėnulyje, suardė simetriją, tad ir konvekcija tapo netolygi. Viena iš jos pasekmių – mineralas ilmenitas, kuriame dažnai būna titano, torio bei KREEP priemaišų, pakilo į paviršių priešingoje Mėnulio pusėje – kaip tik ten, kur šių elementų šiuo metu randama daugiau. Šie elementai padarė Mėnulio plutą minkštesnę, tad ji lengviau sutrupėdavo po vėlesnių asteroidų smūgių ar pratrūkdavo dėl mantijos karščio. Tai paaiškina, kodėl didžiausios Mėnulio jūros – žemumos, dengiamos vulkaninės kilmės uolienų – egzistuoja būtent ten, kur yra ir daug priemaišų. Toks ryšys tarp priemaišų, plutos kietumo ir jūrų pasiūlytas jau anksčiau, bet naujasis modelis aiškiai susieja šį Mėnulio evoliucijos aspektą su milžinišku smūgiu praeityje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.

***

Dirbtinis intelektas prognozuoja Saulę. Saulės aktyvumas įvairiai paveikia Žemę ir jos aplinką. Nors planetos paviršiaus dažniausiai energingos dalelės nepasiekia, geomagnetinės audros gali sukelti pašvaistes, pažeisti elektroninius prietaisus palydovuose ar kosmose esančių žmonių organizmus. Dar vienas efektas – nuo Saulės aktyvumo priklauso viršutinės atmosferos dalies tankis, o nuo pastarojo – žemoje orbitoje skrajojančių palydovų judėjimas. Žema orbita vadinamas regionas iki 2000 km nuo Žemės paviršiaus; jame skrieja tiek Tarptautinė kosminė stotis, tiek Hablas, tiek daugybė Žemės stebėjimo palydovų ir kitų aparatų. Norint išvengti galimai katastrofiškų susidūrimų, palydovų orbitas neretai reikia koreguoti, o reikalingos korekcijos priklauso ir nuo Saulės aktyvumo. Žinodami, koks aktyvumas yra dabar, galime į jį reaguoti, tačiau daug efektyviau ir saugiau orbitas keisti galėtume turėdami aktyvumo prognozes bent keletui dienų į priekį. Būtent tokį rezultatą pasiekė mokslininkai, pritaikę Saulės aktyvumo duomenims neuroninį tinklą. Duomenys, pasitelkti analizei, yra vadinamasis F10.7 indeksas, kuris nurodo Saulės skleidžiamų 10,7 cm ilgio radijo bangų intensyvumą. Šis intensyvumas gerai atitinka suminį Saulės aktyvumą, taigi ir jo poveikį atmosferai. Neuroninis tinklas N-BEATS pastaraisiais metais buvo pritaikytas įvairiose srityse, kur reikalingos ateities prognozės, pavyzdžiui meteorologijoje, ir rodė labai gerus rezultatus. Apmokytas su praeities duomenimis, modelis pateikė labai tikslias aktyvumo prognozes keletui dienų į ateitį. Net ir 27 dienų prognozės buvo pakankamai geros, kad būtų naudingos koreguojant palydovų orbitas. Tas pats tinklas leido apskaičiuoti ir prognozių patikimumą – tipinė intensyvumo paklaida tesiekė apie 10%. Neuroninio tinklo duodamos prognozės realybę atitiko geriau, nei dviejų šiandien naudojamų statistinių metodų, bei prilygo kito neuroniniu tinklu paremto modelio prognozėms, kurioms gauti naudojami įvairių bangos ilgių duomenys. Taigi naujasis metodas yra daug greitesnis ir efektyvesnis už šiuo metu naudojamus ir padės Saulės aktyvumą prognozuoti dar geriau, nei iki šiol. Tyrimo rezultatai prognozuojami Acta Astronautica.

***

Asteroido numušimas, nežemiškos gyvybės paieškos, Marso teraformavimas… NASA ir kitos kosmoso agentūros bei privačios kompanijos turi daugybę grandiozinių planų. Vieni jau vykdomi, kiti planuojami, apie trečius gal tik svajojama. Kiek šie planai realistiški? Apie DART misiją, James Webb kosminio teleskopo naudą Tabby žvaigždės tyrimams ir galimą dirbtinio magnetinio lauko Marse sukūrimą kalbama Event Horizon siužete:

***

Jupiteryje – kaip vandenynuose. Žemės, Veneros, Marso ir Saturno ašigalius supa po vieną atmosferos sūkurį – cikloną. Visgi toks reiškinys nėra universalus: Jupiterio ašigalius supa keletas ciklonų. Aplink pietų ašigalį matomi penki, šiaurėje – net aštuoni. Kiekvieno ciklono skersmuo siekia apie 5000 kilometrų, taip pat galima įžiūrėti ir mažesnių, šimtų kilometrų skersmens, sūkurių. Naujame tyrime pateikiamas galimas paaiškinimas, kodėl Jupiteryje ciklonai formuojasi kitaip. Išnagrinėję Juno zondu darytas nuotraukas, mokslininkai apskaičiavo dujų judėjimo greitį, sūkuringumą ir energiją 10 kilometrų dydžio regionuose. Taip paaiškėjo, kad sūkurius formuoja kylantys šviesūs sausi debesys. Jie susiformuoja kelių dešimčių kilometrų gylyje po atmosferos viršumi, kur vandens garai kildami kondensuojasi į lašelius. Kondensacijos metu išskiriama energija įkaitina aplinkines dujas ir sukelia konvekciją – vertikalų judėjimą. Kiek aukščiau šiam procesui energijos prideda amoniako kondensacija. Kildami debesys išstumdo aplinkines dujas; toks judėjimas kartu su planetos sukimusi sukuria sūkurius. Svarbu, kad energija į sistemą „įdedama“ mažuose – dešimčių kilometrų – masteliuose. Sūkuriai jungiasi tarpusavyje ir formuoja vis didesnius, tačiau maždaug ties 1600 kilometrų masteliu energijos pasiskirstymas pasikeičia ir sūkuriams toliau augti neišeina. Būtent dėl šios priežasties prie Jupiterio ašigalių formuojasi kelių tūkstančių kilometrų skersmens, o ne didesni sūkuriai. Kitose planetose ašigalinius sūkurius sukelia visos planetos ir atmosferos sukimasis, o ne skirtingos temperatūros dujų vertikalus judėjimas, todėl formuojasi dideli sūkuriai. Iš kitos pusės, labai panašūs procesai į nustatytus Jupiteryje vyksta Žemės vandenynuose, kur šilto vandens judėjimas aukštyn sukuria įvairaus dydžio sūkurius. Tyrėjų teigimu, vertikalus dujų judėjimas, nors ir ne dominuojantis efektas, gali būti svarbus ir Žemės atmosferoje, tad jį vertėtų įtraukti į įvairius klimato modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Physics.

***

Pailga egzoplaneta. Mėnulio gravitacija sukelia potvynius Žemėje – ištempia vandenynus taip, kad jie pasislenka šiek tiek artyn prie Mėnulio ir tolyn nuo jo. Žemės gravitacija ištempia ir Mėnulį – deformuoja jo uolienas, tad palydovo skersmuo išilgai ašies, nukreiptos į Žemę, yra didesnis, nei statmenomis kryptimis. Analogiškus pokyčius planetose sukelia ir žvaigždės gravitacija. Jei planeta skrieja labai arti savo žvaigždės ir yra sudaryta iš dujų, ištempimas gali būti tikrai žymus. Dabar pirmą kartą užfiksuota ir išmatuota tokia planetos deformacija. WASP-103b yra viena artimiausių savo žvaigždei planetų – vieną ratą aplink žvaigždę ji apsuka per mažiau nei parą. Jau seniau buvo apskaičiuota, kad ši planeta patiria stipriausias potvynines jėgas iš visų žinomų egzoplanetų, taigi ji buvo natūralus taikinys šiam tyrimui. Europos kosmoso agentūros kosminiu teleskopu CHEOPS atlikti dešimties planetos tranzitų – praslinkimų priešais žvaigždės diską – stebėjimai. Planeta tranzito metu pritemdo žvaigždę, o iš to, kaip tiksliai kinta žvaigždės šviesis, galima nustatyti įvairias planetos savybes. WASP-103b atveju tranzito forma leido išmatuoti planetos nesferiškumą. Jis nėra didelis – planetos spindulys žvaigždės link tik keliais procentais didesnis, nei statmena kryptimi – tačiau pakankamas, kad atskleistų daug informacijos apie planetos sandarą. Žinodami, kaip toli nuo žvaigždės skrieja planeta, bei planetos ir žvaigždės mases, galime apskaičiuoti ją veikiančią potvyninę jėgą. Žinodami, kiek stipriai ši jėga iškreipia planetą, galime nustatyti, kiek planetos medžiaga atspari deformacijai. Šis atsparumas, vadinamas potvyniniu Love’o skaičiumi, pasirodė esąs labai panašus į Jupiterio, taigi planetą sudaro panaši medžiaga. WASP-103b už Jupiterį pusantro karto masyvesnė, o jos spindulys didesnis maždaug dvigubai; tai rodo, kad planetą žvaigždės šviesa gerokai įkaitino ir išpūtė. Faktas, kad planetos atsparumas nuo deformacijos dėl to nepatiko, padės geriau suprasti tokių objektų struktūrą. James Webb kosminis teleskopas leis išmatuoti ne tik šios, bet ir įvairių kitų egzoplanetų potvyninę deformaciją ir dar geriau patikslinti planetų modelius. Be to, planetos gravitacija potvynius sukelia ir žvaigždėje, tad tolesni stebėjimai padės geriau suprasti ir žvaigždės sandarą. Stebėjimai atskleidė ir vieną netikėtumą. Potvyninė deformacija turėtų lėtinti planetos judėjimą, todėl ji turėtų artėti prie savo žvaigždės ir galiausiai į ją įkristi (taip nutinka dėl to, kad žvaigždė aplink savo ašį apsisuka per ilgesnį laiko tarpą, nei ją apskrieja planeta; priešingu atveju planeta toltų – taip yra su Žemės ir Mėnulio pora). Tačiau WASP-103b, atrodo, nuo savo žvaigždės tolsta. Vadinasi, ją veikia dar kažkokia jėga – galbūt kitos, neaptiktos planetos ar mažos žvaigždės-kompanionės gravitacija. Dar gali būti, kad planetos orbita yra elipsiška ir precesuoja, bet periodas iš tiesų neilgėja. Šią hipotezę atmesti padėtų ilgesni tranzitų stebėjimai. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.

***

Žvaigždžių formavimasis Saulės aplinkoje. Prieš 14 milijonų metų kažkur Saulės apylinkėse – mažiau nei šimto parsekų atstumu – sprogo supernova, o jos sukurtas burbulas sukėlė žvaigždžių formavimosi bangą visose galaktinėse apylinkėse. Tokia išvada padaryta išnagrinėjus detaliausią informaciją apie aplinkinius žvaigždėdaros regionus bei juose esančių dujų ir žvaigždžių judėjimą. Jau dešimtmečius žinome, kad Saulę supa vadinamasis Vietinis burbulas, maždaug šimto parsekų ilgio netaisyklingos formos ertmė, kurioje dujų koncentracija apie dešimt kartų mažesnė, nei vidutiniškai Paukščių Tako diske. Dujos burbule daugiausiai karštos, priešingai nei už jo ribų; be to, burbulą supa įvairūs šaltų dujų debesys, o kai kuriuose iš jų formuojasi žvaigždės. Visgi iki šiol nebuvo aišku, kiek burbulas susijęs su tais debesimis ar žvaigždėdara juose, taip pat nebuvo aiški ir paties burbulo forma ar amžius. Naujojo tyrimo autoriai išnagrinėjo Gaia teleskopo surinktus duomenis apie žvaigždžių padėtis ir judėjimą 200 parsekų skersmens regione aplink Saulę. Taip jiems pavyko atsekti, kada ir kur formavosi šios žvaigždės bei kaip jos juda. Taip pat išnagrinėtas ir dujų judėjimas – tai leido tiksliau nei anksčiau identifikuoti burbulo kraštus. Paaiškėjo, kad visi šiandieninės žvaigždėdaros regionai – tokie kaip Oriono molekulinis debesis – yra ties burbulo kraštais, o jaunos žvaigždės juda statmenai burbulo kontūrams. Tuo tarpu burbulo viduje nėra nei žvaigždėdaros regionų, nei labai jaunų žvaigždžių. Tai rodo, kad būtent besiplečiantis burbulas sukėlė žvaigždėdarą Saulės apylinkėse. Paties burbulo amžius yra apie 14 milijonų metų – tada sprogo pirmosios supernovos, pradėjusios jį plėsti. Iš viso burbului energijos suteikė tarp 8 ir 26 supernovų sprogimų. Saulė ne visada buvo burbulo dalis – greičiausiai ji į burbulą įskrido prieš maždaug penkis milijonus metų. O ir žvaigždėdara burbulo kraštuose vyksta ne tik dabar – mokslininkai atrado požymių, kad žvaigždėdaros žybsniai vyko ir prieš 4, 6 bei 10 milijonų metų. Kai kurios tada susiformavusios masyvios žvaigždės jau spėjo sprogti supernovomis ir prisidėti prie tolesnio burbulo plitimo. Šis rezultatas labai gerai atitinka maždaug pusšimčio metų senumo teorinį modelį, pagal kurį supernovų sprogimai ir jų išpučiami burbulai paskatina naujus žvaigždėdaros epizodus apylinkėse. Analogiškų burbulų neabejotinai yra ir kitur Galaktikoje – tolesni vis tikslesni stebėjimai padės juos identifikuoti ir daug geriau suprasti žvaigždėdaros istoriją Paukščių Take per paskutines dešimtis milijonų metų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Pačios metalingiausios žvaigždės. Saulė susideda beveik vien iš vandenilio ir helio; sunkesnių cheminių elementų, bendrai vadinamų „metalais“, tėra kiek mažiau nei du procentai. Panaši situacija ir kitose žvaigždėse. Bendrai paėmus, kuo žvaigždė jaunesnė, tuo jos metalingumas – metalų gausa – didesnis, nes laikui bėgant mirštančios žvaigždės į aplinką paskleidžia dalį gelmėse suformuotų metalų. Jauniausių Paukščių Tako žvaigždžių metalingumas siekia apie 5%. Žvaigždžių evoliucija paprastai tiriama naudojant skaitmeninius modelius, kurie įvertina žvaigždės struktūrą, jos cheminę sudėtį, vykstančias termobranduolines reakcijas bei šių reakcijų produktų judėjimą. Šiandieniniai modeliai pritaikyti tik žvaigždėms, kurių metalingumas neviršija 4%. Naujame tyrime pristatyti modelių praplėtimai iki 10% metalingumo ir išnagrinėta, kaip tokių žvaigždžių evoliucija skiriasi nuo šiuo metu egzistuojančių. Bendra išvada – kuo žvaigždė metalingesnė, tuo mažiau naujų metalų ji paskleidžia į aplinką mirties metu. Iš vienos pusės, daugiau metalų turinčiose žvaigždėse lengviau prasideda reakcijos, kurių metu anglis jungiasi su heliu ir formuoja deguonį, o vėliau – ir sunkesnius elementus. Iš kitos pusės, šių reakcijų produktai daug sunkiau pakyla į žvaigždės paviršių, nes sulėtėja medžiagos maišymasis tarp gelmių ir išorinių sluoksnių. Be to, nuo metalingesnių žvaigždžių pučia stipresni vėjai, kurie sumažina jų masę ir stabilizuoja žvaigždes, taip dar labiau sumažindami medžiagos maišymąsi jose. Centrinėje žvaigždės dalyje likę naujai susiformavę metalai nepabėga į aplinką ir žvaigždei mirštant, o sukrenta į žvaigždės liekaną – baltąją nykštukę, neutroninę žvaigždę arba juodąją skylę. Labai panašūs rezultatai gauti naudojant du nepriklausomus žvaigždžių evoliucijos modelius, taigi greičiausiai jie yra realistiški. Tokie rezultatai reiškia, kad ateityje Visatos dujų metalingumas augs ne taip sparčiai, kaip augo iki šiol. Tyrimo rezultatai pristatomi dviejuose straipsniuose: modelių palyginimas ir cheminių elementų paskleidimas.

***

Šaulio A* žybsėjimas – neprognozuojamas. Paukščių Tako centrinė juodoji skylė, Šaulio A*, kartais paskleidžia rentgeno spindulių žybsnį. Žiba, aišku, ne pati juodoji skylė, o karštos dujos aplink ją. Žybsniai matomi ir infraraudonųjų, submilimetrinių bei radijo bangų ruožuose. Vidutiniškai žybsniai vyksta vieną-kelis kartus per dieną, bet jokio akivaizdaus periodiškumo jų atsikartojime nematyti. Net ir išnagrinėjus 15 metų apimančius rentgeno spinduliuotės stebėjimų duomenis, neaptikta jokių periodinių žybsnių signalų. Stebėjimai nebuvo atliekami nuolatos, tačiau vidutiniškai duomenys buvo renkami kiekvienais metais po maždaug devynis mėnesius, kas 1-3 dienas, o vienas stebėjimas trukdavo apie 20 minučių. Kai kurių stebėjimų metu rentgeno spinduliuotės intensyvumas buvo ryškesnis, nei daugumos – tai ir yra žybsniai. Tyrėjai identifikavo du didesnio aktyvumo periodus – 2006-2007  metų ir 2017-2019 metų laikotarpius, tuo tarpu 2008-2012 metais vidutiniškai žybsnių buvo mažiau. 2013-2016 metų laikotarpio duomenis teko pašalinti iš analizės, nes tuo pat metu dangaus skliaute labai arti Šaulio A* intensyviai rentgeno spinduliuotę skleidė kiti šaltiniai – magnetarai ir dvinarės žvaigždės. Tyrėjai išskyrė spinduliuotę į „ramų“ ir „žybsnio“ komponentus ir kiekvienam žybsniui apskaičiavo labiausiai tikėtiną intensyvumą. Tada jie pabandė prie žybsnių intensyvumo duomenų priderinti laipsninę pasiskirstymo funkciją, tačiau netrukus suprato, kad visiems duomenims to padaryti neįmanoma. Kitaip tariant, jie nėra pasiskirstę laipsniškai, nors daugelis natūralių procesų – pavyzdžiui, Žemės drebėjimų ar tornadų intensyvumas, magnetarų ar dvinarių žvaigždžių žybsniai – pasižymi būtent tokiomis pasiskirstymo tendencijomis. Pavienių metų duomenys atitinka laipsninį pasiskirstymą. Taigi atrodo, kad trumpais laikotarpiais Šaulio A* žybsniai vyksta bent kažkiek prognozuojamai, bet ilgesniais tendencijos pranyksta. Žybsnių dažnumo ir intensyvumo išaugimo paaiškinti neišeina ir dujų debesų praskridimu arti juodosios skylės, nors toks įvykis galėtų pakeisti dujų savybes prie pat jos. Kiti teoriniai modeliai, dažniausiai aiškinantys žybsnių kilmę įvairiais magnetiniais reiškiniais, irgi nepaaiškina, kodėl intensyvumas reikšmingai kinta iš metų į metus. Taigi paslapčių mūsų Galaktikos centre vis dar apstu. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Supernovos liekana Simeis 147. Šaltinis: Jason Dain

Supernovos – žvaigždžių sprogimai – į aplinką milžiniškais greičiais išmeta daugybę dujų. Atsitrenkusios į aplinkinę medžiagą, jos labai įkaista, ima maišytis ir plėstis. Susidaro supernovos liekana, matoma dešimtis tūkstančių metų po paties įvykio. Šioje nuotraukoje pavaizduota viena tokia liekana, pradėjusi plėstis prieš 40 tūkstančių metų. Dabar jos skersmuo siekia apie 40 parsekų; dangaus skliaute jos plotis šešis kartus didesnis, nei Mėnulio pilnaties. Liekaną galima rasti ant ribos tarp Tauro ir Vežėjo žvaigždynų. Raudona spalva čia pažymėta jonizuoto vandenilio spinduliuotė, žalsvai-melsva – jonizuoto deguonies.

***

Žvaigždės suardymo dešimtmečių pašvaistė. Kiekvienos galaktikos centre tūno supermasyvi juodoji skylė. Jei pro šalį skrenda žvaigždė, skylės gravitacija gali ją ištempti arba išvis suardyti. Suardytos žvaigždės liekanos susisuka į diską aplink juodąją skylę ir kurį laiką ryškiai švyti rentgeno, ultravioletinių ir regimųjų spindulių ruože. Būtent šių ruožų stebėjimais paprastai ir aptinkami tokie reiškiniai, vadinami potvyniniais suardymais. Iš disko gali išsiveržti ir čiurkšlė, skleidžianti radijo bangas. Dabar paskelbta apie potvyninio suardymo įvykį, aptiktą nagrinėjant archyvinius radijo stebėjimų duomenis. Šaltinio FIRST J153350.8+272729 spinduliuotė buvo labai intensyvi 1986 metais, o vėliau blėso, kol 2019-aisiais buvo 400 kartų silpnesnė. Spinduliuotės intensyvumo kitimas atitinka potvyninio suardymo reiškinių modelių prognozes. Be to, šaltinio padėtis beveik tiksliai sutampa su galaktikos, nuo mūsų nutolusios apie 147 megaparsekus, centru. Tai yra vos antras potvyninis suardymas, aptiktas radijo bangomis, ir pirmasis iš archyvinių duomenų. Rentgeno ar regimųjų spindulių ruože šio žybsnio nebuvo matyti; aišku, 1986 metais stebėjimų galimybės buvo gerokai menkesnės, nei šiandien, tačiau gali būti ir kita priežastis: šios galaktikos branduolys yra aktyvus, kitaip tariant, jo juodąją skylę supa ryškiai švytinčios dujos. Netoliese suardytos žvaigždės žybtelėjimas galėjo ir nepakeisti sistemos šviesio taip reikšmingai, kad būtų įmanoma pamatyti iš Žemės net ir šiandieniniais teleskopais. Tuo tarpu trumpalaikė čiurkšlė, kurios šiaip aktyvus branduolys neturi, yra daug aiškesnis potvyninio suardymo požymis. Panaši situacija gali pasitaikyti ir kitais atvejais, pavyzdžiui, jei galaktikos branduolį gaubia daug dulkių, kurios nepraleidžia regimųjų ir ultravioletinių spindulių, o kartais neblogai sugeria ir rentgeno spinduliuotę. Taigi radijo stebėjimai gali padėti atskleisti tokių potvyninių suardymų, kurių kitaip nepamatytume, ir geriau suprasti jų įvairovę bei evoliuciją. Įdomu ir tai, kad FIRST J153350.8+272729 radijo spinduliuotės intensyvumas yra tarpinis tarp tipinio artimose galaktikose suardomų žvaigždžių radijo intensyvumo ir tolimose galaktikose vykstančių panašių, bet daug energingesnių, suardymų. Taigi šio šaltinio analizė gali padėti suprasti, kuo skiriasi potvyniniai suardymai aplinkinėse galaktikose ir tolimoje Visatoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visatos rejonizacijos šaltiniai. Praėjus keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo, energinga spinduliuotė jonizavo daugumą dujų Visatoje. Šis procesas vadinamas rejonizacija; jam pasibaigus, maždaug 700 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, tarpgalaktinėje erdvėje esančios dujos tapo visiškai jonizuotos. Kokie šaltiniai spinduliavo šiuos energingus fotonus ir kaip vyko rejonizacijos procesas, iki šiol nėra aišku. Pagrindinis klausimas – kaip jonizuojanti spinduliuotė pabėgo iš galaktikų? Galaktikose, ypač Visatos jaunystėje, buvo daug vandenilio dujų, kurios, savaime suprantama, sugerdavo jonizuojančius fotonus. Skaičiavimai rodo, kad dujų buvo pakankamai, jog jos sugertų visus fotonus, kuriuos galėjo skleisti pirmosios žvaigždės ar aktyvūs branduoliai. Taigi beveik neabejotina, kad galaktikose dujos buvo pasiskirsčiusios labai netolygiai, ir egzistavo įvairūs kanalai, pro kuriuos jonizuojanti spinduliuotė pabėgdavo santykinai lengvai. Bet kas sukūrė tokius kanalus? Egzistuoja dvi pagrindinės hipotezės: arba kalti supernovų sprogimai ir jų išpūsti burbulai, arba aktyvių galaktikų branduolių ir panašių rentgeno spinduliuotės šaltinių sukeltos tėkmės. Stebint tolimas galaktikas atsakyti į šį klausimą neįmanoma, nes neįmanoma išskirti jų vidinės struktūros. Tačiau ir aplinkinėje Visatoje esama keletas galaktikų, iš kurių pabėga jonizuojanti spinduliuotė. Dviejose iš trijų jau seniau buvo rasti stiprūs rentgeno spinduliuotės šaltiniai, o dabar toks aptiktas ir trečioje. Galaktika Tol 0440-381 yra apie dešimt kartų mažesnės masės už Paukščių Taką, tačiau žvaigždes formuoja keletą kartų sparčiau. Įvertinus, kiek jonizuojančios spinduliuotės skleidžia visos (ypač jaunos) žvaigždės toje galaktikoje, nustatyta, jog maždaug 2% šių fotonų pabėga į tarpgalaktinę erdvę. Anksčiau šioje galaktikoje nebuvo žinoma jokio stipraus rentgeno spindulių šaltinio, bet pernai vasarį per mažiau nei keturių dienų laikotarpį galaktikos centre įsižiebė šaltinis, kurio rentgeno spinduliuotės intensyvumas prilygo visos likusios galaktikos rentgeno spinduliuotei. Tai greičiausiai yra aktyvus galaktikos branduolys, nors tyrėjai neatmeta galimybės, kad spinduliuotė gali sklisti ir iš dvinarės žvaigždės, kurios viena komponentė – juodoji skylė – ėmė labai sparčiai ryti kompanionės medžiagą. Taip ši galaktika prisijungia prie kitų dviejų aplinkinėje Visatoje žinomų galaktikų, iš kurių pabėga jonizuojanti spinduliuotė. Visose trijose egzistuoja ryškūs taškiniai rentgeno spindulių šaltiniai. Taigi panašu, jog būtent tokia yra tendencija – rentgeno spinduliuotės šaltiniai išstumdo dujas, sukuria kanalus, per kuriuos gali pabėgti jaunų žvaigždžių skleidžiama energinga spinduliuotė. Aišku, gali būti, kad prie spinduliuotės pabėgimo prisideda ir supernovos, bet gerokai labiau tikėtina, jog aktyvūs branduoliai ir panašūs šaltiniai yra svarbesnis veiksnys. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Foninės spinduliuotės anomalijų kilmė. Kosminė foninė spinduliuotė yra mikrobangų ilgio fotonų srautas, visomis kryptimis lakstantis Visatoje. Šie fotonai atskrieja iš tų laikų, kai Visatos amžius buvo tik apie 370 tūkstančių metų. Tada Visatos medžiaga pirmą kartą atvėso tiek, jog elektronai ir protonai susijungė į vandenilio atomus ir medžiaga tapo permatoma spinduliuotei. Būtent tada pasklidę fotonai, tuo metu buvę raudono ar infraraudonų bangos ilgių, iki šių dienų dėl Visatos plėtimosi išsitempė apie tūkstantį kartų. Bet ne visomis kryptimi jie išsitempė vienodai, o ir sklisti pradėjo ne visur tuo pačiu metu, nes medžiaga Visatoje pasiskirsčiusi ne visai tolygiai. Dėl to, stebėdami foninę spinduliuotę, matome įvairius temperatūros netolygumus. Didžiausias iš jų yra „šaltoji dėmė“ (angl. CMB Cold Spot), pietiniame dangaus pusrutulyje randamas didžiulis žemesnės fono temperatūros regionas. Kol kas jo kilmės paaiškinti mokslininkams nepavyko, bet naujame tyrime, panašu, artėjama atsakymo link. Jo autoriai nagrinėjo milžiniško regiono, beveik neturinčio galaktikų, vadinamo Eridano supertuštuma, savybes. Apskritai tuštumų Visatoje yra daugybė, kaip ir galaktikų spiečių, bet Eridano supertuštuma – netikėtai didelė. Naujojo tyrimo autoriai išnagrinėjo tiek galaktikų, tiek tamsiosios materijos pasiskirstymą šia kryptimi ir nustatė, jog Eridano supertuštuma yra didžiausia iš visų, kurias aprėpia turimi tamsiosios materijos erdvėlapiai. Ir šios tuštumos padėtis kaip tik sutampa su foninės spinduliuotės šaltosios dėmės padėtimi dangaus skliaute. Šis sutapimas jau anksčiau vertintas kaip galimas šaltosios dėmės paaiškinimas: fotonai, lekiantys kiaurai tuštumą, netenka šiek tiek daugiau energijos, nes Visata ten plečiasi sparčiau, nei tose vietose, kur medžiagos tankis didesnis. Visgi ankstesni skaičiavimai rodė, kad tuštumos efektas toli gražu nepakankamas šaltajai dėmei paaiškinti. Naujas tuštumos dydžio įvertinimas pastiprina ir tikėtiną jos poveikį foniniams fotonams, nors greičiausiai šimtu procentų jo nepaaiškina. Visgi aptikta ir netikėta anomalija: gravitacinio lęšiavimo efektas, sukuriamas tuštumos, yra apie 30% silpnesnis, nei prognozuoja skaitmeniniai modeliai. Tai gali reikšti, kad visas kosmologinis modelis, aiškinantis struktūrų formavimąsi Visatoje, bei apimantis tamsiąją materiją ir tamsiąją energiją, yra šiek tiek neteisingas. Bet kuriuo atveju, Eridano supertuštumos ir foninės spinduliuotės šaltosios dėmės sutapimas dangaus skliaute neturėtų būti atsitiktinis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

8 komentarai

    1. Apskritai tuštumos atsiranda todėl, kad pirmykštėje Visatoje buvo nedidelių medžiagos tankių svyravimų, ir tankesni vis tankėjo dėl savo gravitacijos, o retesni vis retėjo. Taip susiformavo „kosminis voratinklis“ – galaktikų spiečiai, kuriuos jungia įvairios gijos. Tarp tų gijų liko tuštumos.

      Bet va Eridano supertuštuma yra didesnė, nei tikėtina, pagal dabartinį Visatos struktūros formavimosi modelį (Lambda-CDM). Kodėl – neaišku: galbūt statistinė anomalija, galbūt ženklas, kad Lambda-CDM neveikia.

  1. Dabar jau visiskai aisku, kodel neaptinkam ateiviu aplinkinese zvaigzdese. Supernovos nusinese gyvybes :)

    1. Na, mūsų nenusinešė :) Kitos senos žvaigždės irgi nebūtinai patyrė supernovų sprogimų smūgius, jei tik skrido pro šalį, kaip Saulė.

  2. Potvyninės jėgos sukausto palydovą būti atsisukusiu ne tik ta pačia puse, bet galiausiai ir kyboti tik virš vienos planetos vietos. Įsivaizduojat, kaip atrodytų Žemės kultūros istorija, jeigu Mėnulis pilnu potvyniu sąryšiu jau būtų susijungęs kuris laikas? Jeigu virš Europos, kitiems kraštams pasakotume apie Mėnulį, o jeigu atvirkščiai, tada ne tik Ameriką atradinėtų, bet ir Mėnulį.

    1. Taip, esu keletą kartų galvojęs apie tokią alternatyvią istoriją. Žiauriai įdomu būtų, kaip pasaulio tyrinėtojai iš bemėnulių kraštų reaguotų į kybantį žibintą kitoje pasaulio pusėje.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *