Kąsnelis Visatos DXXI: Dešimtmetis

Pirmąjį Visatos kąsnelį parašiau 2012 metų sausio 23 dieną. Jis atrodė gerokai kitaip, nei šiandieniniai – trumpesnis, glaustesnis, su daugiau įrašų apie įvairius menus ar gražius vaizdus, o ne tik naujus mokslinius atradimus. Su laiku nusistovėjo dabartinė Kąsnelio forma, nekintanti jau daugiau nei penkerius metus. Manau, kad nesikeis ji ir ateityje, bent jau kokį dešimtmetį. Aišku, jei tiek laiko dar jį rašysiu, bet kol kas tikiuosi, kad taip ir bus. O šiandien kviečiu skaityti apie astronautų sveikatą, geležinius planetų branduolius, popaviršinį vandenyną Saturno palydove Mime ir dujų rezervuarus aplink galaktikas. Gero skaitymo!

***

Kosminiai skrydžiai ir sveikata. Kosmoso sąlygos kenkia žmonių sveikatai labai įvairiais būdais, nuo kaulų ir raumenų masės mažėjimo iki regėjimo ir smegenų veiklos sutrikimų. Vienas iš sveikatos sutrikimų yra mažakraujystė. Ilgą laiką buvo manoma, kad tai tiesiog antrinis efektas, kylantis dėl skysčio persiskirstymo, žmogui patekus į mikrogravitacijos sąlygas. Dėl šio efekto, kai skysčiai iš kojų suteka į galvą, maždaug 10% sumažėja skysčio kiekis kraujotakos sistemoje, tad buvo manoma, kad organizmas kompensuoja kraujo sutirštėjimą sunaikindamas dalį raudonųjų kraujo kūnelių. Bet dabar paaiškėjo, kad raudonieji kraujo kūneliai astronautų organizmuose nyksta ne dėl tirštumo palaikymo; be to, mažakraujystės simptomai išlieka net metai po grįžimo į Žemę. Ištyrę 14 astronautų organizmus jiems dirbant Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) ir vėliau grįžus į Žemę, mokslininkai nustatė, jog jų organizmuose visada yra išaugęs hemoglobino naikinimo produktų kiekis: alveolėse išaugusi anglies monoksido koncentracija, o kraujo serume – geležies. Apskritai raudonųjų kraujo kūnelių nykimas yra natūralus procesas – suaugusio žmogaus organizme vidutiniškai per sekundę sunaikinami du milijonai šių ląstelių. Visgi astronautų organizme jis buvo pusantro karto spartesnis, nepriklausomai nuo astronauto lyties. Mikrogravitacijos sąlygomis mažakraujystė nėra labai pavojinga, mat pagrindinis jos simptomas yra energijos trūkumas. Tačiau grįžus į Žemę – arba, galvojant apie ateitį, nusileidus kitose planetose – energijos bei ištvermės problemos yra žymiai pavojingesnės. Net ir praėjus metams po grįžimo į Žemę, astronautų raudonieji kraujo kūneliai buvo naikiname 30% sparčiau, nei vidutiniškai suaugusiųjų organizmuose. Tyrėjų teigimu, išsiaiškinus biocheminius mechanizmus, atsakingus už kosminę mažakraujystę, galima būtų padėti ne tik astronautams, bet ir mažakraujyste sergantiems žmonėms Žemėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Medicine.

Kalbant apie kitas sveikatos problemas, joms ieškoma – ir randama – ir sprendimų. Štai regėjimo problemas kosmose gali padėti išspręsti specialūs „siurbiantys“ miegmaišiai. Ir ne tik regėjimo – astronautams kyla ir kognityvinių problemų. Jų priežastis greičiausiai ta pati – skysčio sutekėjimas į galvą ir dėl to pakilęs slėgis, kuris iškreipia akies obuolį ir pakenkia signalų sklidimui smegenyse. Naujojo tyrimo autoriai išbandė sistemą, kuri galėtų kompensuoti bent dalį gravitacijos trūkumo sukeliamų cirkuliacijos problemų. Sistema yra specialus miegmaišis, į kurį astronautas įlįstų iki juosmens, ir siurblys, miegmaišio viduje sudarantis žemesnį slėgį. Išsiplėtusios kojų kraujagyslės leistų daliai skysčių nutekėti atgal į kojas, taip sumažėtų slėgis galvoje ir su tuo susijusios sveikatos problemos. Miegmaišio prototipą mokslininkai išbandė dviejų eksperimentų metu. Pirmajame dešimt savanorių praleido tris dienas gulėdami lovoje, taip iš dalies atkuriant mikrogravitacijos poveikį – slėgis akyse tikrai išaugo. Tada dar tris dienas jie praleido po aštuonias valandas miegodami miegmaišyje ir slėgis akyse pastebimai sumažėjo, nors ir ne iki pradinės būklės. Kitas eksperimentas atliktas su grupe žmonių, kurių smegenyse buvo įtaisyti lizdai, leidžiantys tiesiogiai matuoti slėgį kaukolės ertmėje; lizdai įtaisyti ankstesnių vėžio gydymo procedūrų metu. Šie savanoriai skrido lėktuvais paraboliniais skrydžiais, kurių metu maždaug minutei pasiekiama nesvarumo būsena. Taip buvo galima realiu laiku pamatuoti nesvarumo įtaką slėgiui kaukolėje ir miegmaišio poveikį. Ir vėl paaiškėjo, kad miegmaišis sumažina slėgį galvoje, nors ir ne taip stipriai, kaip gravitacija. Tokia sistema ateityje gali tapti standartine erdvėlavių įrangos dalimi ilgos trukmės kosmoso misijoms. Tyrimo rezultatai publikuojami JAMA Ophthalmology.

***

Pasiekti kosmosą, ten pasilikti ir apsigyventi sudėtinga ne tik dėl medicininių priežasčių. Inžinerinis iššūkis irgi didžiulis. Nors sprendimo būdų turime – raketų į kosmosą kasmet skrenda daugiau nei šimtas – ilgalaikėje perspektyvoje reikės daugiau ir geresnių technologijų. Apie dešimt jų – nuo jau bandomų šviesos burių iki kol kas fantastinių besisukančių kosminių stočių ir specifinių genetinių modifikacijų – pasakoja John Michael Godier:

***

Misija mažyčio asteroido link. Kovo viduryje į kosmosą turėtų išskristi Artemis I – pirmasis Artemis programos skrydis. Kol kas tai bus automatizuotas skrydis, be įgulos, skirtas išbandyti Space Launch System raketai ir Orion įgulos kapsulei. Šios misijos metu bus iškelti ir keli mažieji palydovai-kubiukai. Vienas jų yra NEA Scout, kurio tikslas – aplankyti mažiausią kada nors lankytą asteroidą. Be to, NEA Scout – kurio pavadinimas reiškia „Artimų Žemei asteroidų žvalgas“ – tikslo link skris naudodamas šviesos burę. Iki šiol buvo keletas bandymų ištempti bures kosmose, tačiau nei viena misija nenaudojo tokio varymo metodo tikslui pasiekti. Šviesos burė yra platus labai plonos medžiagos sluoksnis, kuris, atspindėdamas Saulės šviesą, pastumia erdvėlaivį. Tokiam erdvėlaiviui visiškai nereikia kuro, tačiau burė turi būti ypatingai lengva ir tvirta, o šviesos kuriama stūmos jėga nėra didelė, todėl metodas tinka tik mažiems erdvėlaiviams. NEA Scout toks ir yra – iš šešių 10 centimetrų kraštinės kubelių sudarytas, batų dėžės dydžio palydovas, iš kurio išsivynios 86 kvadratinių metrų ploto burė, tėra vos 14 kilogramų masės. Jo tikslas – asteroidas 2020 GE – atrastas 2020-ųjų kovo mėnesį, ir yra mažesnis nei 18 metrų skersmens; palyginimui, panašaus dydžio meteoroidas sukėlė sprogimą virš Čeliabinsko 2013 metais. Kelionė iki 2020 GE užtruks apie pusantrų metų – 2023-ųjų rugsėjį asteroidas praskries palyginus arti Žemės, 5,7 milijono kilometrų atstumu, tada prie jo priartės ir NEA Scout. Mažiausias atstumas tarp zondo ir asteroido turėtų būti apie kilometrą. Pagrindinis mokslinis instrumentas zonde yra galinga kamera, kuri leis padaryti asteroido paviršiaus nuotraukų su 10 centimetrų pikselyje skyra. Tai leis mokslininkams nustatyti, ar asteroidas yra vientisa uoliena, ar sudarytas iš smulkesnių silpnai sukibusių granulių. Šios žinios bus svarbios tiek geriau suprantant planetų formavimosi procesą, tiek gerinant planetos gynybos nuo asteroidų planus. Jei NEA Scout misija bus sėkminga, NASA planuoja šviesos bures panaudoti ir kitose palydovų-kubiukų misijose, o vėliau – ir didesnėje Solar Cruiser misijoje, kuri 2025 metais turėtų išskristi Saulės link. Daugiau apie NEA Scout skaitykite misijos tinklalapyje.

***

Mėnulio plutos formavimasis. Mėnulio pluta, ypač aukštumos, sudaryta iš uolienų, vadinamų anortozitais. Jose randama daug lengvų mineralų anortitų. Radioaktyvusis datavimas rodo, kad šios uolienos susiformavo 4,3-4,5 milijardo metų praeityje. Tai nėra skaičiavimų paklaida – atrodo, kad formavimasis iš tiesų truko apie 200, jei ne 300, milijonų metų. Iš kitos pusės, skaičiavimai rodo, kad po Mėnulio susiformavimo palydovą dengęs magmos okeanas turėjo sustingti daug greičiau, per 100 milijonų metų. Be to, uolienose randama ir kitų, sunkesnių, mineralų, o anortitai randami ir gilesnėse uolienose. Tad lieka neaišku, kodėl plutos uolienos formavosi ilgiau, ir kaip apskritai vyko šis procesas. Naujo tyrimo autoriai mano radę atsakymą. Jie apskaičiavo, kad net ir visiškai skystoje magmoje, kuri dengė Mėnulį, mineralai neišsisluoksniavo pagal tankį, nes silpna Mėnulio gravitacija neįveikė magmos klampumo. Be to, nuo viršaus vėstanti magma skendo žemyn, o centre esanti kilo aukštyn, ir šie srautai irgi priešinosi mineralų sluoksniavimuisi. Toks magmos vandenynas per 100 milijonų metų galėjo pasidengti vientisa pluta, tačiau ji buvo gana minkšta ir porėta, o po ja plytėjo pusiau sustingęs magmos okeanas. Lengvi mineralai iš pastarojo galėjo po truputį pakilti ir prisotinti plutą – tai paaiškina, kodėl joje anortitų daug, bet yra ir kitų mineralų. Giliau anortitų taip pat liko, bet jų koncentracija buvo mažesnė. Šis lėtas stingimo procesas galėjo trukti dar 100 milijonų metų ar ilgiau po pirminės plutos atsiradimo. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Anglies izotopų santykiai Marse. Anglies atomo branduolyje yra šeši protonai – būtent dėl to tai ir yra anglis. Neutronų ten gali būti šeši, o gali būti ir daugiau. Skirtingą neutronų skaičių turinčios atmainos vadinamos izotopais, jos žymimos pagal bendrą dalelių skaičių. Taigi anglies izotopai būna anglis-12 (dažniausiai sutinkamas), anglis-13, anglis-14 ir taip toliau. Žemėje gyvi organizmai efektyviau vartoja anglį-12 nei anglį-13, todėl gyvybės išskiriamuose anglies junginiuose pastarojo izotopo randama šiek tiek mažiau, nei vidutiniškai yra atmosferoje ir nebiologinės kilmės mineraluose. Dabar paskelbti Curiosity marsaeigio bandymų rezultatai, rodantys, kad kai kuriuose Marso uolienų mėginiuose anglies-13 dalis yra netikėtai maža. Tyrimams pasitelkti 24 mėginiai, kuriuos Curiosity paėmė įvairiose Gale kraterio vietose. Visi mėginiai buvo patalpinti į specialią dėžutę marsaeigyje ir stipriai įkaitinti, kad išgaruotų. Tada buvo matuojama susidariusių metano molekulių masė ir taip apskaičiuota, kokia dalis jų turėjo sunkesnįjį anglies izotopą. Gautos vertės – labai įvairios, bet visos šiek tiek mažesnės, nei šiandieninė anglies-13 gausa Marso atmosferoje. Dešimties mėginių anglies-13 gausa daugiau nei dešimčia procentų mažesnė už atmosferinę; šie mėginiai paimti šešiose skirtingose vietose, tačiau visos šios vietos, panašu, priklauso vienai senai paviršiaus struktūrai. Taigi atrodo, kad tam tikru metu Marso istorijoje susiformavusios uolienos turėjo santykinai daug mažiau anglies-13, nei vidutiniškai planetos atmosferoje. Ar tai yra įrodymas, jog tuo metu Marse egzistavo gyvybė ir kad šiose uolienose buvo užrakinta pro gyvus organizmus praėjusi anglies? Nebūtinai. Tokia tikimybė egzistuoja, tačiau mokslininkai pasiūlė dar dvi galimas interpretacijas. Viena susijusi su atmosferiniu anglies dvideginiu: Saulės spinduliai šiek tiek ardo šias molekules, kartais tai padeda susiformuoti stambesnėms, kurios nukrenta ant paviršiaus ir tampa uolienų dalimi. Išardyti molekulę su anglies-12 atomu lengviau, nei su anglies-13, todėl ant paviršiaus krentančių molekulių sudėtyje anglies-12 santykinai daugiau, nei atmosferiniame anglies dvideginyje. Antras galimas paaiškinimas – kosminės dulkės, pro kurių debesis Saulės sistema kartais praskrenda. Dalis dulkių patenka į Saulės sistemą ir nukrenta ant planetų. Jų anglies izotopų santykis gali būti kitoks, nei tipinis vidutinis Marse, taigi jos galėjo sukurti izotopiškai išskirtinį sluoksnį Marso paviršiuje. Nei vienas iš šių mechanizmų nėra svarbus Žemėje (gyvų organizmų išskiriamas metanas greitai sureaguoja su kitomis medžiagomis aplinkoje arba yra suvartojamas kitos gyvybės, anglies dvideginio skaidymas nesukuria pastebimo iškrentančių dulkių kiekio, o kosminės dulkės, nukritusios ant Žemės, būtų greitai suvirškintos gyvų organizmų), taigi bet kuriuo atveju aišku, kad Marse praeityje dėjosi įvykiai, nepanašūs į nieką, kas formuoja Žemės uolienas. Tyrimo rezultatai publikuojami PNAS.

***

Popaviršinis vandenynas Mime. Per pastaruosius 15 metų visiškai pasikeitė mūsų supratimas apie vandenį Saulės sistemoje. Anksčiau dauguma mokslininkų galvojo, kad išorinių planetų palydovai yra sustingę lediniai ar uoliniai rutuliai, tačiau nauji duomenys atskleidė, kad nemažai jų turi popaviršinius vandenynus. Hubble teleskopo stebėjimai, apjungti su Galileo duomenimis, parodė tokį vandenyną egzistuojant Jupiterio palydove Europoje, Cassini duomenys – Saturno palydove Encelade. Dabar Cassini duomenų analizė atskleidė, jog greičiausiai popaviršinį vandenyną turi ir gerokai mažesnis Saturno palydovas Mimas. Vos 200 kilometrų spindulio Mimas gerai žinomas dėl didžiulio kraterio šone, kuris jį daro panašų į Mirties žvaigždę iš Žvaigždžių karų. Taip pat jis yra mažiausias žinomas kūnas, kurį gravitacija suspaudžia į apvalią formą – visi mažesni yra netaisyklingos uolienos. Mimas taip pat yra potvyniškai prirakintas prie Saturno, kitaip tariant, į planetą visą laiką atsukęs daugmaž tą pačią pusę. Bet, kaip ir mūsų Mėnulis, ne visai tiksliai. Mimas libruoja – tai reiškia, kad kartais į Saturną pasisuka truputį vienu šonu, kartais truputį kitu. Dar 2014 metais pastebėta, kad šios libracijos neišeina paaiškinti vien orbitos elipsiškumu. Pasiūlyti du galimi paaiškinimai: arba Mimas turi keistai nepusiausvirą branduolį, arba po jo paviršiumi yra vandenynas. Antrasis paaiškinimas ilgą laiką atrodė menkai įtikinamas, nes priešingai nei Europosar Encelado, Mimo paviršius nusėtas krateriais ir jame nematyti jokių pailgų įtrūkimų, kurie turėtų atsirasti ledo plutai judant virš vandenyno. Naujojo tyrimo autoriai apskaičiavo, kiek energijos Mimas gauna iš Saturno per potvynines jėgas ir kokio storio ledo sluoksnis galėtų dengti jo vandenyną. Gautas rezultatas – 24-31 km storio ledo pluta, šiek tiek storesnė nei Europos (10-30 km) ir plonesnė nei Encelado (30-40 km). Tačiau Mimo atveju tie 24-31 km sudaro žymiai didesnę palydovo spindulio dalį, nei Europoje ar Encelade. Ši savybė, kartu su daug silpnesne paties palydovo gravitacija, reiškia, kad Mimo paviršiaus ledynai nesutrūksta, net kai po jais bando banguoti vandenynas. Ledas išlieka visiškai stabilus, todėl jame randame ir daugybę kraterių. Šie skaičiavimai nėra vienareikšmiškas įrodymas, kad Mimas turi vandenyną, bet jei paaiškėtų, kad taip ir yra, toks atradimas labai padidina šansus, kad popaviršinių vandenynų Saulės sistemoje yra daug daugiau, nei manyta iki šiol. Jei net toks mažas kūnas, paviršiuje nerodantis jokių ledo tektonikos požymių, gali turėti skysto vandens po dešimtimis kilometrų ledo, tas pat gali galioti ir Urano bei Neptūno palydovams, taip pat Plutonui ir Charonui. Tyrimo rezultatai publikuojami Icarus.

***

Geležinių planetų branduolių savybės. Žemės, kaip ir Merkurijaus, Veneros bei Marso branduoliai sudaryti iš geležies. Pačiame centre yra kieta geležis, truputį toliau – išsilydžiusi; bent jau taip yra Žemėje. Skystas branduolys mūsų planetai suteikia magnetinį lauką, kuris saugo ją nuo žalingos kosminės spinduliuotės. Ieškodami egzoplanetų, kuriose galėtų egzistuoti gyvybė, norėtume žinoti, kurios planetos turi magnetinį lauką, o tam reikėtų išsiaiškinti, kaip jų branduolio savybės priklauso nuo planetos masės bei amžiaus. Tam reikėtų žinoti, kaip elgiasi geležis branduolio sąlygomis – esant aukštai temperatūrai ir milžiniškam slėgiui. Dabar pirmą kartą eksperimentiškai išmatuota geležies lydimosi temperatūra, esant slėgiui, trigubai aukštesniam nei Žemės branduolyje. Naudodami lazerio spindulius, mokslininkai suslėgė geležies bandinį iki terapaskalio slėgio – tai maždaug 10 milijonų kartų viršija atmosferos slėgį jūros lygyje. Šis slėgis keturis kartus didesnis nei bet kada anksčiau pasiektas panašiuose eksperimentuose ir trigubai aukštesnis, nei Žemės vidiniame branduolyje. Atlikę seriją eksperimentų, mokslininkai išsiaiškino, kaip keičiasi geležies lydymosi temperatūra augant slėgiui. Jiems pavyko atkurti Žemės branduolio savybes, kitaip tariant, eksperimentiškai gautos sąlygos, ties kuriomis skystas branduolys pereina į kietą, atitinka žinomas iš Žemės drebėjimų analizės. Laikui bėgant, planetos branduolys vėsta, tad kietoji branduolio dalis didėja, o skystoji – mažėja. Galiausiai branduolys sukietėja visiškai ir planeta netenka magnetinio lauko. Eksperimentiniai duomenys, apjungti su planetų evoliucijos modeliais, parodė, kad ilgiausiai magnetinį lauką išlaiko uolinės planetos, 4-6 kartus masyvesnės už Žemę. Taigi būtent tokios planetos būtų tinkamiausios ilgai egzistuojančios gyvybės paieškoms. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

MHO 2147 ir jos čiurkšlės. Šaltinis: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / L. Ferrero (Universidad Nacional de Córdoba)

Augančios žvaigždės spjaudosi medžiagos čiurkšlėmis, kurios gali nusidriekti daug toliau, nei pati žvaigždė ir jos protoplanetinis diskas. Šioje nuotraukoje matome tokį objektą MHO 2147, danguje randamą ant Šaulio ir Gyvatnešio žvaigždynų ribos, Galaktikos centro link. Jo čiurkšlės nutįsusios maždaug pusantro parseko į abi puses nuo žvaigždės. Pačią žvaigždę dengia tankios dujos, kurių jos šviesa neįveikia.

***

Žvaigždėdara sukelta nykštukinėje galaktikoje. Aktyvūs galaktikų branduoliai – juodosios skylės ir į jas krentančios labai ryškiai šviečiančios dujos – gali radikaliai pakeisti visos galaktikos evoliuciją. Du esminiai procesai yra dujų išstūmimas iš galaktikos, lėtinantis žvaigždėdarą, bei dujų suspaudimas, žvaigždėdarą paspartinantis. Dažniausiai šie efektai tiriami masyviose galaktikose, kur aktyvaus branduolio poveikis greičiausiai yra pagrindinis evoliucinis veiksnys, apribojantis galutinę galaktikos žvaigždžių populiaciją. Pastaraisiais metais randama vis daugiau įrodymų, jog aktyvūs branduoliai turi poveikį ir nykštukinėse galaktikose, nors gal ir ne tokį reikšmingą visai galaktikai. Dabar pirmą kartą paskelbta, jog nykštukinėje galaktikoje aptiktas aktyvaus branduolio sukeltas žvaigždėdaros žybsnis. Galaktika Henize 2-10 nuo mūsų nutolusi devynis megaparsekus – tolokai, kaip nykštukinei galaktikai, tačiau pakankamai arti, kad joje būtų įmanoma išskirti vos keleto parsekų dydžio struktūras. Jau kurį laiką žinoma, kad jos centre yra aktyvus branduolys, nors ir neypatingai ryškus. Naujojo tyrimo autoriai atliko stebėjimus regimųjų spindulių ruože ir aptiko ilgą jonizuotų dujų juostą, jungiančią aktyvų branduolį su žvaigždėdaros regionu šioje galaktikoje. Dujų judėjimo greitis rodo, kad jos sudaro kūginį srautą, kuris laikui bėgant precesuoja aplink centrinę ašį. Tokį judėjimą prognozuoja aktyvių branduolių kuriamų tėkmių modeliai. Maždaug 70 parsekų atstumu nuo juodosios skylės dujų juosta pasiekia pirmąjį žvaigždes formuojantį dujų telkinį. Pastarojo judėjimas rodo, kad dujų srautas stumia jį tolyn nuo juodosios skylės ir verčia plėstis į šalis. Abipus tolesnės srauto linijos matomi jauni žvaigždžių spiečiai, greičiausiai susiformavę tada, kai srautas trenkėsi į debesį ir suspaudė dujas jame. Priešingoje pusėje nuo juodosios skylės taip pat matomas jonizuotų dujų srautas ir toliau esančių dujų sutankėjimo bei nustūmimo požymiai, tačiau ten žvaigždės dar tik pradeda formuotis. Detalesnės žinios apie juodųjų skylių poveikį mažoms galaktikoms aplinkinėje Visatoje gali padėti suprasti ir pirmųjų juodųjų skylių poveikį praėjus tik keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Galaktikon krentanti juodoji skylė. Beveik visos galaktikos turi centrines juodąsias skyles. Kai dvi galaktikos susijungia – o tai nutinka bent keletą kartų kiekvienos galaktikos gyvenime – po kurio laiko susijungia ir jų juodosios skylės. Dabar pirmą kartą aptikta situacija, kai į galaktiką krentanti kitos galaktikos liekana galimai turi masyvesnę juodąją skylę, nei yra didesniojoje galaktikoje. Galaktika NGC 4424 yra spiralinė, tačiau jos diskas šiek tiek sujauktas – tai rodo, kad ne per seniausiai galaktika susijungė su kita. Dabar maždaug 400 parsekų atstumu nuo šios galaktikos centro aptiktas žvaigždžių spiečius, akivaizdžiai krentantis į galaktiką. Spiečius yra ištįsęs galaktikos link – tai rodo, kad didesnės galaktikos gravitacija jį po truputį ardo. Bendra spiečiaus masė siekia apie 3,5 milijono Saulės masių. Jo centre aptiktas rentgeno spindulių šaltinis – tai greičiausiai yra maždaug 70-80 tūkstančių Saulės masių juodoji skylė, ryjanti aplinkines dujas. Tai reikštų, kad spiečius yra centrinė prarytos galaktikos dalis; nors nežinome, kokia buvo visos galaktikos masė, akivaizdu, kad ji mažesnė, nei NGC 4424. Tuo tarpu NGC 4424 centrinės juodosios skylės masė taip pat yra maždaug 70 tūkstančių Saulės masių. Tikėtina, kad abi juodosios skylės susijungs per maždaug 100 milijonų metų – taip NGC 4424 juodoji skylė išaugs daugiau nei dvigubai, net jei per tą laiką neprisirys nė kiek dujų. Ryjant dujas, juodosios skylės masė negali padvigubėti sparčiau nei per 30 milijonų metų, tad numatomas išaugimas yra gana artimas maksimaliam įmanomam dėl dujų rijimo. Tokia situacija galimai atitinka scenarijų, kaip centrines juodąsias skyles įgyja diskinės galaktikos, neturinčios centrinių sferoidinių dujų ir žvaigždžių telkinių. Tokie telkiniai yra pagrindinis centrinių juodųjų skylių maitinimosi šaltinis, todėl jų nesant, juodąjai skylei užaugti sudėtinga. Tačiau susijungimai su mažomis sferinėmis galaktikomis gali „pasėti“ juodąsias skyles diskinėse. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aplinkgalaktinių dujų rezervuarai. Skaitmeniniai modeliai, kuriais nagrinėjamas struktūrų formavimasis Visatoje, rodo, kad tiek tamsioji materija, tiek dujos telkiasi į raizginį, vadinamą kosminiu voratinkliu. Voratinklio mazguose randame galaktikų grupes bei spiečius, o juos jungia retų dujų gijos. Retų dujų turėtų būti ir aplink galaktikas, plačiuose haluose, nusidriekusiuose šimtus kiloparsekų. Iš jų dujos po truputį krenta į galaktikas, kur palaiko žvaigždžių formavimąsi. Tiesa, šiandieninės galaktikos dažnai jau praradusios beveik visas dujas, taigi ir rezervuarai aplink jas greičiausiai negausūs, todėl ir aptikti juos sudėtinga. Bet įmanoma. Dabar pirmą kartą pateikti gana aiškūs įrodymai, kad tokie rezervuarai tikrai egzistuoja ir kad dujos iš jų tikrai krenta į galaktikas. Įrodymai yra statistinio pobūdžio – nustatyta tvirta koreliacija tarp aplinkgalaktinių dujų telkinių ir daug dujų turinčių galaktikų. Telkinius mokslininkai identifikavo pagal vandenilio dujų sugerties spektro linijas, matomas tolimų kvazarų spektre. Kvazarų spinduliuotė, sklisdama mūsų link, praeina daug tokių retų dujų debesų ir yra dalinai sugeriama. Pagal tai, kokio bangos ilgio spinduliuotė sugeriama, galima nustatyti, kaip greitai telkiniai juda mūsų atžvilgiu. Iš viso aptikti 124 telkiniai. Galaktikos identifikuotos pagal 21 centimetro bangos ilgio stebėjimus, kurie parodo neutralių vandenilio dujų koncentraciją. Nustatyta, kad aplinkgalaktiniai retų dujų telkiniai labai gerai koreliuoja su daug dujų turinčių galaktikų padėtimis trimatėje erdvėje (t.y. ne tik dangaus skliaute, bet ir pagal judėjimo greitį mūsų atžvilgiu, kuris nurodo ir atstumą iki jų). Dujas turinčių galaktikų koncentracija greta retų dujų telkinių yra 7,6 karto didesnė, nei būtų galima tikėtis, jei vieni ir kiti objektai būtų išsidėstę atsitiktinai. Taigi galima daryti išvadą, kad dujų telkiniai tikrai yra aplinkgalaktiniai rezervuarai. Jų ryšys būtent su daug dujų turinčiomis galaktikomis rodo, kad rezervuarai papildo galaktikas dujomis ir aplinkinėje Visatoje. Šis atradimas padės geriau suprasti ir kaip galaktikos formavosi iki šiol, ir kaip jos toliau vystysis ateityje, kai dujų Visatoje liks vis mažiau. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Elipsiškas juodųjų skylių susijungimas. Prieš beveik trejus metus aptiktas kol kas masyviausių juodųjų skylių susijungimo signalas. Gravitacinių bangų įvykis GW190521 (skaičiai žymi aptikimo datą) žymėjo 85 ir 66 Saulės masių juodųjjų skylių susijungimą, kurio metu gimė nauja, 142 Saulės masių, juodoji skylė (devynios Saulės masės buvo išspinduliuotos kaip gravitacinės bangos). Šis įvykis uždavė daug klausimų – pavyzdžiui, iš kur atsirado 85 ir 66 Saulės masių juodosios skylės? Supernovų sprogimai neturėtų palikti masyvesnių, nei maždaug 40 Saulės masių, juodųjų skylių, taigi šios dvi greičiausiai jau anksčiau patyrė susijungimus su kaimynėmis. Bet ar tai reiškia, kad sistema, galiausiai sukūrusi GW190521, pradžioje buvo keturnarė žvaigždė, kuri nesubyrėjo per visus keturis supernovų sprogimus? Galbūt, bet egzistuoja ir alternatyvi hipotezė: 85 ir 66 Saulės masių juodosios skylės galėjo sukibti į dvinarę porą atsitiktinai, skrisdamos pakankamai mažu atstumu ir greičiu viena pro kitą. Tokiu atveju jų orbita prieš susijungimą turėjo būti labai elipsiška. Tuo tarpu jei sistema buvo keturnarė nuo pradžių, orbita prieš susijungimą turėjo būti artima apskritimui. Iki šiol nustatyti orbitos elipsiškumo nebuvo įmanoma, nes turimi gravitacinių bangų signalų modeliai, naudojami duomenų analizei, buvo nepakankamai detalūs. Bet naujame tyrime situacija pakeista. Mokslininkai apskaičiavo gravitacinių bangų signalų formas, sklindančias iš įvairių dvinarių juodųjų skylių, kurių orbitos ne tik apskritiminės, bet ir elipsinės. Iš viso jie suskaičiavo 611 galimų sistemos konfigūracijų. Įvertinus tai, kad skirtingomis kryptimis gravitacinių bangų signalas sklinda nevienodai, gauti rezultatai aprėpia apie šimtą tūkstančių galimų gravitacinių bangų signalo formų, kurias galima bus naudoti naujų ir jau turimų signalų analizei. Pritaikę rezultatus GW190521 duomenims, mokslininkai nustatė, kad labiausiai tikėtina, jog šios poros orbita prieš pat susijungimą buvo gerokai ištempta: didžiausias nuotolis tarp juodųjų skylių vienos orbitos metu buvo pusšešto karto didesnis, nei mažiausias. Šis rezultatas praktiškai patvirtina, kad GW190521 sukėlė juodųjų skylių pora, kuri atsirado jos narėms atsitiktinai sukritus į porą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

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

Laiqualasse

4 komentarai

  1. Laukiu nesulaukiu kada vėl pažadins mane chirpas atlėkęs iš už milijardų šviesmečių:) O jei rimtai – stebėtina kiek daug mokslininkai gali atkapstyti turėdami tik sekundės ilgio gravitacinių bangų “triukšmą”.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *