Kuo Mėnulis susijęs su gravitacinėmis bangomis? Pasirodo, labai tiksliai stebėdami savo palydovo orbitą, galime užfiksuoti ilgo periodo gravitacinių bangų egzistavimą, o tai padėtų suprasti, kas vyko pirmąsias sekundės dalis po Didžiojo sprogimo. Panašių netikėtų ryšių astronomijoje – apstu. Praėjusios savaitės naujienose dar randame ryšį tarp pulsaro stebėjimų ir antimaterijos srauto, fiksuojamo Žemės aplinkoje; juodosios skylės šešėlio ryšį su hipotetinėmis galbūt tamsiąją materiją sudarančiomis dalelėmis; ir dulkių debesį prie kitos žvaigždės, kuris padės suprasti ir Saulės sistemos formavimosi eigą. Kitose naujienose – ledas Merkurijaus ašigaliuose, mašininio mokymosi algoritmų taikymas vandens paieškoms egzoplanetose ir greitųjų radijo žybsnių poliarizacijos matavimai. Gero skaitymo!

***

Lavos tunelių tyrimai mėnuleigiais. Mėnulyje yra daugybė lavos tunelių – ilgų ertmių, kurias paliko kadaise tekėję lavos srautai. Dažnai daugiau nei šimto metrų aukščio ir panašaus pločio bei kelių kilometrų ilgio, jie galėtų būti puiki vieta pirmosioms žmonių kolonijoms. Tam yra net kelios priežastys: gyvenimas po dešimčių ar šimtų metrų uolienų sluoksniu apsaugotų nuo žalingos Saulės spinduliuotės bei vėjo, nuo mikrometeoritų smūgių, taip pat leistų daug lengviau suformuoti uždarą erdvę, kurią būtų galima užpildyti atmosfera. Be to, temperatūra lavos tuneliuose praktiškai nekinta dieną ir naktį, tuo tarpu Mėnulio paviršiuje ji svyruoja nuo -150 iki +150 laipsnių. Aišku, prieš įkuriant koloniją, tunelius reikės gerai ištirti. Tą kada nors darys ir žmonės, bet pradžioje saugiau būtų tirti autonominiais robotais. Pastaruoju metu Europos kosmoso agentūra (ESA) vysto tokią technologiją. Iššūkių, lyginant su tiesiog Mėnulio paviršiaus tyrimais, yra keletas. Visų pirma, robotą reikės nuleisti į maždaug šimto metrų gylį, neturint jokios stacionarios infrastruktūros – ta prasme, keliamojo krano. ESA tyrimai kol kas koncentruojasi į šį aspektą: kuriamas egzoskeletas, kuris galėtų sugerti smūgio jėgą ir, numestas į tunelį, paskleisti vieną ar kelis robotus aplink. Egzoskeletas taip pat galėtų veikti ir kaip ryšio stotelė – perduoti informaciją iš robotų į paviršinę ar orbitinę tyrimų stotį. Dar vienas iššūkis – baterijos. Mėnulio paviršiuje robotai gali pasikrauti Saulės energija, tačiau tuneliuose jie turės veikti naudodamiesi vien savais akumuliatoriais arba radioizotopų šiluminiais generatoriais. Kol kas šie tyrimai yra tik konceptų stadijoje, tad neaišku, kada jie keliaus į Mėnulį. Bet lavos tunelių žvalgymas neabejotinai bus Mėnulio tyrimų ir kolonizavimo dalis, tad galima tikėtis šių ar panašių robotų sulaukti per artimiausius porą dešimtmečių.

***

Visiškai nenustebsiu, jei ši nuotrauka jums jau bus matyta – praeitą savaitę ji šmėžavo tikrai daug kur, bent jau mano socialiniame burbule. Čia matome santykinai ryškią žvaigždę 2MASS J17554042+6551277, bet svarbu ne tai. Svarbu, kad ši nuotrauka padaryta James Webb kosminiu teleskopu – praeitą savaitę baigta jo 18 komponentų pagrindinio veidrodžio kalibracija. Tiek ši žvaigždė, tiek blausesnės fono žvaigždės turi po šešis spyglius – toks difrakcijos raštas susidaro dėl to, kad priešais pagrindinį veidrodį yra antrinis, o jį laikantys strypai užstoja dalį šviesos. Fotonai, lekiantys palei pat strypus, truputį pakeičia trajektoriją ir suformuoja tokią figūrą. Pasklidę objektai yra galaktikos – faktas, kad jas matome, parodo, koks jautrus yra JWST detektorius. Mokslinius tyrimus teleskopas pradės vasarą.

***

Mėnulio orbita parodys gravitacines bangas? Šiandieniniai gravitacinių bangų stebėjimai apsiriboja LIGO ir Virgo detektoriais. Jie gali užfiksuoti dešimčių ar šimtų hercų dažnio bangas – būtent tokias skleidžia neutroninių žvaigždžių ar žvaigždinių juodųjų skylių poros prieš pat susijungimą. Supermasyvios juodosios skylės turėtų skleisti daug mažesnio – milihercų – dažnio bangas, kurias galės aptikti kosminis detektorius LISA, planuojamas ateinančio dešimtmečio viduriui. Taip pat manoma, kad visoje Visatoje turėtų egzistuoti nanohercų dažnio bangų fonas, kurį tikimasi užfiksuoti labai tiksliai stebint daugybę pulsarų, kurių žybsniai vyksta labai tiksliais laiko intervalais, tad net ir menkiausias pokytis turėtų būti matomas. Bet mikrohercų dažnio gravitacinių bangų aptikti kol kas nėra planuojama. Naujo tyrimo autoriai sako, kad tai yra didelė klaida ir siūlo būdą, kaip ją išspręsti. Mikrohercų dažnis atitinka keleto savaičių svyravimų periodą. Gravitacinės bangos ištempia ir suspaudžia visą erdvę, taigi pakeičia atstumus tarp objektų, bet tik tol, kol sklinda pro šalį. Jei bangos periodas sutampa su objekto orbitos periodu, poveikis atstumui įvyksta vis toje pačioje orbitos vietoje ir, laikui bėgant, stiprėja. Jei galėtume labai tiksliai išmatuoti atstumą tarp objektų ir jo pokyčius, galėtume nustatyti ir pro šalį lekiančių gravitacinių bangų stiprumą. Vieną tokį objektą turime kosminėje pašonėje. Tai – Mėnulis, kuriame įrengti retroreflektoriai (veidrodžiai) leidžia matuoti atstumą iki jo su vos centimetro paklaida. Mokslininkų teigimu, to turėtų pakakti, kad aptiktume gravitacines bangas, kurios galimai sklinda kosmose beveik nuo pat Didžiojo sprogimo. Būtent tai, pasak tyrimo autorių, yra pagrindinė priežastis, kodėl verta ieškoti mikrohercų dažnio gravitacinių bangų: pačioje Visatos egzistavimo pradžioje vykusi infliacija turėjo paskleisti jų daugybę, o iki šių dienų jos išplito iki savaičių trukmės periodų. Aptikę jas ir nustatę savybes, galėsime patikrinti daugybę infliacijos proceso modelių. Beje, Mėnulis – ne vienintelis galimas paieškų taikinys. Dvinariai pulsarai, kurių periodas siekia kelias savaites, taip pat gali pasitarnauti šiam tikslui. Pulsarų atstumo pokyčius galime nustatyti pagal žybsnių atsklidimo laiko pokyčius – šiandieninio tikslumo irgi turėtų pakakti gravitacinių bangų poveikiui aptikti. Iš principo šiam tikslui būtų galima panaudoti ir, pavyzdžiui, Jupiterio palydovų orbitas, tačiau jų taip tiksliai sekti kol kas neturime galimybės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Amoniako turinčių asteroidų kilmė. Žemė, kaip ir kitos trys uolinės planetos, formavosi daugiausiai iš medžiagos, buvusios arti jaunos Saulės – pagrinde įvairių tvirtų mineralų ir metalų. Dėl šios priežasties planetos ir yra uolinės, o ne ledinės ar dujinės, kaip esančios toliau nuo Saulės. Lakiosios medžiagos, taip pat ir vanduo, Žemę pasiekė su kometomis ir asteroidais. Dalies pastarųjų liekanos Žemės randamos kaip meteoritai, vadinami angliniais chondritais. Stebėjimai rodo, kad panašios sudėties į anglinius chondritus yra asteroidai, skrajojantys išorinėje Asteroidų žiedo dalyje, daugiau nei 2,5 AU atstumu nuo Saulės (1 AU yra vidutinis atstumas tarp Saulės ir Žemės). Visgi neseniai pastebėta, kad šie asteroidai turi vieną esminį skirtumą nuo chondritinių meteoritų: asteroidų paviršiuje yra medžiagų, sugeriančių 3,1 mikrometro bangos ilgio spinduliuotę. Tos medžiagos beveik neabejotinai yra amonizuoti (t.y. amoniako turintys) filosilikatai, kurių chondritiniuose meteorituose nerandama. Naujame tyrime bandoma išsiaiškinti šių medžiagų kilmę. Pasitelkę skaitmeninius cheminių reakcijų modelius, tyrėjai nustatė, kad tokie junginiai formuojasi aplinkoje, kurioje yra daug vandens – bent keturis kartus daugiau, nei uolienų – o temperatūra neviršija 70 laipsnių Celsijaus. Tokios sąlygos galėtų egzistuoti kūnuose, kurių sudėtyje yra daug vandens ir kurie yra pakankamai dideli, kad juos sudaranti medžiaga išsisluoksniuotų į branduolį, mantiją ir plutą. Amonizacijos reakcijos vyktų būtent mantijoje, kur vandenyje ištirpę nemenki amoniako ir anglies dvideginio kiekiai. Asteroidų žiede sąlygų formuotis tokiems objektams nėra ir turbūt niekada nebuvo. Tikėtina, kad šie mineralai susiformavo 10 AU ir didesniu atstumu nuo Saulės. Vėliau asteroidai, turį didelį kiekį amonizuotų mineralų, atmigravo arčiau Saulės. Dalis jų subyrėjo susidūrę su kitais, o tie fragmentai, nukritę į Žemę, tapo angliniais chondritais. Gali būti, kad jie į Žemę atnešė ir dalį ypatingai lakių medžiagų, pavyzdžiui to paties amoniako ar anglies dvideginio. Tyrimo rezultatai publikuojami AGU Advances.

***

Ledas Merkurijaus ašigaliuose. Praeito amžiaus pabaigoje radaro signalų, pasiųstų į Merkurijų, atspindžiai atskleidė, kad planetos ašigaliuose greičiausiai esama ledo. Šią išvadą patvirtino ir MESSENGER zondo duomenys, surinkti prieš dešimtmetį. Pastarieji duomenys lyg ir rodė, kad ledas kaupiasi kraterių dugne, kurio niekada nepasiekia Saulės šviesa, tačiau tai nebuvo visiškai aišku. Dabar pristatyta nauja šių duomenų analizė, apjungta su naujais radaro stebėjimais; paaiškėjo, kad ledas arti ašigalių pasklidęs plačiau, nei vien krateriuose. Radaro signalas buvo išsiųstas 2019 metais, naudojant Arecibo teleskopą; atspindį pagavo Green Bank radijo teleskopas Vakarų Virdžinijos valstijoje. Signalas leido ne tik nustatyti, kurie regionai atspindi radijo bangas, bet ir kaip stipriai jas poliarizuoja. Stipresnė poliarizacija – atsispindėjusių bangų „tvarkingumas“ – rodo grynesnį vandens ledą. Dauguma ledo telkinių, panašu, sudaryti iš centrinės grynesnio ledo dalies ir ją supančio žiedo, kuriame daugiau priemaišų. Tyrėjų teigimu, priemaišos galėjo atsirasti dėl smulkių meteoritų smūgių ir dulkių nuosėdų arba dėl šiluminių procesų. Kai kurie ledo telkiniai, panašu, slypi po regolito sluoksniu, tačiau jų radijo atspindys toks pat ryškus, kaip ir paviršinių. Ledo telkiniai patvirtinti penkiuose dideliuose krateriuose – Čestertone, Tryggvadottir, Tolkiene, Kandinskyje ir Prokofjeve (visi Merkurijaus krateriai vadinami rašytojų, dailininkų ir kitokių menininkų vardais). Tačiau mažesnių telkinių yra ir aplink juos – greičiausiai mažuose krateriuose ar apskritai nedidelėse paviršiaus įdubose, kuriose irgi susidaro nuolatiniai šešėliai. Šis atradimas naudingas ir tuo, kad parodo, kaip radaro signalai gali būti efektyviai panaudoti ledo telkinių paieškoms ir charakterizavimui. Tai bus labai naudinga žvalgant Mėnulio paviršių ieškant ledo išteklių būsimoms žmonių kolonijoms. Tyrimo rezultatai publikuojami The Planetary Science Journal.

***

Kometos 67P deguonies nėra? 2015 metais zondas Rosetta pasiekė kometą 67P/Čuriumov-Gerasimenko. Jau vieni iš pirmųjų stebėjimų pateikė staigmeną – užfiksuotas gausus deguonies molekulių, besiveržiančių iš kometos, srautas. Deguonis buvo ketvirtas gausiausias junginys kometos aureolėje, po vandens garų, anglies dvideginio ir smalkių. Anksčiau joks teorinis modelis neprognozavo laisvo deguonies kometose, ir dar tokiais kiekiais, kaip rodė Rosetta duomenys. Reikalingi pokyčiai teorijose sufleravo, jog klaidingas buvo ne tik mūsų supratimas apie kometų evoliuciją, bet ir apie visą Saulės sistemos formavimąsi, kai susidarė ir kometos. Anksčiau buvo manoma, kad deguonies molekulės, jei jų palaidų ir egzistavo Saulei pradžią davusiame ūke, greitai suskilo arba sureagavo su kitais elementais, tad laisvo deguonies į kometas patekti negalėjo. Iš kur jo tiek daug galėjo atsirasti 67P? Naujame tyrime daroma išvada, kad deguonies ten iš tiesų nėra labai daug, tiesiog jis yra dviejuose rezervuaruose. Originali išvada apie aukštą deguonies gausą kometoje padaryta remiantis pastebėjimu, kad deguonies gausa kinta panašiai, kaip ir vandens garų. Tai reiškia, kad deguonis kometoje yra ten pat, kur ir vandens ledas. Vandens ledas kometoje daugiausiai yra pirmykštis, kitaip tariant, atsirado tuo pat metu, kai formavosi kometa. Taigi, pirmykštis turėtų būti ir deguonis; nors galimas ir alternatyvus paaiškinimas, kad deguonis išsiskyrė iš to paties vandens ledo. Visgi naujojo tyrimo autoriai nusprendė patikrinti šį sąryšį skirtingu metu. Juk kometos savybės gerokai kinta tiek skirtingose orbitos vietose, tiek netgi priklausomai nuo pasisukimo į Saulę krypties. Pasirodė, kad skirtingais kometos metų laikais deguonies išmetimo pobūdis gerokai skiriasi. Kai pietinė kometos pusė pasisukusi į Saulę, deguonies gausa koreliuoja su vandens garais, kaip matoma ir Rosetta duomenyse; tačiau kai vasara ateina į šiaurinę kometos pusę, vandens garų gerokai sumažėja, o deguonies gausa ima koreliuoti su smalkių ir anglies dvideginio gausa. Tai rodo, kad kometoje yra du deguonies molekulių rezervuarai: vienas susijęs su anglies junginiais, kitas – su vandens ledu. Mokslininkų pasiūlytas alternatyvus modelis yra toks: giliai kometos branduolyje yra deguonies, anglies dvideginio ir smalkių, kurios nuolatos garuoja lauk, nes visi trys junginiai tampa dujomis labai žemoje temperatūroje. Dalis deguonies molekulių, migruodamos paviršiaus link, pasiekia vandens ledo sankaupas ir ten užstringa; taip vandens ledas prisotinamas deguonies. Kai kometa priartėja prie Saulės ir ledo sankaupos įkaista, jos taip pat ima garuoti, o su vandeniu išgaruoja ir ten susikaupęs deguonis. Taigi deguonis iš kometos pabėga ne vienoda sparta, o kintančia: didžiąją dalį laiko garuoja po truputį, bet kartais kyla daug stipresni pliūpsniai. Vieną tokį ir užfiksavo Rosetta. Taigi deguonis kometoje 67P tikrai yra pirmykštis, tiesiog jo yra gerokai mažiau, nei buvo sprendžiama pagal pirmuosius Rosetta surinktus duomenis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Milžiniškas dulkių debesis egzosistemoje. Dauguma Saulės sistemos planetų jaunystėje patyrė daugybę milžiniškų susidūrimų; vienas iš jų suformavo ir mūsų Mėnulį. Stebėdami jaunas egzoplanetų sistemas, mokslininkai ne kartą aptiko požymių, kad ir jose vyksta susidūrimai. Tokie požymiai yra, pavyzdžiui, netolygus dulkių pasiskirstymas protoplanetiniame diske – tai rodo, kad dalis dulkių atsirado po susidūrimo ir dar nespėjo visiškai išsisklaidyti. Kitas požymis – staigus infraraudonosios spinduliuotės sustiprėjimas: tai rodo, kad sistemoje atsirado daugiau dulkių, kurios atspindi žvaigždės spinduliuotę. Deja, tokie stebėjimai neleidžia nustatyti, kokio dydžio objektai susidūrė, kaip seniai susidūrimas įvyko ir kaip sparčiai dulkės sklaidosi. Dabar situacija pasikeitė: paskelbta apie pirmą kartą užfiksuotą po susidūrimo likusio dulkių debesies tranzitą prieš žvaigždę. Įvykis užfiksuotas žvaigždės HD 166191 sistemoje. Žvaigždė yra vos 10 milijonų metų amžiaus – labai jauna, palyginus su puspenkto milijardo sulaukusia Saule. Jos aplinkoje formuojasi planetos, o susidūrimai turėtų būti dažni. Reguliariai stebėdami sistemą nuo 2015 metų, astronomai sulaukė sėkmės 2018-aisiais. Tada užfiksuotas staigus sistemos paryškėjimas infraraudonųjų spindulių ruože. Vienintelis galimas tokio pokyčio paaiškinimas yra dviejų planetesimalių – stambių uolienų, iš kurių formuojasi planetos – susidūrimas. Netrukus po šio įvykio dulkių debesis praskrido prieš žvaigždę. Įvertinę tiek tranzito, tiek sistemos pašviesėjimo duomenis, mokslininkai nustatė, kad susidaręs debesis buvo pailgas ir mažiausiai tris, o galimai net ir šimtą, kartų didesnio ploto, nei žvaigždės diskas. Susidurti turėjo dideli, maždaug 500 kilometrų skersmens, objektai – toks dydis panašus į nykštukinių planetų ir didžiausių asteroidų, pavyzdžiui Vestos. Susidūrimo metu bent dalis uolienų turėjo išgaruoti, o kai kurie atskilę fragmentai patyrė tolesnių susidūrimų. Per keletą mėnesių debesis vis tranzitavo, tačiau buvo vis labiau permatomas, o 2019 metais tranzitai išnyko. Tuo metu sistemoje buvo maždaug dvigubai daugiau dulkių, nei iki susidūrimo. Šis atradimas padės patikrinti susidūrimų skaitmeninius modelius, o tai, savo ruožtu, pagerins supratimą ir apie Saulės sistemos jaunystę bei planetų formavimąsi. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Mašininiai algoritmai egzoplanetų analizei. Visai gyvybei Žemėje reikalingas vanduo. Taigi ieškant nežemiškos gyvybės pėdsakų, taip pat koncentruojamasi į vandens paieškas. Efektyviausias būdas tai padaryti egzoplanetų atveju – planetos spektro matavimas. Taip galima, bent iš principo, nustatyti tiek atmosferos cheminę sudėtį, tiek pagrindines paviršiaus (jei toks yra) savybes. Bet spektroskopija – daug laiko ir resursų reikalaujantis užsiėmimas. Kadangi resursų kiekis – pavyzdžiui, James Webb teleskopo laikas – yra toli gražu ne begalinis, reikia kuo tiksliau atrinkti planetas, vertas detalių tyrimų. Vienas atrinkimo būdas – apskaičiuoti tikėtiną planetos paviršiaus temperatūrą (taip apibrėžiama „gyvybinė zona“ aplink žvaigždę), tačiau vien tai nepasako, ar ten esama vandens. Be to, vanduo gali būti ir kietos (ledo), ir dujinės (garų) būsenos. Taigi grupė mokslininkų iškėlė idėją pritaikyti mašininio mokymo algoritmus planetų fotometrijos duomenims. Fotometrinius planetų atspindžio duomenis surinkti daug lengviau, nei išmatuoti spektrą. Taigi juos būtų galima panaudoti geresniam planetų charakterizavimui, nei įmanoma tiesiog žinant, kaip toli planeta yra nuo žvaigždės. Mašininio mokymo algoritmai geba atrasti įvairias koreliacijas ir struktūras duomenyse, kurių žmonės kartais ir nepamato, bei greitai apdoroti didžiulį kiekį duomenų. Pritaikę tokį algoritmą daugiau nei 50 tūkstančių dirbtinių duomenų rinkinių, mokslininkai nustatė, kad sniego ar vandens garų debesų egzistavimą identifikuoti įmanoma 90% atvejų, o vandens telkinių – 70%. Aišku, tam reikia pakankamai patikimų duomenų, nes didelis triukšmas paslepia bet kokį signalą. Nors šiuo metu tokių duomenų neturime, artimiausioje ateityje įvairiais teleskopais juos bus galima surinkti, o tada – atrinkti planetas, kurių spektrus verta matuoti, išnaudojant ribotus spektrografų resursus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Liūto karčių ūkas, arba NGC 2392, yra planetinis ūkas – į Saulę panašios žvaigždės priešmirtinis atodūsis, kai į aplinką išmetami jos išoriniai sluoksniai. Dauguma šių ūkų būna vienos iš trijų formų: sferiniai, elipsiniai arba dviašiai. Tuo tarpu Liūto karčių ūkas yra… neaiškus: išorėje matomas lyg ir sferinis kevalas su įvairiomis smulkiomis struktūromis dėl sąveikos su aplinkine tarpžvaigždine medžiaga, o viduryje – tarsi iš daugybės apskritimų susidedanti vos ne trikampė figūra. Apie jį ir apie galimas sistemos sąsajas su atstumų iki tolimų galaktikų matavimu pasakoja Dr. Becky:

***

Antimaterijos čiurkšlė iš pulsaro. Visatoje yra labai daug materijos ir labai nedaug antimaterijos. Pastarąją sudaro dalelės, visiškai analogiškos materijos dalelėms, tačiau turinčios priešingą krūvį; pavyzdžiui, elektronų analogai pozitronai yra teigiami, o antiprotonai – neigiami. Susidūrusios materijos ir antimaterijos dalelės anihiliuoja tarpusavyje ir išspinduliuoja gama fotonų porą. Tad antimaterija niekur neturėtų egzistuoti ilgą laiko tarpą. Bet visgi Visatoje jos yra, ir yra daugiau, nei prognozuoja įprastiniai modeliai. Taigi esama kažkokių antimaterijos šaltinių, kurie tuose modeliuose neįvertinami. Viena galimybė būtų pulsarai – labai greitai aplink savo ašį besisukančios neutroninės žvaigždės. Naujo tyrimo rezultatai sustiprina šį įtarimą. Jau kurį laiką žinoma, kad palyginus netolimas pulsaras PSR J2030+4415 turi čiurkšlę, kurioje esama tiek elektronų, tiek pozitronų. Dešimt metų trukę stebėjimai rentgeno spindulių ruože parodo tiek paties pulsaro, tiek jį gaubiančio medžiagos burbulo pokyčius. Pulsaras juda daugiau nei 400 km/s greičiu, o prieš maždaug 20-30 metų prasiveržė pro tankesnių dujų smūginę bangą, kurią sustūmė jo paties spinduliuotė. Tuo metu aplink pulsarą pradėjo plėstis naujas burbulas, kurio augimą maždaug 120 km/s greičiu pavyko išmatuoti skirtingu metu darytose nuotraukose. Tačiau daug įdomiau yra tai, kad čiurkšlė, atrodo, irgi pradėjo formuotis pulsarui kirtus smūginę bangą. Greičiausiai pulsaro magnetinis laukas – kuris neutroninėse žvaigždėse visada labai stiprus – tada susijungė su tarpžvaigždinio magnetinio lauko linijomis ir suformavo tūtą, kurioje elektringos dalelės labai įgreitėjo. Palikusios pulsarą, jos ėmė judėti maždaug trečdaliu šviesos greičio ir suformavo maždaug septynių šviesmečių (2,3 parseko) ilgio juostą, kuri atrodo kaip čiurkšlė. Tai pirmas atvejis, kai antimaterija – pozitronai – pastebima pabėganti nuo pulsaro į platesnę kosminę aplinką. Anksčiau pozitronai buvo aptinkami tik labai arti aplink pulsarus ir buvo manoma, kad jie pranyksta, susidūrę su aplinkinėmis dujomis. „Čiurkšlė“ duoda ir daugiau informacijos apie pulsaro ir aplinkos evoliuciją. Skirtingose jos vietose išspinduliuojamų rentgeno fotonų spektras skiriasi; tai reiškia, kad skiriasi ir dalelių energijų spektras, o tai, savo ruožtu, rodo, kad dalelių pabėgimas iš pulsaro aplinkos vyko nevienodai. Ateityje mokslininkai tikisi panaudoti šią informaciją, kad geriau suprastų tiek antimaterijos pabėgimą iš pulsarų aplinkos, tiek jos sklidimą Galaktikoje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Greitųjų radijo žybsnių poliarizacija. Greitieji radijo žybsniai (Fast Radio Bursts, FRB), kaip galima spręsti iš pavadinimo, yra trumpi ir galingi radijo spinduliuotės žybsniai, atsklindantys iš įvairių kosmoso vietų. Pirmą kartą jie aptikti 2007 metais, o nuo 2019-ųjų dedikuoti teleskopai fiksuoja šimtus, bet vis dar neaišku, kas tiksliai juos sukelia. Hipotezių yra įvairių, nuo sprogimų ypatingai stipriai įmagnetintose neutroninėse žvaigždėse iki aktyvių branduolių žybsnių ar netgi nežemiškų civilizacijų komunikacijų. Kai kurie žybsniai įvyksta vos vieną kartą, kiti – kartojasi daugiau mažiau reguliariai, taigi beveik neabejotina, jog egzistuoja bent keli juos sukeliantys mechanizmai. Naujo tyrimo rezultatai priartina mus prie išsiaiškinimo, kas sukelia pasikartojančius FRB. Atlikę penkių tokių žybsnių stebėjimus ir pridėję dar keturių pasikartojančių bei 12 nepasikartojančių žybsnių ankstesnių stebėjimų duomenis, surinktus skirtingais radijo teleskopais, mokslininkai nustatė, kad kiekvieno žybsnio spinduliuotė aukšto dažnio ruože yra visiškai poliarizuota, o žemo dažnio – visiškai nepoliarizuota. Poliarizacija yra elektromagnetinės spinduliuotės „tvarkingumas“ – poliarizuotos bangos sklisdamos svyruoja viena kryptimi, o nepoliarizuotos – visomis, statmenomis sklidimo krypčiai. Žemo dažnio spinduliuotė, sklisdama per tarpžvaigždinę ir tarpgalaktinę terpę, išsklaidoma efektyviau, nei aukšto, tad ir jos poliarizacija silpnėja. Kiekvieno iš penkių FRB spinduliuotė tapdavo poliarizuota virš tam tikro dažnio, kuris kiekvienam žybsniui skirtingas. Tai leidžia spręsti, kad kritinį dažnį lemia atstumas iki žybsnio šaltinio ir medžiaga, per kurią sklinda radijo spinduliuotė, o ne paties šaltinio savybės. Tuo tarpu šaltinio skleidžiama spinduliuotė yra stipriai – greičiausiai visais 100% – poliarizuota. Stipriai poliarizacijai reikalinga sudėtinga aplinka, su daug dujų tankio pokyčių irba smūginių bangų, per kurias skirtingos poliarizacijos bangos sklinda skirtingai. Tokių aplinkų pavyzdžiai yra supernovų liekanos arba pulsarų vėjo ūkai, susidarantys netrukus po supernovos sprogimo, kai žvaigždės vietoje likęs pulsaras užpildo supernovos liekaną energingų dalelių vėju. Tiek vieni, tiek kiti objektai egzistuoja vietose, kur per pastaruosius keliasdešimt milijonų metų vyko intensyvi žvaigždėdara, kitaip tariant, jaunose žvaigždžių populiacijose. Jau seniau pastebėta, kad pasikartojantys FRB, atrodo, sklinda iš jaunų žvaigždžių populiacijų, taigi šis atradimas tokį ryšį tik sustiprina. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Tamsiosios materijos – aksionų – paieška. Tamsioji materija sudaro apie ketvirtį Visatos masės-energijos, tuo tarpu įprasta materija – vos apie penkis procentus. Bent jau taip rodo įvairiausi galaktikų ir jų spiečių stebėjimai. Bet kol kas, nepaisant dešimtmečius trunkančių paieškų, vis dar neaišku, iš ko ta tamsioji materija sudaryta. Teorinių idėjų yra ne viena, bet kol kas jokie eksperimentai nedavė aiškių rezultatų. Du nauji tyrimai vertina ir praplečia hipotezę, kad tamsioji materija susideda iš elementariųjų dalelių aksionų. Aksionus išmąstė dalelių fizikos teoretikai, siekdami paaiškinti, kodėl neutronas neturi elektrinio dipolio – elektros krūvio nesimetriško pasiskirstymo išilgai vienos ašies. Vėliau pastebėta, kad tokių pačių savybių dalelės, skrajojančios laisvai kosmose, galėtų paaiškinti tamsiąją materiją. Bet iki šiol jos nėra aptiktos. Viena iš priežasčių, kodėl – neaiški aksionų masė. Visi modeliai rodo, kad ji turi būti ypatingai maža – mažiau nei tūkstantoji elektronvolto dalis (elektronvoltas yra energijos vienetas, tačiau padalinus iš šviesos greičio kvadrato, gauname masę; elektrono masė lygi 511 kiloelektronvoltų). Bet galima įvairovė siekė nuo 25 iki 500 mikroelektronvoltų. Naujo tyrimo autoriai teigia gerokai apriboję šį intervalą. Tam jie pasitelkė geresnius nei anksčiau skaitmeninius modelius. Modeliuose yra nagrinėjama pirmykštės Visatos evoliucija, kai temperatūra ten buvo tokia aukšta, kad dauguma elementariųjų dalelių buvo sumišusios į vientisą „sriubą“. Sriubai auštant, formavosi įvairios mikroskopinės gijos, kurios vėliau suskilo į daleles. Ankstesniuose modeliuose šis procesas buvo sekamas sudalinant skaičiavimo erdvę į vienodus kubelius. Dabar mokslininkai pasitelkė adaptyvių gardelių metodiką, dažnai naudojamą astrofizikiniuose didelio masto struktūros modeliuose; tai leido sutelkti skaičiavimo pajėgumus į tas vietas, kur formuojasi gijos, ir pasiekti beveik tūkstantį kartų geresnę modelio raišką, nei anksčiau. Taip gerokai patikslinta prognozė apie gijų evoliuciją, energijos praradimą ir susidarančių dalelių mases. Jos turėtų būti tarp 40 ir 180 mikroelektronvoltų. Šios žinios padės daug labiau sufokusuoti aksionų paieškų eksperimentus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

Nors aukščiau minėti teoriniai modeliai rodo, kad aksionų masė greičiausiai yra dešimtys ar šimtai mikroelektronvoltų, kai kurios hipotezės prognozuoja daug mažesnes vertes – apie kvadrilijoną kartų mažesnes už mikroelektronvoltą. Tokios masės aksionai, susikaupę stipriame gravitaciniame lauke, gali sukelti spinduliuotės poliarizacijos pokyčius. Viena vieta, kur šis efektas gali būti išmatuojamas, yra labai arti juodosios skylės. Taigi mokslininkai pasitelkė M87* juodosios skylės stebėjimų duomenis ir išmatavo, kiek ten gali būti aksionų. M87* buvo pirmoji ir kol kas vienintelė juodoji skylė, kurios šešėlį pavyko nufotografuoti; pernai taip pat paskelbti ir spinduliuotės poliarizacijos jos aplinkoje duomenys. Išnagrinėję juos, mokslininkai neaptiko jokios poliarizacijos, kurios nepavyktų paaiškinti kitais efektais, tokiais kaip magnetinis laukas. Tai reiškia, kad tokios mažos masės aksionų sąveika su fotonais turi būti bent 1000-10000 kartų silpnesnė, nei buvo galima apriboti ankstesniais stebėjimų duomenimis. Ateityje, kai bus padaryta daugiau tokių detalių juodosios skylės nuotraukų, aksionų ir fotonų sąveiką bus galima įvertinti tiksliau ir aprėpiant platesnį masių intervalą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

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

Laiqualasse