Kąsnelis Visatos DLI: Struktūros

Kas dedasi neutroninės žvaigždės viduje? Gali būti, kad ten medžiaga susilanksto į visokias įdomias struktūras, bet pamatyti jų neįmanoma. Tačiau galbūt tą padės padaryti gravitacinių bangų signalai, jei teisingai juos interpretuosime. Kiek mažiau egzotiška yra ledo struktūra – tiksliau, ledo plutos, dengiančios Jupiterio palydovą Europą. Ant jos gali netgi snigti – tiesa, iš apačios: mažyčiai ledo kristalai gali kilti vandenynu ir papildyti plutą. Kitose naujienose – galimų palydovų orbitų aplink Žemę skaičiavimas, būdai išgauti resursus Marse ir ilgiausia aktyvios galaktikos čiurkšlė. Gero skaitymo!
***

Jubiliejai. Praeitą savaitgalį vieną po kito minėjome porą jubiliejų, susijusių su kosmoso tyrimais. Pirmasis – šeštadienį sukako 45 metai nuo Voyager 2 zondo pakilimo. Kartu su porininku Voyager 1, kuris pakilo rugsėjo 5 dieną, 1977-aisiais išskridę zondai yra ilgiausiai veikiančios kosminės observatorijos. Per tą laiką zondai aplankė didžiąsias Saulės sistemos planetas – Voyager 2 kol kas išlieka vienintelis zondas, praskridęs arti Urano ar Neptūno (atitinkamai 1986 ir 1989 metais). Vėliau abu Voyageriai skrido Saulės sistemos krašto link ir per pastarąjį dešimtmetį jį kirto. Dabar, nors po truputį gesdami, jie vis dar siunčia duomenis apie tarpžvaigždinę erdvę iškart už Saulės sistemos ribų, daugiau nei šimto astronominių vienetų atstumu nuo Žemės. Per šiuos dešimtmečius surinkti duomenys dar ilgai bus analizuojami ir padės suprasti tiek planetas, tiek Saulės sistemos ir tarpžvaigždinės erdvės ribą, o Voyager’iuose siunčiami įrašai galbūt kada nors labai tolimoje ateityje taps paskutiniu žmonijos artefaktu kosmose arba pirma mūsų žinute nežemiškai protingai gyvybei.

Kitas jubiliejus – vienos pirmųjų kosminių observatorijų 50-metis. Sekmadienį suėjo lygiai 50 metų, kai į kosmosą pakilo Copernicus, arba Orbitinė astronomijos observatorija-3 (OAO-3). Tai buvo ketvirtasis OAO projekto bandymas: OAO-1 skrido 1966-aisiais, bet neįsijungė; OAO-2 veikė 1968-1973 metais ir stebėjo dangų ultravioletiniame ruože; OAO-B 1970-aisiais, deja, nepasiekė orbitos. OAO-3 dirbo 1972-1981 metais ir buvo pirmoji kosminė observatorija, turėjusi skirtingų spektro ruožų teleskopus: ultravioletinį ir rentgeno. Apie rentgeno spinduliuotės šaltinių egzistavimą kosmose žmonės apskritai sužinojo tik septintajame dešimtmetyje, kai virš atmosferos pakilo pirmieji rentgeno spindulių detektoriai; nuo tada buvo skiriama daug dėmesio galimybėms tirti šią objektų įvairovę. Uhuru teleskopas veikė 1970-1973 metais ir aptiko kelis šimtus šaltinių, bet Copernicus reikšmingai prisidėjo praplečiant šią imtį ir juos identifikuojant. Taip pat Copernicus aptiko keletą blausių lėtai besisukančių pulsarų. Baigęs darbą teleskopas liko orbitoje ir vis dar skrajoja aplink Žemę, nors jau seniai išjungtas. Galima sakyti, kad jis buvo tokių šiandieninių teleskopų, kaip Swift ir Chandra, pirmtakas, paklojęs pamatus daugybei kosminės teleskopijos atradimų.

***

Kiek galėtų būti Mėnulių? Mes turime vieną Mėnulį; Marsas turi du mažyčius, o Merkurijus ir Venera – nei vieno. Ar galėtų jų būti daugiau? Atsakymas priklauso nuo poros dalykų: kaip palydovai formuojasi ir kiek jų gali skrieti ilgą laiką nekintančiose orbitose. Į antrąjį klausimą mokslininkai nusprendė atsakyti, remdamiesi teoriniais modeliais. Apskritai orbitų stabilumas yra jau kelis šimtmečius tyrinėjamas klausimas. Dažniausiai jis taikomas kalbant apie planetines sistemas – štai į Saulės sistemą įtalpinti daugiau planetų nelabai įmanoma, nes jų tarpusavio sąveikos kurią nors destabilizuotų. Panašūs skaičiavimai gali duoti atsakymų ir apie palydovų sistemas, tačiau čia reikia įtraukti ir žvaigždės poveikį. Atlikę tokius skaičiavimus, mokslininkai nustatė, kad aplink Žemę maksimaliai galėtų tilpti 6-8 Cereros, 3-5 Plutonai arba 2-4 Mėnuliai. Cerera – mažiausias iš tirtųjų objektų, tad nekeista, kad jų tilptų daugiau. Kuo palydovai masyvesni, tuo stipresnės jų tarpusavio sąveikos, kurios gali ištampyti orbitas ir kurį nors objektą išmesti lauk iš sistemos. Tokius skaičiavimus skatina ne tik smalsumas, bet ir bandymas suprasti, kokios gali būti egzoplanetų sistemos. Nors kol kas žinome tik du egzomėnulius, ir tų pačių egzistavimas nėra griežtai patvirtintas, ateityje jų rasime vis daugiau. Dauguma palydovų, kaip ir Saulės sistemoje, turėtų suktis aplink planetas-milžines, kurių gravitacija stabilizuoja orbitas. Tačiau uolinė planeta, turinti daug palydovų, galėtų pasižymėti kitokiu klimatu, nei turinti tik vieną ar nei vieno, o tai gali turėti įtakos ir jos tinkamumui gyvybei. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Kometa C/2017 K2 (PanSTARRS) ir ūkas IC 4592. Šaltinis: Rolando Ligustri (CARA Project, CAST)

Šiuo metu Saulės link pirmą kartą artėja kometa C/2017 K2. Ji aptikta dar 2017 metais, kai buvo toliau, nei Saturnas. Nors artimiausią Saulei tašką pasieks gruodžio 19 dieną, kometa netaps matoma plika akimi, tad pamatyti ją įmanoma nebent per teleskopą. Ji matoma Skorpiono žvaigždyne; šioje nuotraukoje greta kometos (žalia, uodeguota) matyti dulkėtas ūkas IC 4592, kurį nuo mūsų skiria apie 120 parsekų.

***

Resursų išgavimas Marse. Kolonizuojant kosmosą – ar tai būtų Mėnulis, ar Marsas, ar asteroidai – žmonėms reikės išgauti vietinius resursus ir juos perdirbti, nes iš Žemės visko atsigabenti tikrai neįmanoma. Pora praeitą savaitę paskelbtų tyrimų pristato idėjas, kaip Marse tą padaryti galima efektyviau.

Vienas pirmųjų dalykų, ko žmonėms reikės Marse, yra deguonis. Jis reikalingas ne tik kvėpuoti, bet ir raketinio kuro gamybai bei daugybei kitų cheminių reakcijų, be kurių kolonija negalėtų gyvuoti. Su Perseverance marsaeigiu NASA išsiuntė eksperimentą MOXIE, kuriuo pagamino kelis gramus deguonies. Jis išgautas skaidant atmosferoje esantį anglies dvideginį elektrolizės būdu. Dabar grupė mokslininkų pasiūlė alternatyvų būdą – skaidyti anglies dvideginį plazma. Plazma – tai medžiaga, įkaitinta tiek, kad elektronai atplėšiami nuo branduolių. Laisvai dideliu greičiu lakstantys elektronai gali suskaidyti anglies dvideginio molekules, o bendras plazmos karštis taip pat padeda suardyti šias santykinai tvirtas molekules. Dalis išlaisvintų deguonies atomų suformuotų deguonies molekules; jas nuo kitų junginių būtų galima atskirti prietaise įrengus tinkamą membraną, praleidžiančią tik tam tikras molekules. Kol kas tokia technologija, apjungianti plazmą ir dalinai pralaidžias membranas, yra tik eksperimentinė, bet tyrimo autoriai tikisi, kad per keletą metų ją bus galima paversti praktiška. Plazminis deguonies generavimas galėtų būti daug spartesnis, nei naudojant elektrolizę. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Applied Physics.

Kitame tyrime kalbama apie vėlesnį Marso kolonizavimo etapą – biosferos kūrimą ar bent jau augalų auginimą kolonijose. Daugumai Žemės augalų Marso paviršiaus sąlygos visiškai netinkamos – tiek reta atmosfera be deguonies, tiek geležies pilna dirva be organinių medžiagų neleidžia jiems augti. Tačiau gali būti, kad sąlygas pagerinti pavyktų naudojant melsvabakteres. Tokios idėjos buvo keliamos ir anksčiau, bet iki šiol nepavyko rasti tinkamų melsvabakterių. Naujojo tyrimo autorių teigimu taip yra todėl, kad šiam taksonominiam tipui priklauso tūkstančiai rūšių, o ankstesni tyrimai buvo nesistemingi. Išnagrinėję ankstesnius rezultatus ir atlikę kitų rūšių genomo analizę, tyrėjai aptiko vieną rūšį – Anabaena sp. PCC 7938 – kuri atitinka du esminius kriterijus. Visų pirma, ji gali augti Marso sąlygomis – pasisavinti azotą ir kitas reikalingas medžiagas iš atmosferos ir dirvos; be to, bakterija atspari perchloratams – labai ėdriems junginiams, kurių pilna Marso paviršiaus dulkėse. Antrasis svarbus privalumas – šią bakteriją galima naudoti kaip maistą įvairiems augalams. Kol kas mokslininkai ją išbandė su greitai augančiais vandens augalais plūdenomis. Šie augalai yra valgomi, taigi iš principo juos būtų galima auginti ir Marse kolonistų reikmėms. Anabaena sp. PCC 7938 ir plūdenos galėtų būti vieno bioreaktoriaus dalis; į bioreaktorių patektų Marso gruntas ir oras, o jame augtų valgomi augalai. Tyrimo rezultatai publikuojami Applied and Environmental Microbiology.

***

Europos ledo plutos struktūra. Jupiterio palydovas Europa turi storą ledo plutą, o po ja plyti vandenynas. Neabejojama, kad šių terpių sąlyčio paviršius nėra statiškas – ledas nuolat kai kur tirpsta, kitur auga. Naujame tyrime nagrinėjama, kaip gali vykti ledo augimas ir kokios galėtų būti ledo plutos savybės. Mokslininkai į pagalbą pasitelkė Antarktidos ledynų stebėjimus, mat ten galima matyti, kaip kinta apatiniai ledo sluoksnių paviršiai. Yra du būdai, kaip atsiranda naujas ledas: arba vanduo kristalizuojasi tiesiai ant apatinio esamo ledo paviršiaus, arba ledo kristalai formuojasi vandenyje ir kyla aukštyn, tarsi apverstas sniegas. Antruoju atveju susidaręs ledas turi apie tūkstantį kartų mažiau priemaišų, nei vanduo, iš kurio formavosi; pirmuoju atveju priemaišų irgi mažiau, bet tik dešimt kartų. Tyrėjų teigimu, Europos sąlygomis efektyvesnis turėtų būti antrasis procesas, tad Europos ledo pluta greičiausiai sudaryta iš labai gryno ledo. Net jei ledas auga tiesiogiai, jei jo paviršius išlieka plokščias mikroskopiniu lygiu, priemaišų gausa neturėtų viršyti šimtadalio jūros vandens druskingumo. Šie atradimai padės ruošiant Europos tyrimų misiją Europa Clipper. Vienas iš svarbiausių zondo prietaisų bus radaras, kuriuo tikimasi pažvelgti pro ledą. Priklausomai nuo druskingumo, radaro atspindžiai gali labai skirtis, tad geram stebėjimų interpretavimui reikia ir gero ledo plutos modelio. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrobiology.

***

Nuskristi iki kitos žvaigždžių sistemos – kol kas neįveikiamas iššūkis. Vos keli šviesmečiai, skiriantys mus nuo Kentauro Proksimos, reikalautų tūkstantmečių kelionės, jei kalbame apie laivus, galinčius gabenti žmones. Tačiau žvaigždės nestovi vietoje; kartais žvaigždės pro Saulę praskrenda mažesniu nei šviesmečio atstumu. Tokie praskridimai galėtų būti puikus būdas kolonizuoti kitas žvaigždines sistemas. Kaip tai galėtų vykti ir kodėl nematome požymių, kad kokia nors civilizacija šiuo būdu kolonizavo visą Paukščių Taką, pasakoja John Michael Godier:

***

Egzoplanetų aptikimas pagal magnetosferas. Dažniausiai egzoplanetos aptinkamos stebint žvaigždės šviesio kitimą. Jei planeta praskrenda tarp mūsų ir žvaigždės, pastaroji truputį pritemsta; reguliariai pasikartojantys užtemimai rodo esant planetą. Net jei tranzitai nevyksta, planetos gravitacija šiek tiek judina žvaigždę, o tokius periodiškus svyravimus irgi galima užfiksuoti. Tiek vienas, tiek kitas metodas remiasi regimųjų arba infraraudonųjų spindulių stebėjimais. Dabar pasiūlytas metodas, kuris leistų kai kurias planetas aptikti ir tyrinėti radijo bangų diapazone. Planetos pačios iš savęs radijo bangų beveik neskleidžia. Tačiau jei planeta turi magnetosferą, šios sąveika su žvaigždės vėju sukuria stiprias radijo bangas. Maža to, magnetosfera yra gerokai didesnė už planetą – štai Jupiterio magnetosfera gerokai didesnė net už Saulę. Tyrėjai sumodeliavo, kaip galėtų atrodyti radijo bangų signalas iš sistemos HD 189733, kuri turi į Jupiterį panašią planetą, vieną ratą aplink žvaigždę apsukančią vos per dvi paras. Magnetosfera turėtų skleisti signalą, kurį įmanoma atskirti nuo žvaigždės vėjo. Taip pat specifinis signalas turėtų matytis tada, kai magnetosfera tranzituoja prieš žvaigždę – tokio signalo analizė leistų astronomams nustatyti magnetosferos dydį, stiprumą ir atstumą nuo planetos. Deja, signalas visais atvejais toks silpnas, kad šiandieniniai radijo teleskopai jo užfiksuoti nepajėgtų. Visgi naujos kartos teleskopai, pavyzdžiui dabar statomas Kvadratinio kilometro masyvas (SKA), turėtų būti pakankamai jautrūs ir planetų magnetosferų fiksavimui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždėdara, atrodo, tikrai universali. Astronomai jau seniai žino, kad žvaigždės visur formuojasi gana panašiai. Pagrindinis panašumas atsiskleidžia žiūrint į ką tik gimusių žvaigždžių masių įvairovę, vadinamą pradinių masių funkcija. Ji nurodo santykį tarp to, kiek skirtingos masės žvaigždžių rasime viename žvaigždėdaros regione – dažniausiai dujų debesyje. Beveik visur, kur tik žiūrima, pradinių masių funkcija yra vienoda – daugiausiai yra maždaug Saulės masės žvaigždžių, masyvesnių kiekis mažėja kiek sparčiau nei kvadratine priklausomybe nuo masės, mažesnių už Saulę taip pat yra šiek tiek mažiau. Masių funkcija, atrodo, nepriklauso nei nuo žvaigždėdaros spartos (kiek žvaigždžių gimsta kasmet), nei nuo efektyvumo (santykio tarp naujai gimstančių žvaigždžių masės ir dujų masės), ir tik nežymiai priklauso nuo aplinkos (didžiausio tankio ir slėgio aplinkoje formuojasi kiek daugiau masyvių žvaigždžių). Naujame tyrime bandoma išsiaiškinti, kodėl masių funkcija beveik visur vienoda, pasitelkus labai detalius skaitmeninius modelius. Tyrėjų pasirinktas skaitmeninis modelis gali vertinti ne tik dujų judėjimą, veikiant gravitacijai ir hidrodinaminėms sąveikoms, bet ir magnetinio lauko poveikį bei spinduliuotės pernašą – efektus, kurie vis dar dažnai paliekami už borto panašiuose darbuose. Jie suskaičiavo žvaigždėdaros eigą įvairiomis sąlygomis – skirtingos masės ir tankio debesyse, veikiant skirtingai išorinei spinduliuotei, esant skirtingam magnetinio lauko stiprumui ir taip toliau. Buvo nagrinėjamas žvaigždžių spinduliuotės, čiurkšlių bei vėjo ir supernovų sprogimų poveikis aplinkai. Visais atvejais jie sekė žvaigždėdaros spartą, efektyvumą ir masių funkcijos formą. Paaiškėjo, kad masių funkcijos formai pagrindinę įtaką turi prožvaigždžių čiurkšlės – jos reguliuoja ir žvaigždės masės augimą vėlyvosiomis formavimosi stadijomis, ir aplinkinių dujų savybes. Čiurkšlių stiprumas priklauso nuo medžiagos kritimo į žvaigždę, o šis – nuo gravitacijos. Taigi masyvesniuose telkiniuose, kur gravitacija stipresnė, stipresnės ir čiurkšlės, ir atvirkščiai. Abu efektas vienas kitą labai gerai atsveria, todėl masių funkcija visose aplinkose nusistovi tokia pati. Visi kiti nagrinėti procesai turi įtakos žvaigždžių formavimosi spartai ir efektyvumui, tačiau ne masių funkcijai. Šis rezultatas prisideda prie daugybės kitų, rodančių, kad žvaigždėdara yra save reguliuojantis procesas; alternatyvi hipotezė teigia, kad žvaigždėdarą labiausiai lemia dujų turbulencija, bet šiame tyrime jos įtaka pasirodė labai menka. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Neutroninės žvaigždės struktūros modeliai. Neutroninės žvaigždės yra tankiausi mums žinomi objektai. Vos keliolikos kilometrų skersmens, dukart už Saulę masyvesni kūnai pasižymi tankiu, didesniu nei atomų branduoliuose. Sukurti tokių sąlygų laboratorijoje neturime jokių šansų, tad vienintelis būdas tyrinėti materijos savybes ekstremalaus tankio sąlygomis – stebėjimai ir skaitmeniniai modeliai. Naudingiausi stebėjimai yra gravitacinių bangų įvykiai, kai dvi neutroninės žvaigždės sukasi viena aplink kitą ir susilieja. Bangų savybės priklauso nuo neutroninės žvaigždės masės, skersmens ir medžiagos tvirtumo jos viduje. Naujame tyrime šios priklausomybės nagrinėjamos detaliau nei bet kada iki šiol. Tyrėjai, be kita ko, įvertino ir bangų, kylančių žvaigždės paviršiuje dėl kaimynės gravitacijos, poveikį. Anksčiau buvo vertinama tik viena bangų moda – vibracijų pobūdis – bet dabar įvertinti ir overtonai, atsirandantys, kai neutroninių žvaigždžių poros periodas sumažėja iki 1,2 milisekundės. Teisingas overtonų vertinimas gali pakeisti apskaičiuojamą neutroninės žvaigždės spindulį maždaug kilometru – kitaip tariant, kone dešimtadaliu. Taip pat overtono signalas pakeičia ir medžiagos tvirtumo vertinimus. Šie efektai bus išskiriami jau po trijų metų pradėsiančiame veikti atnaujintame LIGO detektoriuje, taigi dabar pats metas įvertinti, kiek jie svarbūs, siekiant suprasti materijos elgesį labiausiai ekstremaliomis sąlygomis. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Didžiausia aktyvios galaktikos čiurkšlė. Aktyvūs galaktikų branduoliai dažnai išmeta čiurkšles – siaurus medžiagos srautus, lekiančius beveik šviesos greičiu. Kai kurios čiurkšlės pranyksta vos už keleto parsekų nuo juodosios skylės – išsisklaido arba sustoja, susidūrę su tankiu dujų debesiu. Kiti gali nusidriekti ir už galaktikos ribų, bent kiloparsekų atstumu. Dabar aptikta bene ilgiausia čiurkšlė. Galaktikos NGC 2663 čiurkšlė žinoma jau seniai, tačiau dabar pirmą kartą išnagrinėti jungtiniai trijų radijo teleskopų ir trijų rentgeno teleskopų duomenys. Paaiškėjo, kad čiurkšlė driekiasi beveik po 200 kiloparsekų į abi puses nuo juodosios skylės, apie 10 kartų daugiau, nei pačios galaktikos dydis. NGC 2663 yra palyginus netoli Paukščių Tako – maždaug 30 megaparsekų atstumu – taigi jei galėtume matyti jos čiurkšles plika akimi, jos būtų ilgesnės, nei Mėnulio pilnaties skersmuo. Naujieji stebėjimai taip pat yra beprecedentiškai aukštos raiškos ir atskleidžia įvairius netolygumus čiurkšlėje. Pietinėje čiurkšlėje, maždaug 40 kiloparsekų atstumu nuo centro, matyti keli “mazgai“, kuriuose čiurkšlė susiaurėja ir pašviesėja. Jų prigimintis gali būti keleriopa. Tai gali būti išorinių, tarpgalaktinei erdvei priklausančių, dujų poveikis: čiurkšlė, judėdama pro tankesnius regionus, suspaudžiama iš šonų. Taip pat tai gali būti aktyvaus branduolio kintamumo pasekmė: jei čiurkšlė ne visą laiką stumiama vienodai stipriai, dalis jos medžiagos gali judėti greičiau ir vytis bei stumti paleistąją anksčiau – tokiuose susidūrimuose ir susidaro sutankėjimai. Panašūs reiškiniai kartais matomi reaktyvinių variklių čiurkšlėse. Rentgeno spinduliuotės intensyvumas rodo, kad tarpgalaktinės dujos aplink NGC 2663 yra labai retos; taip pat retos ir tarpžvaigždinės dujos pačioje galaktikoje. Tai paaiškina, kodėl sutankėjimai matomi taip toli nuo centro ir apskritai kodėl čiurkšlė tokia ilga – jos sklidimui praktiškai nėra jokio pasipriešinimo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės fotonų žiedas. 2019 metais sulaukėme pirmosios juodosios skylės šešėlio nuotraukos. M87*, centrinis monstras M87 galaktikoje, atskleidė savo paslaptis, kai į jį keturias dienas nuvo nukreipti teleskopai iš visos Žemės, sujungti į vieną tinklą. Gautas vaizdas yra nelabai ryškus žiedas, kurio centre matyti tamsuma – minėtasis šešėlis. Kas sudaro žiedo spinduliuotę? Du komponentai: pasklidusi medžiaga aplink juodąją skylę ir šios medžiagos iškreipta fotonų žiedo spinduliuotė. Fotonu žiedu vadinamas plonas spinduliuotės žiedas, kuris turėtų egzistuoti aplink kiekvieną juodąją skylę – jis susideda iš fotonų, kurie nukreipiami mūsų link, apsukę maždaug vieną ratą aplink juodąją skylę. Naujame tyrime ieškoma šio žiedo pėdsakų M87* stebėjimų duomenyse. Nors žiedo spinduliuotę išsklaido dujos, žinodami, kad tos pačios dujos ir spinduliuoja, galime apskaičiuoti, kokia turėtų būti ir jų sklaidoma spinduliuotė. Būtent tokį metodą pritaikę mokslininkai apskaičiavo, jog M87* fotonų žiedas yra tiksliai tokio dydžio, kokį prognozuoja bendroji reliatyvumo teorija. Be to, žiedo dydis nė kiek nekito per keturias dienas, kurias truko stebėjimai. Tuo tarpu aplinkinės medžiagos pasiskirstymas keitėsi, nors tikrai dideli pokyčiai jame turėtų įvykti per maždaug savaitę. Pasklidusiame spinduliuotės komponente aptiktas ir čiurkšlės pėdsakas – ji prasideda į pietvakarius nuo juodosios skylės, o dujos sklisdamos tolyn sukasi pagal laikrodžio rodyklę. Modeliai parodė ir labiausiai tikėtiną juodosios skylės masę – kiek daugiau nei septyni milijardai Saulės masių. Tai truputį didesnė vertė, nei buvo gauta anksčiau, vien iš šešėlio duomenų. Naujoji vertė turi ir mažesnę paklaidą; aišku, ji remiasi prielaida, kad modelis yra teisingas, bet tyrimo autorių teigimu, atsižvelgta į visus galimus kliuvinius. Bet kuriuo atveju, tai yra pirmas kartas, kai pavyksta bent jau taip netiesiogiai nustatyti fotonų žiedo egzistavimą. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Egzotiškos materijos paieškos potvyniniuose suardymuose. Mums įprastą, arba regimąją, materiją sudaro daugiausiai trijų tipų elementariosios dalelės: dviejų rūšių kvarkai, iš kurių susideda protonai bei neutronai, ir elektronai. Egzistuoja ir daugiau elementariųjų dalelių, bet jos aptinkamos tik egzotiškuose, trumpai gyvuojančiuose dariniuose. Iš kitos pusės, gali būti, kad kai kurių egzotiškų materijos formų dar tiesiog nesame aptikę. Viena tokia teoriškai prognozuojama materijos rūšis yra ultra-lengvieji bozonai. Bozonais vadinama viena elementariųjų dalelių rūšis – jai priklauso fotonai, Higso bozonai ir kitos sąveikas perduodančios dalelės, taip pat daugybė kvarkų junginių. Ultra-lengvieji bozonai būtų kitokie, jie turėtų ypatingai mažą masę net lyginant su kitomis elementariosiomis dalelėmis. Štai elektrono masė yra maždaug 511 kiloelektronvoltų, tuo tarpu ultra-lengvųjų bozonų masė mažesnė nei atoelektronvoltas, arba milijardoji milijardosios elektronvolto dalies dalis. Ultra-lengvieji bozonai netgi gali sudaryti nemažą tamsiosios materijos dalį, nes su kita įprasta materija jie turėtų sąveikauti labai silpnai. Kaip tokias daleles aptikti? Vienas būdas – nustatyti jų poveikį juodųjų skylių sukimuisi, kuris, savo ruožtu, paveikia potvyninių žvaigždžių suardymų statistiką. Teoriniai modeliai prognozuoja, kad aplink besisukančias juodąsias skyles kartais gali susidaryti ultra-lengvų bozonų debesys, o jų formavimasis sulėtina juodosios skylės sukimąsi. Proceso efektyvumas labai priklauso nuo sukimosi spartos ir juodosios skylės masės, taigi bozonų egzistavimas gali reikšmingai pakeisti skirtingai besisukančių juodųjų skylių kiekį. Nuo juodosios skylės sukimosi priklauso potvyniniai žvaigždžių suardymai. Žvaigždė gali būti suardyta, jei pralekia taip arti juodosios skylės, kad priešingas žvaigždės puses veikianti gravitacijos jėga skiriasi tiek daug, jog žvaigždė suplėšoma į gabalus. Žvaigždės likučiai ima kristi į juodąją skylę ir sukelia žybsnį. Tačiau jei juodoji skylė pernelyg masyvi, žvaigždė įkrenta pro jos įvykių horizontą iki suardymo, ir žybsnio nebematome. Kuo greičiau juodoji skylė sukasi, tuo mažesnis jos įvykių horizontas, todėl potvyninio suardymo žybsniai gali įvykti prie masyvesnių juodųjų skylių. Tyrimo autorių teigimu, jei lengvųjų bozonų masė siekia 0,01-1 atoelektronvoltą, jų poveikis juodųjų skylių sukimuisi gali pastebimai sumažinti potvyninio suardymo įvykių dažnumą prie 100-600 milijonų Saulės masių juodųjų skylių. Be to, sumažinimas būtų ne tolygus, tarsi visų juodųjų skylių sukimosi greičiai sumažėtų vienodai, o labai priklausomas nuo masės: pavyzdžiui, 200 milijonų Saulės masių juodosios skylės beveik nesukurtų potvyninio suardymo žybsnių, o šiek tiek mažesnės ar didesnės masės – sukurtų. Šias prognozes bus galima patikrinti per artimiausius keletą metų, kai pradės dirbti Veros Rubin observatorija – didžiulis teleskopas Čilėje. Jis vykdys apžvalginius stebėjimus, į kuriuos, tikimasi, pateks ir dešimtys tūkstančių potvyninio suardymo įvykių, tarp kurių pakankamai daug bus ir tokių, kurie leis atskirti įvairių egzotiškos materijos modelių prognozes. Jei paaiškėtų, kad ultra lengvieji bozonai egzistuoja, panašūs stebėjimai leistų įvertinti ir jų kiekį Visatoje bei nustatyti, ar jie gali sudaryti didžiąją dalį tamsiosios materijos. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

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

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *