Kai negalime ko nors pamatyti tiesiogiai – pavyzdžiui žvaigždės ar planetos gelmių – mums dažnai padeda virpesiai. Seisminės bangos atskleidžia planetų struktūrą ir jose vykstančius reiškinius, pavyzdžiui meteoritų smūgius: dabar tokia analizė pirmą kartą atlikta Marse ir aptikti keturi nauji krateriai. Žvaigždžių virpesiai, pasirodo, gali netgi parodyti, kaip žvaigždė augo, mat augimo istorija išlieka „įrašyta“ žvaigždės struktūroje, o ji lemia virpesių dažnį. Bangos sklinda ir atmosferose – tokia, labai karšta ir didžiulė, aptikta Jupiteryje. Kitose naujienose – bandymai pagauti žvaigždes prieš pat joms sprogstant supernovomis, Mėnulio ašigalių judėjimas per milijardus metų ir fotosintezės įvairiose egzoplanetose eksperimentai. Gero skaitymo!
***
Mėnulio ašigalių judėjimas. Mėnulis visą laiką atsukęs Žemei tą pačią pusę. Tai reiškia, kad aplink savo ašį jis apsisuka kartą per mėnesį, kaip ir aplink Žemę. Prie ašigalių esančiuose krateriuose randama vandens ledo, bet nežinia, kiek jo ten yra – didžiuliai klodai, nusėdę per milijardus metų, ar ploni sluoksniai, liudijantys tik milijonų metų ar dar trumpesnę praeitį. Į šį klausimą atsakyti padėtų žinojimas, kaip keitėsi Mėnulio ašigalių padėtis laikui bėgant, o naujame tyrime tai padaryta, nagrinėjant kraterių formas ir amžių. Žemės ašigalių padėtis paviršiaus atžvilgiu kinta dėl tektoninių plokščių judėjimo, ledynų formavimosi ir tirpimo, netgi atmosferos judėjimo – viso to Mėnulyje nėra. Tačiau Mėnulis per milijardus metų patyrė daugybę asteroidų smūgių, kurie paliko didesnius ir mažesnius kraterius. Kiekvienas smūgis tiek fiziškai pastūmė Mėnulį, tiek pakeitė masės išsidėstymą jame – iškasė didžiulę duobę ir išbarstė jos likučius aplinkiniame paviršiuje. Dalis medžiagos netgi pabėgo į kosmosą. Vidutiniškai medžiaga nutolo nuo Mėnulio sukimosi ašies, todėl pasikeitė Mėnulio judesio kiekio momentas. Pasitelkę daugybę Mėnulio nuotraukų, detalius gravitacinio lauko matavimo duomenis ir informaciją apie kraterių amžių, mokslininkai vieną po kito „pašalino“ visus kraterius, kurių skersmuo viršija 20 kilometrų. Tokių kraterių Mėnulyje yra daugiau nei 5000. Šalindami kraterį, mokslininkai įvertino, kaip pasikeistų Mėnulio masės pasiskirstymas, užpylus kraterio duobę tipine aplinkinės plutos medžiaga. Taip jie atkūrė Mėnulio masės skirstinio pokyčius, o su jais – ašigalių padėties kitimą nuo pat palydovo susiformavimo. Pasirodė, kad ašigaliai judėjo, tačiau neypatingai daug – iki dešimties laipsnių, arba 300 kilometrų. Turint omeny, kad Mėnulio ašis į orbitos plokštumą pasvirusi apie penkis laipsnius, ašigalinių kraterių dugnas greičiausiai buvo tamsoje nuo pat kraterių atsiradimo. Taigi ledo ten turėtų būti daug, susikaupusio per milijardus metų. Tai geros žinios būsimiems Mėnulio kolonistams, kuriems šie krateriai bus pagrindinis vandens šaltinis. Tyrimo rezultatai publikuojami The Planetary Science Journal.
***
Meteoritų smūgiai į Marsą. Krentančios žvaigždės yra meteorai – mažytės dulkelės, pasiekiančios Žemės atmosferą. Kitus dangaus kūnus irgi nuolatos talžo įvairūs objektai, nuo dulkelių iki didelių asteroidų. Meteoritų smūgiai į kūno paviršių sukelia seismines bangas, bet iki šiol nebuvo pavykę aptikti tokių bangų niekur, išskyrus Žemę. Naujame tyrime pristatoma keturių smūgių į Marsą analizė. Duomenis surinko drebėjimus matuojantis zondas InSight nuo 2020 gegužės iki 2021 metų rugsėjo. Visi meteoritai nukrito mažiau nei 300 kilometrų atstumu nuo zondo; tai neturėtų stebinti, mat tolimesnių krituolių jis tiesiog nebūtų aptikęs, nes jų sukeliamos vibracijos labai silpnos. Nepaisant to, vibracijų – skirtingos poliarizacijos seisminių bangų – matavimai leido nustatyti ne tik atstumą iki smūgio vietos, bet ir jos kryptį. Visų smūgių vietos aptiktos naujose Marso paviršiaus nuotraukose, darytose iš orbitos, ir patvirtinta, kad seniau kraterių nebuvo. Žinant tikslią kraterių vietą, bangų sklidimas leido patikrinti Marso struktūros modelius – patvirtinta, kad ankstesni modeliai, paremti kitokių drebėjimų duomenimis, yra iš esmės teisingi. Taip pat patvirtinta, kad jėgos momentas, kuriuo planetos plutą paveikia meteorito smūgis, priklauso nuo meteorito vertikalaus judesio kiekio (masės ir greičio sandaugos) kvadrato. Šie rezultatai parodo, kad seismologiniai matavimai padeda suprasti planetų struktūras net ir tada, kai geologiniai procesai planetoje nevyksta. Ateityje seisminės stotys greičiausiai bus įrengtos ir kituose dangaus kūnuose su kietu paviršiumi, pavyzdžiui Mėnulyje arba Jupiterio ir Saturno palydovuose. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.
***
Karščio banga Jupiteryje. Viršutinė Jupiterio atmosfera įkaitusi iki daugiau nei 400 laipsnių Celsijaus. Panašią temperatūrą pasiekia ir viršutiniai Žemės atmosferos sluoksniai, tačiau Žemę apšviečia 25 kartus intensyvesnė Saulės šviesa, nei Jupiterį. Kaip Jupiteris gali būti toks karštas? Pernai mokslininkai pateikė įrodymų, jog Jupiterį gerokai pakaitina magnetosferos ir atmosferos sąveika – magnetiniame lauke įgreitintos Saulės vėjo dalelės perduoda daug energijos atmosferai, kai pataiko į ją netoli ašigalių. Dabar jie aptiko milžinišką karščio bangą, sklindančią nuo ašigalių pusiaujo link. Išmatavę Jupiterio infraraudonųjų spindulių spektrą, mokslininkai aptiko regioną arti šiaurės ašigalio, kuriame temperatūra buvo 300 laipsnių aukštesnė, nei kitose viršutinės atmosferos vietose. Be to, tas regionas judėjo į pietus maždaug 1000 km/h greičiu. Tyrėjų teigimu, regionas greičiausiai atsirado po to, kai Saulės vėjo gūsis perdavė daugiau nei įprastai energijos Jupiterio magnetosferai. Atmosfera ėmė plėsti, o karštos dujos – judėti į pietus. Ši karščio banga po truputį turėtų išsisklaidyti, taip pašildydama visą atmosferą. Manoma, kad panašūs reiškiniai dedasi ir kitose didžiosios planetose – jų atmosferų temperatūros taip pat keliais šimtais laipsnių viršija tas, kurių tikimasi sprendžiant vien iš Saulės teikiamos spinduliuotės energijos. Tyrimo rezultatai pristatyti Europos planetų mokslo konferencijoje.
***
Encelado gyvybingumas. Saturno palydovas Enceladas yra viena įdomiausių vietų gyvybės paieškoms Saulės sistemoje. Po stora ledo pluta ten plyti vandenynas, o iš jo besiveržiančiuose geizeriuose aptikta anglies junginių, amoniako ir vandenilio sulfido – medžiagų, reikalingų gyvybei. Iki šiol nebuvo aišku, ar ten esama dar vieno visai žemiškai gyvybei būtino elemento – fosforo. Dabar mokslininkai, sumodeliavę chemines reakcijas Encelado gelmėse, teigia, kad fosforo ten greičiausiai yra daug. Tyrėjai pasitelkė Cassini zondo duomenis ir sekti chemines reakcijas galintį skaitmeninį modelį. Jie suskaičiavo, kokios tikėtinos reakcijos vyksta Encelado vandenyne, kad besiveržiančių geizerių cheminė sudėtis atitiktų stebimą. Didelė karbonatų koncentracija vandenyne sudaro palankias sąlygas kauptis fosforui iš įvairių uolienų. Tikėtina fosforo koncentracija – vienas molis vandens tūryje nuo šimto iki dešimties milijonų litrų. Žemės vandenynuose fosforo yra vienas molis milijone litrų, taigi Encelade fosforo koncentracija gali būti net aukštesnė, nei Žemėje. Tikėtina, kad tokia fosforo koncentracija pasiekiama per mažiau nei šimtą tūkstančių metų. Tai gerokai trumpesnis laikas, nei tikėtinas minimalus Encelado vandenyno amžius – šimtas milijonų metų. Kitaip tariant, fosforo koncentracija Encelade turėtų būti nusistovėjusi. Tad sąlygos gyvybei formuotis Encelade atrodo dar geresnės, nei manyta iki šiol. Šis atradimas, tikėtina, padės geriau parengti planuojamą misiją į Enceladą, kuri tarp kitų užduočių ieškos ir galimų gyvybės pėdsakų. Tyrimo rezultatai publikuojami PNAS.
***
Fotosintezė egzoplanetose. Dauguma žvaigždžių Paukščių Take yra mažesnės ir raudonesnės už Saulę. Dauguma žinomų egzoplanetų taip pat sukasi apie jas. Taigi planetų paviršių apšviečia santykinai daug daugiau infraraudonųjų spindulių, nei regimųjų, lyginant su Žeme. Ar gali tokiomis sąlygomis vykti fotosintezė? Šis klausimas nagrinėjamas ne vienerius metus, svarstant tikimybę tokiose planetose užsimegzti ir vystytis gyvybei. Dabar pirmą kartą atlikti eksperimentai rodo, kad atsakymas greičiausiai teigiamas. Biologijos, astrofizikos ir fotonikos technologijų mokslininkai apjungė jėgas ir sukūrė „žvaigždžių šviesos imitatorių“ – šviestuvą, kurio skleidžiamą spinduliuotę galima labai detaliai reguliuoti, keičiant tiek spektrą, tiek intensyvumą. Imitatorių jie įdėjo į indą, kuriame galima sukurti įvairios sudėties atmosferą. Taip atkūrę M spektrinės klasės – raudonųjų – žvaigždžių spektrą ir galimą jų planetų aplinką, mokslininkai išbandė įvairių melsvabakterių, dumblių ir samanų mėginius. Visais atvejais organizmai sėkmingai vykdė fotosintezę, nors ir ne taip efektyviai, kaip apšviesti Saulės šviesa. Taigi galima pagrįstai teigti, jog fotosintezė, kaip ją suprantame, įmanoma ir prie gerokai kitokių žvaigždžių, nei mūsų Saulė. Šis atradimas padidina tikimybę rasti gyvybės šiuo metu žinomose egzoplanetose. Tyrimo rezultatai pristatyti Europos planetų mokslo konferencijoje.
***
Gyvybingos egzoplanetos bus sausos? Tris ketvirčius Žemės paviršiaus dengia vanduo. Toks balansas tarp vandenynų ir sausumos labai naudingas visai gyvybei. Sausuma suteikia pagrindą daugeliui gyvybės formų ir lengvesnę prieigą prie Saulės energijos, o vandenynai palaiko klimato balansą ir drėgmės lygį. Ar galima tikėtis panašių sąlygų ir kitose planetose, kurios būtų tinkamos gyvybei? Pasirodo, visai nebūtinai – Žemė greičiausiai yra retenybė, o daugumą planetų dengia arba beveik vien sausuma, arba beveik vien vanduo. Tokį rezultatą mokslininkai gavo sumodeliavę planetų, panašių į Žemę, plutos evoliuciją. Nors jie darė prielaidą, kad planetos dydis, cheminė sudėtis ir iš žvaigždės gaunamos energijos kiekis labai panašūs, evoliucija pasirodė labai skirtinga. Nuosėdų formavimosi ir vandens užrakinimo mantijoje procesai dažnai susijungia į stiprinančio grįžtamojo ryšio ciklą, dėl kurio planeta nueina į vieną iš dviejų ekstremumu. Vienu – retesniu – atveju planetą beveik visą uždengia vanduo. Žemyninė pluta sudaro tik apie 20% visos plutos, o virš vandens apskritai iškyla tik 10% paviršiaus. Tokios buvo maždaug kas penkta sumodeliuota planeta. Dažnesniu atveju pasiekiama priešinga situacija – žemyninė pluta sudaro 80% visos plutos, o sausuma siekia 70% paviršiaus ploto. Keturios iš penkių planetų buvo tokios. Labiau balansuotos, panašios į Žemę, planetos sudarė mažiau nei vieną procentą visų rezultatų. Klimato modeliai rodo, kad vidutinė planetų temperatūra skiriasi nedaug – apie penkis laipsnius. Sausųjų planetų klimatas būtų šaltesnis ir žymiai sausesnis. Jose greičiausiai būtų daug šaltų dykumų, o iš toli jos atrodytų ne mėlynos, kaip Žemė, bet geltonos. Šie rezultatai padės geriau analizuoti egzoplanetų stebėjimus ir ieškoti gyvybei tinkamų kandidačių. Tyrimo rezultatai pristatyti Europos planetų mokslo konferencijoje.
***
Pagal kai kuriuos teorinius modelius, jei protinga gyvybė Visatoje egzistuoja, ji turėtų būti labai plačiai paplitusi. Tad kodėl nematome jokių jos pėdsakų, išskyrus save pačius? Tai yra Fermi paradokso esmė. Ar yra šansų paradoksą išspręsti be nežemiškos gyvybės atradimo? Galbūt. Apie tai pasakoja John Michael Godier:
***
Smėlio debesys rudojoje nykštukėje. Rudosiomis nykštukėmis vadinami objektai, tarpiniai tarp planetų ir žvaigždžių. Daugiau nei 13 kartų masyvesni už Jupiterį objektai gali vykdyti termobranduolines deuterio ir tričio jungimosi reakcijas, tačiau pagrindinio vandenilio izotopo jungimuisi reikia bent 80 Jupiterio, arba 0,08 Saulės, masių – tada kūnas tampa žvaigžde. Rudųjų nykštukių atmosferose randama labai įvairių junginių, o dabar pirmą kartą aptikti silikatai, tiksliau – smėlis. Atradimas padarytas pasitelkus James Webb kosminį teleskopą, kurio vienas iš tikslų yra beprecedentiškai gerai ištirti planetinės masės objektų atmosferas. Teleskopas nukreiptas į nykštukę VHS 1256-1257 b, kurios masė neviršija 20 Jupiterio masių. Ji yra trinarėje sistemoje su dviem kitomis nykštukėmis, už maždaug 20 parsekų nuo mūsų. Vos per dvi valandas gautas 1-20 mikrometrų bangos ilgio spektras, geresnis už bet kurį ankstesnį šios ar panašių sistemų vaizdą. Kaip ir tikėtasi, atmosferoje aptikta metano, anglies monoksido, natrio, kalio ir vandens garų, taip pat anglies dvideginio požymių. Panašiose rudosiose nykštukėse šie elementai ir junginiai aptikti ir anksčiau, tačiau Webbo duomenys leis geriau išmatuoti jų gausą. Taip pat pirmą kartą aptikti silikatai. Čia jie matomi garų forma, kitaip tariant, nykštukėje yra smėlio ir panašių mineralų debesų. Tai rodo, kad jos gelmėse generuojama pakankamai šilumos, kad tokie mineralai išgaruotų. Rezultatas padės tobulinant rudųjų nykštukių atmosferų modelius. VHS 1256-1257 b spektras ir kitos savybės panašios ir į kai kurių masyvių egzoplanetų, pavyzdžiui HR 8799 c, d ir e – trijų planetų, kurios skrieja aplink vieną žvaigždę pakankamu atstumu, kad galėtume jas nufotografuoti tiesiogiai. Taigi šie rezultatai padės geriau suprasti ir tokių planetų atmosferų įvairovę. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Erelio ūkas daugeliui puikiai žinomas dėl nuotraukos, vadinamos „Kūrinijos stulpais“. Joje vaizduojami trys pailgi tankių dujų telkiniai, yrantys dėl aplinkinių jaunų žvaigždžių spinduliuotė. Čia matome dar vieną panašų stulpą, kartais vadinamą Fėja, nes viršutinė jo dalis primena mažą sparnuotą figūrą. Tiesa, ji tikrai nemaža – stulpas yra maždaug trijų parsekų aukščio. Manoma, kad jis išgaruos per artimiausius 100 tūkstančių metų.
***
Žvaigždžių virpesius lemia jaunystė. Pagrindinis veiksnys, lemiantis žvaigždės evoliuciją, yra jos masė. Masyvesnės žvaigždės šviečia ryškiau ir gyvena trumpiau, termobranduolinės reakcijos jose vyksta kitaip, nei mažose, struktūra irgi skiriasi. Bet dabar paaiškėjo, kad kai kurias žvaigždės savybes lemia ir tai, kaip ji augo. Kiekviena žvaigždė prieš įsižiebdama kaupia medžiagą iš dujų debesies. Ilgą laiką buvo manoma, kad šio proceso detalės neturi įtakos tolesnei žvaigždės raidai, tad ir modeliuose žvaigždės masė būdavo laikoma nekintančia, lygia tai, kurią žvaigždė turi gyvenimo pradžioje – įsižiebdama. Naujojo tyrimo autoriai modifikavo žvaigždžių evoliucijos skaitmeninį modelį ir įvertino, kaip žvaigždė vystosi augant jos masei porą milijonų metų prieš įsižiebimą. Žvaigždės paviršiaus temperatūra ir šviesis, ypač proceso pradžioje, gerokai skyrėsi nuo senesnio modelio prognozių. Be to, naujasis modelis rodo, kad abu parametrai turėtų smarkiai kisti visą masės augimo laiką ir labai priklausyti nuo augimo istorijos. Tai gerai atitinka stebėjimų duomenis, kurie rodo, kad lyg ir panašios gimstančios žvaigždės gali šviesti labai skirtingai ir turėti labai skirtingą temperatūrą. Dar vienas skirtumas, kuris išlieka ir po įsižiebimo – žvaigždės virpesiai. Virpesiai kyla dėl garso bangų, sklindančių žvaigždėje panašiai, kaip seisminės bangos sklinda Žemės gelmėse. Skirtumai nėra dideli, siekia kiek mažiau nei šimtadalį dažnio, apskaičiuoto neatsižvelgiant į augimo istoriją, bet išmatuojami. Taigi tiksliai matuojant virpesių dažnius galima bus daug pasakyti ir apie žvaigždės gimimą bei augimą. Virpesių skirtumo priežastis – žvaigždės masės struktūra. Skirtingai auganti žvaigždė truputį skirtingai susisluoksniuoja, taigi jos tankio priklausomybė nuo atstumo iki centro skiriasi. Virpesių judėjimas labai priklauso nuo tankio, tad pasikeičia ir jų dažnis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.
***
Supernovų prognozavimas. Supernovos yra žvaigždžių sprogimai. Jos nutinka labai staigiai – sprogimo banga žvaigždę suardo per sekundes. Iki šiol jas aptinkame tik atsitiktinai: teleskopai stebi didelius dangaus plotus ir ieško staigiai paryškėjusių arba išvis naujai atsiradusių šviesulių, o tada į juos nukreipiami jautresni prietaisai, kuriais fiksuojamas supernovos šviesio kitimas, spektras ir panašios savybės. Nuo sprogimo momento iki detalių stebėjimų pradžios praeina valandos, kartais net dienos, tad apie pirmuosius sprogimo etapus žinome labai nedaug. Dar mažiau žinome apie žvaigždės evoliuciją prieš pat sprogimą, nes dažniausiai ta žvaigždė būna niekuo neišskirtinė ir informacijos apie ją įmanoma rasti nebent stebėjimų archyvuose. Naujame tyrime bandoma išspręsti abi problemas, modeliuojant žvaigždės evoliuciją paskutinius keletą metų iki sprogimo. Tyrėjai pasinaudojo skaitmeniniu modeliu, skirtu supernovos sprogimo modeliavimui, ir atkūrė žvaigždėje vykstančius procesus. Taip pat jie rėmėsi pastarųjų metų stebėjimais, kurie atskleidė, jog daugelį II tipo supernovų supa tanki aplinkžvaigždinė medžiaga. II tipo supernovos yra masyvių žvaigždžių sprogimai gyvenimo pabaigoje, kai žvaigždės centras kolapsuoja į neutroninę žvaigždę arba juodąją skylę. Aplinkžvaigždinė medžiaga gali būti pačios žvaigždės prieš sprogimą nusimesti išoriniai sluoksniai. Modelio rezultatai rodo, kad toks įvykis įmanomas – tai gali būti apie metus laiko trunkantis išsiveržimas, kurio metu žvaigždės šviesis išauga iki kelių šimtų tūkstančių kartų didesnio, nei Saulės. Panašiai ryškiai šviečia ir didžiausios žvaigždės-milžinės, taigi tiesiog pamačius tokią žvaigždę, būtų sunku atskirti ją nuo tiesiog milžinės. Visgi pastebėję staigų žvaigždės šviesio išaugimą, ypač jei ryškiausias švytėjimas fiksuojamas infraraudonųjų spindulių ruože, galėtume stebėti ją atidžiau. Būtų didelė tikimybė per metus sulaukti sprogimo ir stebėti jį nuo pirmųjų sekundžių ar minučių. Taip galėtume suprasti tiek žvaigždės evoliuciją prieš pat sprogimą, tiek sprogimo pradžią, ir užpildyti dideles spragas dabartiniame supratime apie žvaigždžių mirtį. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Dujų gumulas prie juodosios skylės. Paukščių Tako centrinė supermasyvi juodoji skylė, Šaulio A*, kartais sužimba kelių valandų trukmės žybsniais. Pirmą kartą aptikti prieš kiek daugiau nei 20 metų, šie žybsniai aiškiausiai matomi rentgeno ir infraraudonųjų spindulių ruože, kiek prasčiau – submilimetrinių ir radijo bangų. Geriausiai žybsnių savybes paaiškina modelis, kuriame aplink Šaulio A* juda tankesnės plazmos gumulas. Jo sąveika su magnetiniu lauku sukuria energingą spinduliuotę. Prieš keletą metų infraraudonųjų spindulių stebėjimai atskleidė tokį gumulą, judantį ratu aplink juodąją skylę žybsnio metu labai arti jos įvykių horizonto. Dabar panašus gumulas aptiktas submilimetrinių bangų stebėjimais, dar arčiau juodosios skylės. ALMA teleskopų masyvu stebėdami Šaulio A* 2017 metais, renkant duomenis jos šešėlio nuotraukai, mokslininkai pastebėjo spinduliuotės poliarizacijos pokyčius. Tiesa, ne visada – balandžio 6 ir 7 dienomis jų nebuvo, o balandžio 11 – buvo. Taip pat balandžio 11 dieną užfiksuotas žybsnis rentgeno spindulių ruože. Poliarizacijos pokyčius geriausiai paaiškina plazmos gumulo judėjimas ratu pagal laikrodžio rodyklę, maždaug tokiu atstumu nuo juodosios skylės, kaip Merkurijus nuo Saulės. Vieną ratą gumulas apsuko per 70 minučių ir lėkė maždaug trečdaliu šviesos greičio. Šis atradimas dar tvirčiau susieja žybsnių visuose spektro ruožuose kilmę – jie yra vieno įvykio požymiai. Submilimetrinis vaizdas galimai išryškėja žybsnio pabaigoje, kai plazmos gumulas atvėsta. Tokie stebėjimai taip pat leis dar geriau suprasti juodosios skylės aplinką ir jos gravitacinį lauką, taip patikrinant ir reliatyvumo teorijos prognozes. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.
***
Štai tokios naujienos iš praėjusios savaitės. Kaip įprastai, laukiu jūsų klausimų ir komentarų.
Laiqualasse