Kąsnelis Visatos DLXXVII: Artimi prasilenkimai

Atstumai kosmose, atrodytų, yra dideli. Na, kosminiai. Bet kartais net ir jų nepakanka, kad objektai išsitektų vienas šalia kito. Štai paimkime planetas Saulės sistemoje. Visos sukasi savo beveik apskritiminėmis orbitomis, tačiau jei Asteroidų žiedą pakeistume viena truputį už Žemę masyvesne planeta, per kelis milijonus metų Merkurijus išlėktų lauk iš sistemos. O galbūt ne tik Merkurijus, bet ir Uranas. Didesniais masteliais panašūs išlėkimai gali nutikti kamuoliniuose spiečiuose: žvaigždės, prasilenkdamos su juodosiomis skylėmis, gali įgreitėti iki tūkstančių kilometrų per sekundę ir pabėgti ir galaktikos. Tokio likimo kartais neišvengia net ir supermasyvios juodosios skylės – tiesa, tam reikia, kad šalia pasitaikytų dar masyvesnė. Kitose naujienose – Jupiterio palydovų pašvaistės, netikėtai sferiškas sprogimas iš dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimo ir dar labiau netikėtas atradimas, kad juodųjų skylių masės augimas gali paaiškinti tamsiosios energijos egzistavimą. Gero skaitymo!
***

Marso atmosferos atsiradimas. Po maždaug dešimties metų Europos kosmoso agentūros misija turėtų pargabenti pirmuosius uolienų mėginius iš Marso paviršiaus, kuriuos šiuo metu renka marsaeigis Perseverance. Iki tol mokslininkai, norintys tyrinėti Marso uolienas, turi pasitenkinti arba meteoritais, atlėkusiais iš Raudonosios planetos, arba žemiškomis uolienomis, kurios yra kuo nors panašios į Marso. Naujame tyrime nagrinėjamos uolienos iš Minesotoje esančio Duluth komplekso, kurios atskleidžia Marso uolienų serpentinizacijos procesą ir netgi duoda žinių apie atmosferos atsiradimą. Duluth kompleksas susiformavo prieš 1,1 milijardo metų, kai į paviršių iškilo besikristalizuojanti Žemės mantijos magma. Naujojo tyrimo autoriai pademonstravo, kad kai kurios, daug geležies turinčios, uolienos iš Duluth komplekso sudėtimi labai panašios į Marso meteoritus. Marso uolienas – tiek kai kuriuos meteoritus, tiek Gale kraterio dugną – jos primena ir pagal silicio oksido bei olivino gausą. Duluth komplekso uolienos susidarė serpentinizacijos metu – taip vadinamas procesas, kai į paviršių kylantys mineralai susiduria su vandeniu ir ima formuoti naujus junginius. Serpentinizuojamos uolienos ėmė gaminti daug vandenilio dujų, kurios kartu su uolienomis kilo į paviršių ir galiausiai pasklido atmosferoje. Įdomu, kad šios uolienos vandenilį gamino penkis kartus efektyviau, nei Žemei įprastesni iš mantijos iškilę mineralai peridotitai. Geležimi turtingos serpentinizuotos uolienos, panašu, yra tipinės Marso paviršiuje, taigi galime daryti išvadą, kad jauname Marse formavosi tikrai daug vandenilio dujų. Jos galėjo kurį laiką sukelti stiprų šiltnamio efektą – tai paaiškintų, kaip Marso paviršiuje egzistavo skystas vanduo, nors planetą pasiekė gerokai silpnesnis Saulės šviesos srautas, nei šiandieninę Žemę. Be to, serpentinizacija kartais suformuoja ir organinius junginius – jų įvairovė galėjo pasitarnauti prebiotinės ekosistemos, o gal net ir gyvybės, atsiradimui Marse. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Jupiterio palydovų pašvaistės. Keturi didieji Jupiterio palydovai – Ijo, Europa, Ganimedas ir Kalista – irgi turi pašvaistes. Tą mokslininkai nustatė, atlikę palydovų stebėjimus, šiems esant Jupiterio šešėlyje. Stebint iš Žemės, tiek Jupiteris, tiek jo palydovai visada matomi beveik pilnatyje, todėl regimųjų spindulių diapazone visada dominuoja atspindėta Saulės šviesa. Palydovams slepiantis už Jupiterio, trumpą laiko tarpą juos dar galime matyti, tačiau Saulė jų jau neapšviečia. Būtent tada išryškėja silpna jų pačių spinduliuotė, kurią regimųjų spindulių ruože sudaro pašvaistės. Pašvaistės kyla, kai Jupiterio magnetiniame lauke įgreitintos elektringos dalelės – daugiausiai elektronai ir protonai – sąveikauja su retu dujų apvalkalu, gaubiančiu palydovus. Apvalkalas nėra pastovus ir nuolatinis, todėl vadinamas ne atmosfera, bet egzosfera. Europos, Ganimedos ir Kalistos pašvaistėse dominuoja deguonies kuriama žalia pašvaistė. Retose dujose už žalią ryškesnė tampa raudona pašvaistė, kuri Žemėje matoma gerokai silpniau. Taip pat deguonis nušvinta ir infraraudonųjų spindulių diapazone, bent jau aplink Europą ir Ganimedą. Ijo pašvaistė kiek kitokia: stiprus vulkanizmas paskleidžia natrio ir kalio chloridų, kurie sukuria geltonai-oranžinę ir infraraudoną pašvaistes. Pašvaisčių spinduliuotės spalva ir intensyvumas leidžia įvertinti palydovų egzosferų tankį ir cheminę sudėtį. Kartais įdomu ir tai, ko nerandama: pavyzdžiui, nei vieno palydovo pašvaistėje neaptikta vandens garų pėdsakų. Anksčiau buvo manoma, kad tris ledu padengtus palydovus, o ypač Europą, turėtų gaubti šios molekulės, bet matomai tokia interpretacija nebuvo teisinga. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose The Planetary Science Journal: ledinių mėnulių pašvaistės, Ijo pašvaistė.

***

Saturno žiedų spygliai. Saturnas, kaip ir Žemė, turi metų laikus. Tiesa, kiekvienas iš keturių trunka apie septynerius Žemės metus, nes Saturnas aplink Saulę skrieja net 28-erius. Dar devintame praeito amžiaus dešimtmetyje, skrisdami pro šalį, Voyager zondai pastebėjo keistus tamsius dryžius planetą juosiančiuose žieduose; vėliau, ypač Cassini misijos dėka, nustatyta, kad jie atsiranda apie lygiadienius, o vėliau išnyksta. Šiaurinio Saturno pusrutulio rudens lygiadienis įvyks 2025-ųjų gegužę, bet spygliai ima atsirasti jau dabar – tą rodo Hablu pernai rugsėjį daryta nuotrauka. Praeitas „spyglių sezonas“ vyko apie 2009-uosius – tada juos detaliai stebėjo Cassini zondas. Bet dabar Cassini darbą jau baigė, taigi belieka pasitenkinti Hablo gaunamomis nuotraukomis. Jos padeda geriau apibrėžti, kada prasideda ir kada baigiasi spyglių sezonas, nes kol kad šito numatyti mokslininkai negali. Taip pat neaiški ir spyglių prigimtis. Žinome, kad jie susideda iš mažyčių ledo grumstelių ir dulkių, kurie pakyla nuo žiedų ir nulekia tolyn nuo planetos, bet kodėl šis procesas apskritai vyksta bei kodėl jam įtakos turi planetos padėtis Saulės atžvilgiu – nežinia. Greičiausiai grumstelių ir dulkių judėjimui svarbus Saturno magnetinis laukas, tačiau detalės lieka neaiškios. Tokie stebėjimai, kaip naujieji Hablo duomenys, padės patikrinti įvairius teorinius spyglių atsiradimo modelius. Plačiau skaitykite NASA pranešime spaudai.

***

O jei turėtume superžemę? Egzoplanetų būna labai įvairių – kai kurios panašios į esančias Saulės sistemoje, kitos – ne. Viena rūšis, kurios Saulės sistemoje neturime, yra superžemės: uolinės planetos, kurių masė viršija mūsiškės. Tuo tarpu kitose planetinėse sistemose tai yra viena dažniausių planetų rūšių. Kai kurie mokslininkai mano, kad dėl superžemės nebuvimo kaltas Jupiteris: būtent didžiausios planetos migracija – iš pradžių artyn prie Saulės, o vėliau tolyn nuo jos – išbarstė uolienas, kurios galėjo leisti Marsui išaugti iki superžemės arba tokiai planetai susidaryti ten, kur dabar yra Asteroidų žiedas. Naujame tyrime nagrinėjama, kas nutiktų kitų planetų orbitoms, jei Asteroidų žiedo vietoje turėtume superžemę. Pasitelkus skaitmeninius modelius išnagrinėta, kaip keistųsi planetų orbitos per 10 milijonų metų, jei 2-4 astronominių vienetų atstumu nuo Saulės atsirastų 1-10 kartų už Žemę masyvesnė planeta. Astronominis vienetas (AU) yra vidutinis atstumas tarp Saulės ir Žemės; 2 AU – Asteroidų žiedo vidinė riba, išorinė riba ne tokia aiški ir yra tarp 3,2 ir 4 AU. Egzistuoja daugybė galimybių šiame regione įterpti skirtingos masės planetas, o ir jų poveikis gali labai skirtis, net ir esant nežymiems pradinių sąlygų skirtumams. Visgi kai kurios tendencijos pasirodė gana tvirtos: superžemės egzistavimas greičiausiai destabilizuotų planetų orbitas. Didžiausias pavojus kyla Merkurijui: daugelyje modelių ši planeta išvis išmetama iš Saulės sistemos. Tiesa, poveikis Merkurijui nėra tiesioginis; planetą išsviedžia kone neišvengiamas artimas prasilenkimas su Venera arba Žeme, kurių orbitos taip pat ištempiamos į elipsines. Kartais lauk išsviedžiamos ir šios planetos ir netgi Marsas, bet net jei taip nenutinka, jų orbitos tampa daug labiau elipsinės, nei dabar, o tai radikaliai pakeistų planetų klimatą. Paveikiamos ir išorinių planetų orbitos, ypač jei superžemė įdedama arti išorinės nagrinėto regiono ribos. Nors ir daug mažesnės masės už dujines milžines, ji turi pakankamą poveikį, kad ištemptų didžiųjų planetų orbitas į elipses, o kai kuriais atvejais gali netgi išmesti lauk Uraną. Tokie rezultatai – kiek netikėti, turint omeny, kad superžemės dažnai randamos sistemose su kitomis planetomis. Iš kitos pusės, gali būti, kad jei superžemė būtų susiformavusi kartu su kitomis planetomis, jų orbitos sugebėtų stabilizuotis. Visgi verta turėti omeny, kad superžemės gravitacija gali padidinti aplinkinių planetų orbitų elipsiškumą – tai svarbu, vertinant galima egzoplanetų klimatą ir tinkamumą gyvybei. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Planetinių sistemų konfigūracijos. Saulės sistema tam tikra prasme yra labai tvarkinga: arti žvaigždės skrieja mažos uolinės planetos, didesniu atstumu – didelės dujinės. Kitaip tariant, planetų masė, tolstant nuo žvaigždės, linkusi augti (žinoma, su išimtimis – Marsas mažesnis už Žemę, o Jupiteris nėra tolimiausia planeta). Iki atrandant pirmąsias egzoplanetas, mokslininkai galvojo, kad tokia tendencija turėtų galioti ir kitose planetinėse sistemose. Jau pirmieji atradimai parodė, kad būna ir kitaip, o Keplerio teleskopas nuo 2009 metų atskleidė išvis didžiulę planetinių sistemų konfigūracijų įvairovę. Dabar grupė mokslininkų išnagrinėjo visas daugiau nei 800 sistemų, kuriose žinome esant po daugiau nei vieną planetą, bei daugybę skaitmeninių planetų formavimosi modelių, ir nustatė, kad sistemas galima sudalinti į keturias grupes pagal konfigūracijas. Saulės sistema turi „išrikiuotą“ konfigūraciją. Kai kurios sistemos turi priešingą, „anti-išrikiuotą“ konfigūraciją, kur planetų masė mažėja, tolstant nuo žvaigždės. Dar kitos turi „panašią“ konfigūraciją, kai visų planetų masės panašios viena į kitą. Galiausiai kai kurios sistemos yra „maišytos“ – planetų masės, tolstant nuo žvaigždės, neseka jokia tendencija. Tarp žinomų sistemų gausiausia grupė yra „panaši“ – tokios sistemos sudaro apie 80% visų modelių ir apie 60% stebimų. O štai „anti-išrikiuota“ konfigūracija pasirodė esanti rečiausia – realių sistemų su šia konfigūracija neaptikta išvis, modeliuose jos pasitaiko apie 5% atvejų. Išrikiuotos ir maišytos sistemos modeliuose aptinkamos apie 10% atvejų, o tarp stebimų sistemų išrikiuotos sudaro arti 40%, maišytos – apie 5%. Skirtumai tarp modelių ir stebėjimų greičiausiai reiškia, kad kai kurias sistemas aptikti daug sunkiau, nei kitas. Ir tikrai: išrikiuotoje sistemoje toli nuo žvaigždės yra masyvios planetos, kurias aptikti lengviau, tuo tarpu anti-išrikiuotoje – mažos, kurias aptikti sunku. Modeliai taip pat atskleidė, kaip formuojasi skirtingų konfigūracijų planetinės sistemos. „Panašios“ konfigūracijos sistemos formuojasi iš mažos masės protoplanetinių diskų, kurių bendra kietųjų medžiagų (dulkių) masė neviršija vienos Jupiterio masės. Masyvesni diskai duoda pradžią kitoms trims konfigūracijoms; kuo daugiau sistemoje įvyksta artimų sąveikų tarp planetų, tuo daugiau šansų, kad ji taps išrikiuota arba anti-išrikiuota. Dar viena tendencija siejasi su žvaigždės chemine sudėtimi: kuo joje mažiau elementų, sunkesnių už helį, tuo daugiau šansų gauti „panašios“ konfigūracijos sistemą, tuo tarpu didelis šių elementų kiekis veda prie išrikiuotos arba anti-išrikiuotos sistemos. Maišytos konfigūracijos nusistovi prie vidutinių žvaigždžių. Šie rezultatai duoda nemažai prognozių apie planetinių sistemų konfigūracijas, masės, spindulio ir tankio sąryšius, kurias bus galima patikrinti remiantis naujais planetinių sistemų atradimais ar atradus naujas planetas jau žinomose sistemose. Jei prognozės pasitvirtins, sistemų konfigūracijų analizė gali tapti puikiu įrankiu įvertinti planetinės sistemos formavimosi istoriją, žinant vien šiandienines jos savybes. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics: konfigūracijų klasifikavimas, jų atsiradimas.

***

Kokiais būdais galėtume aptikti nežemišką protingą civilizaciją? Greičiausiai per technopėdsakus – signalus, kuriuos po kosmosą paskleidžia jų technologijos. Gali būti, kad matomiausi technopėdsakai yra milžiniški teleskopai ir dalelių greitintuvai. Apie juos pasakoja John Michael Godier:

***

Kamuoliniai spiečiai išsviedžia žvaigždes iš Galaktikos. Kamuoliniai spiečiai yra didžiuliai – dešimčių ar net šimtų tūkstančių – žvaigždžių telkiniai. Paukščių Take jų priskaičiuojama bent 150. Žvaigždžių koncentracija spiečiuje, ypač jo centre, labai didelė – į kubinį parseką ten telpa tūkstančiai žvaigždžių. Palyginimui Saulės aplinkoje kubiniam parsekui tenka maždaug viena žvaigždė. Kur daug žvaigždžių, ten dažni ir artimi jų prasilenkimai, kurių metu žvaigždės gali labai įgreitėti. Jei prasilenkia dvi žvaigždės, toldamos viena nuo kitos jos ir sulėtėja. Jei žvaigždė prasilenkia su dvinare sistema, vienas iš trijų objektų gali būti išsviedžiamas tolyn dideliu greičiu. O jei dvinarė yra iš kompaktikų žvaigždžių liekanų – baltųjų nykštukių, neutroninių žvaigždžių arba juodųjų skylių – pagreitėjimas gali siekti netgi kelis tūkstančius kilometrų per sekundę. Tokią išvadą gavo mokslininkai, atlikę labai detalius tokių sąveikų skaičiavimus. Kamuolinių spiečių centruose randamos juodųjų skylių sankaupos. Žvaigždės, lekiančios pro šalį, gali pagreitėti net iki 2000 km/s. Tokio greičio pakanka, kad jos pabėgtų ne tik iš spiečiaus, bet ir iš Paukščių Tako – jos tampa hipergreitosiomis žvaigždėmis. Pirmoji hipergreitoji žvaigždė aptikta 2005 metais, o šiuo metu jų žinoma keli šimtai. Įprastai manoma, kad jos atsiranda, kai dvinarė žvaigždė priskrenda per arti centrinės supermasyvios juodosios skylės ir yra suardomos. Pirmųjų žvaigždžių trajektorijos tikrai rodė jas lekiant iš Paukščių Tako centro, bet vėliau atrasta ir kitokių, kurios aiškiai niekada nebuvo arti centro. Naujojo tyrimo autoriai nustatė, kad bent dalies šių žvaigždžių kelionė greičiausiai prasidėjo būtent kamuoliniuose spiečiuose. Jų teigimu, žvaigždžių prasilenkimai spiečiuose gali sukurti iki 1% visų hipergreitųjų žvaigždžių ir iki 20% žvaigždžių-pabėgėlių, kurios juda greičiau, nei tipiškai žvaigždės Galaktikoje, bet nepakankamai greitai, kad pabėgtų iš jos. Nors skaičiai nėra dideli, jie pakankamai reikšmingi, kad būtų verta atsižvelgti į tokią galimybę nagrinėjant hipergreitąsias žvaigždes ateityje. Be to, atradus iš spiečių išlėkusias hipergreitąsias žvaigždes daugiau sužinosime ir apie pačius spiečius. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Automatinė rentgeno šaltinių klasifikacija. Šiuolaikinė astronomija pasižymi milžiniškais duomenų kiekiais. Įvairiausi teleskopai daugmaž automatiškai stebi dangų, fiksuoja objektus ir pateikia duomenis standartizuotais formatais, dažnai prieinamus visai astronomų bendruomenei ir kitiems norintiems. Analizuoti šiuos duomenis vien astronomų darbo laiko nepakanka. Prieš keliolika metų problemą spręsti ėmėsi vienas po kito dygstantys „piliečių mokslo“ projektai, kur įvairios analizės užduotys patikimos entuziastams mėgėjams. Pastaruoju metu vis daugiau analizės atliekama pasitelkiant mašininio mokymo algoritmus. Dabar pristatytas dar vienas, skirtas automatinei rentgeno spinduliuotės šaltinių klasifikacijai. Rentgeno spindulius skleidžia įvairūs objektai, nuo aktyvių galaktikų brranduolių iki jaunų masyvių žvaigždžių. Kiekvienas objektų tipas pasižymi šiek tiek skirtingu rentgeno spektru, o įtraukus kitus bangų ruožus, spektrai tampa dar skirtingesni. Visgi peržiūrėti kiekvieno šaltinio spektrą ir priskirti jį kuriai nors iš kategorijų užima daug laiko. Tad tyrimo autoriai apmokė mašininio mokymo algoritmą, kad priskirtų šaltinius vienai iš aštuonių kategorijų automatiškai. Pritaikytas beveik 300 tūkstančių šaltinių katalogui iš Chandra rentgeno spindulių teleskopo, apjungtam su regimųjų ir infraraudonųjų spindulių duomenimis, algoritmas gerai identifikavo 93% objektų. Dauguma šaltinių yra aktyvūs galaktikų branduoliai, po jų seka įvairios žvaigždės, besiformuojančios žvaigždės, keturių tipų dvinarės žvaigždės ir pulsarai. Ateityje algoritmą bus galima pritaikyti ir kitiems rentgeno duomenų katalogams. Tokia priemonė gerokai pagreitins rentgeno duomenų analizę ir leis mokslininkams koncentruotis į vieno tipo šaltinių lyginimą bei savitumų ieškojimą, nesivarginant su atskyrimu. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

Labai sferiškas sprogimas. Sferinė simetrija – dažnai astronomų naudojamas supaprastinimas, siekiant suvokti pačius kokio nors reiškinio pagrindus. Vėliau, išsiaiškinus esmę, galima eiti prie sudėtingesnių modelių, kuriuose atsižvelgiama į reiškinio geometriją. Kai kurių procesų geometrija numanoma esanti tokia nesferiška, kad į sferinius modelius apskritai nelabai kreipiamas dėmesys. Pavyzdžiui, dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimas: nors kiekviena žvaigždė atskirai yra daugmaž sferiška, jų susidūrimas ir kylantis sprogimas turėtų turėti aiškią asimetriją: išilgai pradinės orbitos ašies medžiaga turėtų judėti gerokai kitaip, nei orbitos plokštumoje. Bet realybė dažnai nustebina: detaliausia tokio susidūrimo analizė parodė, kad sprogimo banga plėtėsi visiškai sferiškai. Neutroninių žvaigždžių susijungimas, aptiktas 2017 metų rugpjūtį, yra išsamiausiai ištirtas toks reiškinys, mat jis buvo stebimas ir visame elektromagnetinių bangų diapazone, ir gravitacinėmis bangomis. Jis žinomas katalogo numeriais AT2017gfo (kaip sprogimas) ir GW170817 (kaip gravitacinių bangų signalas). Sprogimas, vadinamas kilonova, ir jo padariniai reguliariai sekami praktiškai iki šių dienų. Naujojo tyrimo autoriai ištyrė spektro linijų formas bei cheminio elemento stroncio jonizuotos būsenos pasiskirstymą sprogimo aplinkoje. Abiem metodais gautas rezultatas, kad sprogimo banga plinta visiškai sferiškai. Stroncio pasiskirstymas prieštarauja ir kitam tokių reiškinių modelių rezultatui. Modeliai rodo, kad jungiantis neutroninėms žvaigždėms susidaro gausybė įvairių elementų, sunkesnių už geležį, bet skirtingi elementai susidaro skirtingose sprogimo vietose, tad jų pasiskirstymas turėtų būti dar labiau nesferiškas, nei bendra sprogimo banga. Kaip paaiškinti tokį rezultatą, kol kas nežinia. Tyrimo autoriai iškėlė hipotezę, jog vos susijungus neutroninėms žvaigždėms, jos kuriam laikui suformavo išskirtinai masyvią neutroninę žvaigždę, kuri, prieš kolapsuodama į juodąją skylę, išspinduliavo didžiulį energijos pliūpsnį. Toks pliūpsnis nustelbė likusį energijos indėlį iš pradinio, nesferiško, sprogimo etapo. Jei neutroninių žvaigždžių susiliejimai tikrai sukelia sferiškai simetriškus sprogimus, juos būtų galima panaudoti kosminių atstumų matavimui: bendra energija, išmetama sprogimo metu, yra žinoma, o sferinė simetrija reiškia, kad energija visomis kryptimis išspinduliuojama vienodai. Tad išmatavę sprogimo šviesos srautą Žemėje, galėtume labai tiksliai nustatyti atstumą iki jo. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Skersėta galaktika NGC 1365. Šaltinis: NASA, ESA, CSA, Janice Lee (NOIRLab), duomenų apdorojimas: Alyssa Pagan (STScI)

Paukščių Takas yra skersėta galaktika – centre turi pailgą žvaigždžių ir dujų struktūrą, vadinamą skerse. Gali būti, kad iš toli jis atrodo panašus į šį vaizdą. Čia matome NGC 1365, už 17 megaparsekų esančią galaktiką. Tiesa, ji už mūsiškę didesnė maždaug dvigubai. Be to, NGC 1365 gana sparčiai formuoja žvaigždes: visos raudonos dėmės šioje infraraudonųjų spindulių nuotraukoje yra žvaigždėdaros regionai, kur jaunų žvaigždžių šviesa sušildo aplinkines dujas. Galaktikos centre žvaigždėdara ypatingai sparti, mat skersė padeda dujoms migruoti tenlink ir susikaupti į tankų žiedą.

***

Pabėgusi supermasyvi juodoji skylė. Supermasyvios juodosios skylės randamos galaktikų centruose. Nors ir gerokai mažesnės masės, nei visa galaktika, juodoji skylė yra masyvesnė už aplinkines žvaigždes ar dujų debesis, todėl sąveikos su šiais objektais jos neišjudina iš centrinės padėties gravitacinio „šulinio“ gilumoje. Bet dviejų, o dar labiau – trijų supermasyvių juodųjų skylių tarpusavio sąveika gali jas išspirti taip stipriai, kad jos išlekia net iš galaktikos. Bent jau taip prognozuoja teoriniai modeliai. Dabar pirmą kartą aptiktas galimas tokio išspyrimo padarinys. Hablo teleskopo nuotraukoje mokslininkai netikėtai aptiko labai tiesią dujų juostą, tarsi rodančią kompaktiškos žvaigždes sparčiai formuojančios galaktikos link. Tiek galaktikos, tiek juostos šviesa iki mūsų keliavo pusaštunto milijardo metų, taigi daugiau nei pusę dabartinio Visatos amžiaus. Juosta driekiasi maždaug 62 kiloparsekus – dvigubai daugiau, nei Paukščių Tako skersmuo. Jos dujos skleidžia daug energingų spektro linijų, rodančių, kad ten yra jaunų žvaigždžių ir įvairių smūginių bangų. Žvaigždžių spinduliuotė kinta išilgai juostos – kuo arčiau galaktikos, tuo žvaigždės senesnės. Tokį poveikį galėjo turėti pro dujas, supančias galaktiką, lekianti supermasyvi juodoji skylė. Jos gravitacija pritraukė dujas artyn ir sukūrė tankią bangą už savęs. Bangoje dujos, artėjančios iš priešingų pusių ašies link, susidūrė; tai sukėlė smūgines bangas, sutankino dujas ir paskatino žvaigždžių formavimąsi. Panašu, kad iš galaktikos juodoji skylė išlėkė prieš 39 milijonus metų ir lekia maždaug 1600 km/s greičiu. Toks greitis tikrai pakankamas juodajai skylei pabėgti iš galaktikos – pabėgimo greičiai būna šimtų kilometrų per sekundę eilės. Kaip juodoji skylė galėjo įgauti tokį greitį? Tyrimo autorių teigimu, labiausiai tikėtinas scenarijus yra trijų supermasyvių juodųjų skylių sąveika. Kadaise – gal net milijardą metų anksčiau, nei stebime galaktikos vaizdą – susijungė dvi galaktikos, o jų juodosios skylės sukrito į centrą ir suformavo ilgaamžę porą. Vėliau – gal šimtą milijonų metų iki stebimo vaizdo – įvyko dar vienas galaktikų susiliejimas, po kurio į centrą atlėkė dar viena supermasyvi juodoji skylė. Trims panašios masės kūnams sąveikaujant, dažnai nutinka taip, kad vienas iš jų – paprastai mažiausios masės – išsviedžiamas lauk, ir gali išlėkti labai dideliu greičiu. Judesio kiekio tvermės dėsnis sako, kad tokį patį judesio kiekį, tik nukreiptą priešinga kryptimi, turėjo įgyti ir likusių dviejų juodųjų skylių pora. Ir tikrai, į priešingą pusę nuo galaktikos galima įžiūrėti trumpesnę ir blausesnę dujų juostą, kurią galėjo sukurti pro dujas skriejanti lėtesnė juodoji skylė ar jų pora. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip vyksta galaktikų susiliejimai ir po jų sekantys juodųjų skylių susiliejimai. Ateityje, atradę daugiau panašių pavyzdžių, gal net galėsime juos panaudoti reliatyvumo teorijos prognozių patikrinimui. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodosios skylės paaiškina tamsiąją energiją? Pačioje praeito amžiaus pabaigoje astronomai išsiaiškino, kad Visata plečiasi greitėdama, bent jau paskutinius penkis milijardus metų. Greitėjimą matematiškai gali paaiškinti papildoma Visatos energijos dedamoji, nekintanti per visą jos gyvavimo laiką. Ankstyvaisiais laikais ji buvo nereikšminga, mat materijos ir spinduliuotės tankis, taigi ir energijos dedamoji, buvo daug didesnės, nei dabar. Vėliau materija ir spinduliuotė praretėjo, Visatai plečiantis, o papildoma dedamoji nepakito ir tapo dominuojančia. Ši dedamoji praminta „tamsiąja energija“, bet jos prigimties iki šiol nežinome. Naujame tyrime pateikiamas gana radikalus pasiūlymas: tamsiąją energiją sudaro juodosios skylės. Idėja kilo po to, kai mokslininkai išnagrinėjo, kaip kito juodųjų skylių masė masyviose elipsinėse galaktikose per paskutinius 11 milijardų metų. Šiose galaktikose praktiškai nebevyksta žvaigždėdara ir nėra dujų, tad juodosioms skylėms beveik nėra iš ko augti. Visgi jų masė per paskutinius 6,5 milijardo metų vidutiniškai išaugo apie septynis kartus, o per 11 milijardų – net 20 kartų. Tokio augimo neįmanoma paaiškinti vien galaktikų susiliejimais, mat nagrinėjamų galaktikų imčių žvaigždžių masė praktiškai vienoda, taigi pačios galaktikos nedidėjo. Galimas paaiškinimas yra daug labiau fundamentalus: juodosios skylės auga kartu su Visatos plėtimusi. Tokį rezultatą duoda vienas įmanomas reliatyvumo teorijos lygčių sprendinys (metrika), aprašantis juodąsias skyles besiplečiančioje medžiagos kupinoje Visatoje. Geriau žinomi Schwarzschildo ir Kerro sprendiniai tinka tik statiškame vakuume. Besiplečiančios Visatos sprendinyje yra vienas laisvas parametras – ryšio tarp Visatos plėtimosi ir juodųjų skylių masės stiprumas. Jei stiprumas nulinis, gauname Kerro sprendinį – juodosios skylės, Visatai plečiantis, neauga. Jei stiprumas lygus vienetui, juodosios skylės masė auga proporcingai Visatos mastelio parametrui. Išanalizavę turimus juodųjų skylių duomenis, mokslininkai nustatė, kad labiausiai tikėtinas ryšio stiprumas yra lygus 3, taigi juodųjų skylių masė auga kaip Visatos mastelio parametro kubas. Įdomu, kad materijos tankis Visatoje mažėja atvirkščiai proporcingai mastelio parametro kubui, mat mastelio parametras nurodo linijinį Visatos dydį, o jo kubas – tūrio pokytį. Taigi juodųjų skylių masės tankis Visatoje išlieka pastovus. Tvermės dėsniai rodo, kad šis ryšys pasireiškia neigiamu slėgiu, kitaip tariant, stumiančia jėga. Būtent taip elgiasi tamsioji energija. Maža to, apskaičiuota juodųjų skylių kuriamo neigiamo slėgio vertė labai gerai atitinka tą, kurios reikia paaiškinti greitėjančiam Visatos plėtimuisi. Jei ši idėja pasirodytų esanti teisinga, tai labai supaprastintų kosmologiją: atsirastų fundamentalus fizikinis tamsiosios energijos paaiškinimas, taigi nereikėtų jokių egzotiškų fizikos dėsnių praplėtimų. Iš kitos pusės, labai gali būti ir taip, kad nagrinėjant juodųjų skylių masės augimą buvo neatsižvelgta į kokį nors veiksnį, kuris masės pokytį paaiškintų be reliatyvistinių efektų. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose: juodųjų skylių masės augimas The Astrophysical Journal, ryšys su tamsiąja energija The Astrophysical Journal Letters.

***

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

Laiqualasse

2 komentarai

  1. Ar konstantos mėnesį neskaičiau, ar kame reikalas, bet dvi paskutinės naujienos labai įdomios pasirodė, vienos įdomiausių per visą skaitymo laikotarpį. Tik va klausimų iškilo. Jeigu pirmoji super masyvi juodoji skylė išskriejo iš galaktikos, o kitos dvi nujudėjo į kitą pusę tik lėčiau, tai reiškia, jog galaktika liko be savo centrinių super masyvių juodųjų skylių?

    O dėl paskutinės naujienos : D tai stogą neša. Jeigu tai tiesa, juk skamba kaip dešimtmečių atradimas. Tik nesuprantu kai ko – tai kas pirmiau, višta ar kiaušinis – kas pirmiau juodųjų skylių augimas plečia visatą ar visatos plėtimasis augina juodąsias skyles? O kaip dabar su juodųjų skylių garavimu ir hawking’o radiacija mirštant visatai. Pirmuoju atveju garuojant skylėms ir jos mažės ir dėl to visata pradės trauktis? Antruoju atveju, jeigu juodosios skylės niekada neišnyks, jos tik didės iki begalybės?

    1. Taip, galaktika kuriam laikui liko be centrinės juodosios skylės. Tos dvi, kurios neišlėkė taip greitai, turėtų būti daug masyvesnės, todėl neturėtų pabėgti iš galaktikos ir galiausiai nuskęs atgal į centrą.

      Dėl juodųjų skylių ir tamsiosios energijos tai labai daug kas netiki tuo atradimu, sako, kad čia selekcijos efektai sukėlė tą menamą masių augimą. Bet jei tai visgi tiesa – taip, būtų nemenka revoliucija. Ir taip, JS turėtų augti iki begalybės, nes šitas augimas greitesnis, nei garavimas dėl Hawkingo spinduliuotės, bent jau astrofizikinių dydžių JS.

Komentuoti: Laiqualasse Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.