Kąsnelis Visatos DXCII: Garai

Kas yra garas, žinome visi. Matome garus tiek kylančius iš verdančio virdulio, tiek besiveržiančius iš burnos šaltą dieną. Kosmose garų irgi būna, ir pačių įvairiausių, net ir tokių, kurių taip iš pirmo žvilgsnio nepavadintume. Pavyzdžiui, Mėnulio dulkės gali pakilti tarsi garai, ten leidžiantis kosminiams laivams, ir pažeisti kitų erdvėlaivių korpusus. Kosminiai spinduliai gali garinti medžiagas šaltų objektų paviršiuje, paskatinti chemines reakcijas juose ir sukurti daugybę įvairiausių junginių. Aktyvaus branduolio garinami debesys Galaktikos centre gali virsti siūlais, kuriuos tik dabar pavyko aptikti. O gravitacija, pasirodo, gali leisti išgaruoti įvairiems objektams – ne tik juodosioms skylėms. Kitose naujienose – Kinijos kosminiai planai, šalti jupiteriai prie mažų žvaigždžių ir masyvių ankstyvų galaktikų paaiškinimas. Gero skaitymo!

***

Nauja Kinijos kosminė įgula. Praeitą antradienį į kosmosą sėkmingai pakilo nauja Kinijos taikonautų įgula. Po šešių valandų jie sėkmingai prisišvartavo prie Kinijos kosminės stoties Tiangong. Įgulą, jau penktąją, kaip įprastai sudaro trys taikonautai. Pirmą kartą tarp jų yra ir civilis. Tiangong stotis, veikianti jau dvejus metus, o nuo pernai birželio ir nuolat turinti įgulą, yra Kinijos atsakas Tarptautinei kosminei stočiai. Prie pastarosios Kinija negali prisidėti dėl JAV draudimų bendradarbiauti su Kinija karinių technologijų, įskaitant ir kosmines, srityje. Taigi jau daugiau nei du dešimtmečius Kinija vysto nepriklausomą kosmoso programą, o pastaruoju metu pasiekė ne vieną reikšmingą rezultatą. Pirmasis kino taikonauto skrydis į kosmosą nutiko 2003 metais, o pirmoji kosminė stotis veikė nuo 2011 metų. Dabartinė Tiangong yra jau trečioji stotis; jos darbas planuojamas ilgam. Vienas iš stoties tikslų – pasirengimas žmonių skrydžiams į Mėnulį, kuriuos Kinija ketina surengti apie 2030 metus. Tokį planą Kinijos atstovai pakartojo ir šio skrydžio proga. Taip pat jie papasakojo apie kitus stoties planus: dar bent vienas modulis greta trijų dabartinių, bei užsienio partnerių įtraukimas į stoties mokslinius projektus. Kokie tai partneriai – kol kas neaišku; prieš keletą metų buvo daug kalbama apie bendradarbiavimą su rusija, bet pastaruoju metu dėl suprantamų priežasčių kalbos kiek pritilo. Ar, ir kaip, situacija pasikeis iki dešimtmečio pabaigos, parodys laikas.

***

Nusileidimų Mėnulyje pavojus erdvėlaiviams. Per artimiausią dešimtmetį Mėnulyje leisis ne vienas didžiulis erdvėlaivis. Tiek NASA Artemis programa, tiek Kinija (žr. aukščiau) planuoja ne tik nuskraidinti žmones į palydovą, bet ir įrengti nuolatines tyrimų stotis. Tam reikės gausybės išteklių – žinoma, dalį jų galima bus pasigaminti tiesiai Mėnulyje, bet toli gražu ne visus. Taigi ir kosminių skrydžių reikės daug. Kiekvieno nusileidimo Mėnulyje metu į viršų bus pakeliama daugybė paviršinių dulkių – regolito. Mėnulio gravitacija – silpna, o atmosferos nėra apskritai, taigi dulkės gali lėkti labai toli. Maža to, regolito granulės yra labai aštrios ir turi elektrinį krūvį, todėl prie visko kimba bei braižo paviršius. Visi šie veiksniai didina pavojų orbitiniams zondams, mat jie nėra pritaikyti sąveikai su tankiais dalelių srautais, tokiais, kaip Žemės atmosfera. Naujame tyrime bandoma šį pavojų įvertinti kiekybiškai. Pasinaudodami skaitmeniniais modeliais, eksperimentais specialiai įrengtose kamerose paraboline trajektorija skriejančiuose lėktuvuose bei nuotraukomis iš Apollo ir įvairių robotinių misijų, tyrėjai apskaičiavo, kokį greitį gali įgyti regolito dalelės, pučiamos erdvėlaivio išmetamųjų dujų, ir kaip aukštai bei toli jos nukeliauja. Jie įvertino poveikį dviem galimiems orbitoje skrendantiems objektams: Lunar Gateway kosminei stočiai bei arti paviršiaus skrendančiam erdvėlaiviui. Lunar Gateway (Mėnulio vartų) stotis turėtų skraidyti praktiškai ašigaline orbita aplink Mėnulį, nutoldama nuo jo dideliu atstumu, niekada nepriartėdama arčiau nei 1500 kilometrų nuo paviršiaus, ir tai tik virš šiaurinio ašigalio, prie kurio nusileidimų bus daug mažiau. Visgi ir ją pasieks iki dešimčių tūkstančių dalelių į kvadratinį metrą regolito srautas po kiekvieno nusileidimo. Tai nėra daug ir pačios stoties struktūrai pavojaus nekelia, bet jautrius elektroninius prietaisus gali pažeisti. Tuo tarpu žemojoje Mėnulio orbitoje – 110 km aukštyje virš paviršiaus – skrendantis erdvėlaivis gali susidurti su šimtų milijonų dalelių į kvadratinį metrą srautu. Toks vėjas gali subraižyti iki 4% stiklinių paviršių. Taigi užtenka praktiškai vieno skrydžio pro regolito vėją, kad išeitų iš rikiuotės dauguma jautrių kamerų objektyvų ir panašių prietaisų. Aišku, pavojingiausias srautas sutinkamas tik tuo atveju, jei erdvėlaivis skrenda labai nepalankia trajektorija ir pasipainioja tiesiai ties kylančiu debesiu. Taigi didžiausių nemalonumų būtų galima išvengti koordinuojant skrydžio trajektorijas ir nusileidimų laiką. Tą padaryti gali būti sudėtinga, kai Mėnulyje vienu metu dirbs kelių kosmoso agentūrų ir privačių kompanijų erdvėlaiviai bei nusileidimo moduliai. Iš kitos pusės, be tokių susitarimų Mėnulio misijos bus daug brangesnės, sudėtingesnės ir pavojingesnės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Saulės magnetinio lauko formavimasis. Saulės aktyvumą lemia magnetiniai procesai žvaigždėje. Visa magnetinių reiškinių įvairovė kyla dėl Saulės dinamo, kuris skirstomas į du tipus: didelio ir mažo mastelio. Mažo mastelio dinamas kyla dėl gana chaotiško magnetinio lauko linijų tampymosi turbulentiškoje plazmoje. Saulės plazma tikrai yra turbulentiška – tą puikiai atskleidžia granulės, kuriose karšta plazma kyla į paviršių – tačiau iki šiol nebuvo aišku, ar to pakanka mažo mastelio dinamui formuotis. Nagrinėjant šį procesą įvairiuose eksperimentuose bei skaitmeniniais modeliais pastebėta, kad dinamas tuo stipresnis, kuo aukštesnis vadinamasis Prandtlo skaičius. Šis skaičius nurodo terpės klampos ir magnetinio lauko sklaidymosi santykį. Iki šiol visi bandymai modeliuoti Saulės magnetinį lauką ir susijusius reiškinius buvo atliekami su Prandtlo skaičiumi lygiu vienetui ar daugiau, tačiau stebėjimai rodo, kad šis parametras mūsų žvaigždėje yra bent 10 tūkstančių kartų mažesnis. Taigi pagrįstai kilo klausimas, ar Saulėje tikrai gali susidaryti mažo mastelio dinamas, ar, priešingai, magnetiniai netolygumai išsisklaido nespėję reikšmingai išaugti. Naujame tyrime pateikiamas aiškus teigiamas atsakymas – mažo mastelio dinamas Saulėje veikia. Naudodami vienus galingiausių superkompiuterių Europoje, mokslininkai suskaičiavo ypatingai detalų Saulės regiono modelį, kuriame įtraukė magnetinius procesus su labai žemais Prandtlo skaičiais. Nors Saulei būdingų verčių dar nepavyko pasiekti, visgi pastebėta įdomi tendencija: kai Prandtlo skaičius sumažėja iki 0,05, dinamo generavimas, toliau mažėjant parametrui, tampa vis efektyvesnis. Tendencija galioja bent jau iki mažiausių modeliuotų Prandtlo skaičių – 0,0031. Ir kuo mažesnis Prandtlo skaičius, tuo panašesnis modelyje gaunamas plazmos greičio laukas ir magnetinis laukas į realiai stebimus. Taigi galima tikėtis, jog ir prie mažesnių skaičių dinamas turėtų būti generuojamas efektyviai. Šis atradimas – labai svarbus žingsnis siekiant vis geriau prognozuoti Saulės aktyvumą: žybsnius, vainikinės masės išmetimus ir įvairius Saulės vėjo sustiprėjimus. Visi šie reiškiniai gali pakenkti Žemei, žmonėms ir ypač mūsų kosminiams aparatams. Taigi kuo geriau suprasime, kaip vystosi Saulės magnetinis laukas, tuo geriau galėsime išvengti blogiausių jo poveikių. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Charonas: New Horizons nuotrauka 2015 metais (pagrindinė) ir atradimo nuotrauka 1978 m. (kampe). Šaltinis: NASA, Johns Hopkins Univ./APL, Southwest Research Institute, U.S. Naval Observatory

Plutono palydovas Charonas yra didžiausias Saulės sistemoje, jei matuosime pagal santykį su kūnu, aplink kurį sukasi. Charono skersmuo siekia net pusę Plutono skersmens; mūsų Mėnulis, antras pagal šį parametrą, siekia mažiau nei trečdalį Žemės skersmens. 2015-ųjų liepą pro šalį skrido New Horizons zondas ir padarė daugybę nuotraukų; čia matome geriausią Charono vaizdą, gautą sujungus kelių filtrų nuotraukas. Šiaurės ašigalyje matyti Mordoro tamsuma (Mordor Macula), keistas rausvas regionas, kurio spalvos kilmė nėra iki galo aiški. Kitas ryškus bruožas – įtrūkimų grandinė ties pusiauju, dalinanti pietines lygumas ir šiaurines nelygias teritorijas. Kairiajame viršutiniame nuotraukos kampe – 1978 metų birželį daryta nuotrauka, kuria remiantis Charonas atrastas. Nuotraukoje matome ne patį Charoną, o Plutoną; Charonas yra vos įžiūrimas iškilimas maždaug ties pirmos valandos kryptimi.

***

Kuiperio žiedo objektų spalva. Kuipierio žiedu vadinamas regionas už Neptūno orbitos, kur skrajoja daugybė įvairaus dydžio kūnų – nuo smulkių smiltelių iki nykštukinių planetų, tokių kaip Plutonas ar Eridė. Šie kūnai pasižymi didžiule spalvų įvairove, nuo raudonos iki baltos, – didesne, nei bet kuri kita Saulės sistemos objektų populiacija. Dauguma astronomų mano, kad skirtingas spalvas jiems suteikia įvairios organinės medžiagos, susidariusios per milijardus metų kūnų paviršių bombarduojant galaktiniams kosminiams spinduliams. Kosminius spindulius sudaro energingos elektringos dalelės, daugiausiai elektronai ir protonai; pataikę į organines molekules, jie gali jas dalinai suardyti ar suteikti krūvį ir taip paskatinti reakcijas su greta esančiomis molekulėmis ar atomais. Dabar pirmą kartą šis procesas ištirtas eksperimentiškai. Mokslininkai laboratorijoje sukūrė sąlygas, kuo panašesnes į Kuiperio žiedo objektų paviršių: stingdantis šaltis ir kone idealus vakuumas. Jose patalpinę dvi skirtingas paprastas organines molekules – metaną ir acetileną – jie apšvitino jas elektronų ir protonų srautu ir matavo, kaip keičiasi junginių savybės, įskaitant spalvą, priklausomai nuo gautos spinduliuotės dozės. Visiems mėginiams pastebėta ta pati tendencija: kuo dozė didesnė, tuo medžiaga labiau parausta, tiek regimųjų, tiek ultravioletinių spindulių ruože. Ištyrus medžiagos cheminę sudėtį aptikti daug sudėtingesni organiniai junginiai, tokie kaip fenantrenas, fenalenas ir acenaftilenas, turintys atitinkamai 14, 9 ir 12 anglies atomų. Taigi akivaizdu, jog kosminiai spinduliai padeda susiformuoti net ir gana sudėtingoms organinėms molekulėms. Saulės sistemos pakraštyje, kur žvaigždės šviesa ledo beveik nesušildo, šios molekulės išlieka milijardus metų. Įdomu, kad kai kurios iš jų pasižymi struktūromis, panašiomis į DNR ir RNR grandinių sandarą. Taigi gali būti, kad kosminiai spinduliai atsakingi ir už gyvybei būtinų junginių formavimąsi giliajame kosmose. Vėliau šiuos junginius kometos ir asteroidai galėjo atnešti į Žemę, kur jie tapo tikra gyvybe. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Mažos žvaigždės neturi šaltų jupiterių. Jupiteris – didžiausia Saulės sistemos planeta – labai svarbus Žemei ir gyvybei joje. Manoma, kad jo gravitacija destabilizavo kometų orbitas ir taip sudarė sąlygas Žemei gauti vandens, o vėliau, priešingai, apsaugojo Žemę nuo daugelio galimų kometų smūgių. Taigi ieškant egzoplanetų sistemų, kuriose galėtų egzistuoti gyvybė, būtų naudinga koncentruotis į turinčias Jupiterio analogą. Tai būtų dujinė milžinė, besisukanti tolokai nuo žvaigždės, už gyvybinės zonos ribų. Tačiau panašu, kad tokios planetos – ypatingai retos, bent jau prie mažų žvaigždžių. Pastarosios sulaukia daugiausiai planetų ieškotojų dėmesio, nes jų yra daug, o planetos aplink jas skrieja trumpais periodais, todėl ir aptinkamos lengviau. Naujojo tyrimo autoriai išnagrinėjo 200 palyginus artimų mažų – iki 30% Saulės masės – žvaigždžių spektro duomenis, surinkus per šešerius metus. Periodiški spektro pokyčiai gali išduoti planetų egzistavimą, tačiau šiame žvaigždžių rinkinyje jokių didelių svyravimų neaptikta. Tai nebūtinai įrodo, kad masyvių planetų šios žvaigždės neturi, bet padaro tokią galimybę menkai tikėtiną. Statistinė analizė parodė, kad yra vos 1,5% tikimybė, kad tokios žvaigždės turi Jupiterio masės ar didesnę planetą arčiau, nei sniego linija – riba, už kurios gali formuotis lediniai kūnai. Saulės sistemoje sniego linija yra maždaug ties Asteroidų žiedu. Didesniu atstumu aptikti planetas sudėtinga, bet ir čia į pagalbą ateina statistiniai metodai. Tyrimo autorių teigimu, pusantro karto didesniu už sniego liniją atstumu Jupiterių egzistavimas panašiai menkai tikėtinas – vos 1,7%. Net ir mažesnių, maždaug Saturno masės, planetų buvimas ten yra retas reiškinys – jų turi ne daugiau nei 4,4% žvaigždžių. Iš principo toks rezultatas nėra stebėtinas, mat planetos formuojasi iš protoplanetinio disko, kurio masė priklauso nuo žvaigždės masės. Kuo žvaigždė mažesnė, tuo mažesnis ir diskas, todėl prie mažiausių žvaigždžių planetoms tiesiog nepakanka medžiagos. Tačiau pastaruoju metu prie keleto mažų žvaigždžių aptiktos masyvios planetos, tad imta abejoti teorine prognoze. Visgi naujasis rezultatas rodo, kad bendra tendencija išlieka. Tai nėra geros žinios gyvybės paieškoms: dažnai koncentruojamasi būtent į mažas žvaigždes dėl jų gausos ir santykinio tyrimų paprastumo, bet jupiterių nebuvimas mažina šansus, kad tokių žvaigždžių uolinėse planetose galėtų būti vandens, o tuo pačiu ir gyvybės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Horizontalūs siūlai Galaktikos centre. Paukščių Tako centre yra supermasyvi juodoji skylė Šaulio A*. Bet toli gražu ne tik ji ten įdomi – aplink ją sukasi įvairiausios dujų struktūros, kuriose galima rasti praeities įvykių pėdsakų. Vienas iš pėdsakų gali būti ir naujai atrasti šimtai „siūlų“ – plonyčių dujų gijų, švytinčių radijo ruože ir išsidėsčiusių Galaktikos plokštumoje. Siūlus mokslininkai aptiko tirdami kitą, jau keturis dešimtmečius žinomą, statmenų Galaktikos plokštumai siūlų populiaciją. Pastarieji siūlai yra dešimčių parsekų ilgio ir atrodo tarsi kabantys abipus Galaktikos plokštumos. Juos sudaro aukštos energijos elektronai ir protonai, judantys aplink magnetinio lauko linijas. Nusprendę ištirti, kaip siūlų savybės priklauso nuo jų krypties dangaus skliaute, astronomai pasitelkė naujausius labai aukštos erdvinės skyros radijo stebėjimų duomenis, surinktus Pietų Afrikos Respublikoje įrengtu MeerKAT teleskopu. Šie duomenys ir atskleidė antrą siūlų grupę, išsidėsčiusią praktiškai statmena kryptimi pirmiesiems. Skiriasi ir kitos siūlų savybės: statmeni plokštumai siūlai yra kelių dešimčių parsekų ilgio, o esantys plokštumoje – apie 20 kartų trumpesni. Be to, priešingai nei statmenieji, naujai atrasti siūlai susideda iš gerokai mažesnės energijos dalelių. Ir jie visi nukreipti praktiškai tiksliai Šaulio A* link. Tyrimo autorių teigimu, greičiausiai šie siūlai yra stipriai deformuoti dujų debesys. Juos iškreipti galėjo dujų tėkmė, lekianti iš juodosios skylės prieigų prieš maždaug šešis milijonus metų. Jei tėkmės slėgis buvo aukštesnis, nei debesų vidinis slėgis, ji galėjo suspausti debesis į pailgas struktūras, kurias dabar ir matome. Įdomu, kad esama ir kitų įrodymų, jog prieš maždaug šešis milijonus metų Paukščių Takas galėjo patirti aktyvumo epizodą: jis galėjo išpūsti milžiniškus dujų burbulus abipus Galaktikos plokštumos. Tiesa, naujojo tyrimo rezultatų interpretacija yra tokia, kad tėkmė plito Galaktikos plokštumoje, o ne statmenai jai, bet tai galėjo būti vienos sferinės tėkmės dalis. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

2020 metais Nobelio fizikos premija buvo įteikta už Paukščių Tako centrinės juodosios skylės, Šaulio A*, tyrimus. Vienas pagrindinių instrumentų, leidusių šiuos tyrimus atlikti, buvo Labai Didelis Teleskopas (Very Large Telescope), įrengtas Europos pietinėje observatorijoje Čilėje. Astrum pasakoja, kaip šis teleskopas veikia, kuo jis ypatingas ir kas buvo atrasta:

***

Priešingai besisukanti prarytos galaktikos liekana. Galaktika M64, matoma Berenikės garbanų žvaigždyne, dar žinoma Juodosios akies ar Blogio akies pavadinimais. Būtent taip ji atrodo pro mažus teleskopus – ryškią centrinę dalį dalinai dengia tanki tamsių dulkių juosta, tarsi sunkus akies vokas. Toks tankių dulkių kupinas branduolys nėra dažnas reiškinys galaktikose, ypač aplinkinėje Visatoje, bet tuo M64 keistenybės nesibaigia. Jau kelis dešimtmečius žinome, kad išorinėje jos dalyje dujos sukasi priešinga kryptimi, nei žvaigždės. Kodėl taip yra? Pagrindinė hipotezė teigia, kad M64 palyginus neseniai prarijo palydovinę galaktiką, o dujų diskas yra jos palikimas. Bet iki šiol nebuvo aptikta jokių kitų galimo susiliejimo pėdsakų, be to, dujų cheminė sudėtis atrodo labai panaši į likusios galaktikos, o tai mažai tikėtina, jei jos kilusios iš kitur. Dabar galiausiai aptikti įrodymai, jog M64 tikrai patyrė susiliejimą. Atlikę gilius – t. y. blausius šviesos šaltinius pamatyti leidžiančius – stebėjimus astronomai atskleidė žvaigždžių halo aplink M64 savybes. Apskritai žvaigždžių halus turi visos galaktikos, tik juos sunku įžiūrėti, nes žvaigždžių ten gerokai mažiau, nei diske. Ramių galaktikų, kurios milijardus metų nepatyrė susiliejimų, halai yra daugmaž tolygūs, tačiau kiekvienas susiliejimas šimtams milijonų metų palieka pėdsakų. Tokie pėdsakai ir aptikti M64 – į pietryčių pusę nuo galaktikos matomas aiškus sutankėjimas, sferinio kevalo dalis, o į priešingą pusę – žvaigždžių srautas. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad tokios struktūros susidaro, kai didesnės galaktikos gravitacija nuplešia žvaigždes nuo į ją krentančios mažesnės. Aptiktos struktūros išsidėsčiusios toje pat plokštumoje, kurioje sukasi ir išorinis M64 dujų diskas – tai sustiprina įtarimą, kad abi struktūras sukūrė tas pats procesas. Nors neįmanoma pasakyti, į kurią pusę judėjo prisijungiama galaktika, labai tikėtina, kad ji ir paliko tą dujų diską bei žvaigždžių sutankėjimus hale. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip vyksta nykštukinių galaktikų prarijimai ir kokios jų pasekmės lieka didesnėse galaktikose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Čiurkšlių rentgeno spinduliuotės kintamumas. Aktyvūs galaktikų branduoliai yra supermasyvios juodosios skylės, į kurias sparčiai krenta dujos. Dujos dažniausiai suformuoja diską aplink juodąją skylę, bet aplink būna ir kitų būdingų struktūrų. Viena jų – čiurkšlė: beveik šviesos greičiu lekiančių dalelių srautas, judantis statmenai diskui. Čiurkšlės seniai matomos radijo bangų ruože, kai kurios skleidžia ir gama spindulius. Prieš du dešimtmečius nustatyta, kad čiurkšlės skleidžia ir rentgeno spindulius. Gama spindulius skleidžia energingos dalelės, atsimušdamos į pakeliui pasitaikančias lėtas; radijo bangos susidaro, kai tos pačios energingos dalelės sąveikauja su magnetiniu lauku. O kas sukuria rentgeno spinduliuotę, iki šiol nežinia. Dominuojantis modelis teigia, kad dalelės – daugiausiai elektronai – čiurkšlėje kartais susiduria su kosminės foninės spinduliuotės fotonais. Fotonas perima dalį elektrono energijos ir iš mikrobangų pereina į rentgeno ruožą. Pagal šį modelį rentgeno spinduliuotė čiurkšlėje turėtų laikui bėgant nesikeisti, nes nesikeičia pati čiurkšlės struktūra; be to, spinduliuotės intensyvumas turėtų atspindėti energingų dalelių pasiskirstymą čiurkšlėje. Bet nauji stebėjimai rodo priešingą vaizdą: daugelyje aktyvių galaktikų čiurkšlių rentgeno spinduliuotė stipriai keičiasi vos per keletą metų ir sklinda iš labai mažų regionų, daug mažesnių už pačią čiurkšlę. Rezultatai gauti išnagrinėjus daugiau nei pusantro šimto stebėjimų, atliktų Chandra rentgeno spindulių teleskopu. Tai vienintelis prietaisas, galinti rentgeno šaltinių padėtį nustatyti geresniu nei vienos lanko sekundės tikslumu – tai būtina, norint išskirti čiurkšlės sandarą. Stebėjimai apėmė apie 50 aktyvių branduolių. Visuose juose pastebėti rentgeno spinduliuotės pokyčiai, net kai laiko tarpas tarp stebėjimų siekė vos keletą metų. Tiesa, kai kurie pokyčiai gali būti netikri – kiekvieno stebėjimo metu rentgeno fotonų pagauta nedaug, tad atsitiktiniai jų skaičiaus svyravimai gali sudaryti kintamumo įspūdį. Visgi pritaikę statistinę analizę tyrimo autoriai gavo išvadą, jog kintamumas tikrai matomas bent 30% objektų. Modelis, geriausiai paaiškinantis tokį kintamumą, yra ta pati sinchrotroninė spinduliuotė, kuri sukelia ir čiurkšlių radijo fotonus. Bet tam, kad sąveikaudami su magnetiniu lauku elektronai spinduliuotų rentgeno spindulius, jų energija turi būti apie milijoną kartų didesnė, nei vidutiniškai čiurkšlėje. Tokia išvada dera ir su įvertintomis spinduliuotės kitimo laiko skalėmis: jei jos tikrai yra mėnesių-metų ilgio, rentgeno spinduliuotė negali formuotis didesniuose nei kelių šviesos mėnesių, arba mažiau nei dešimtadalio parseko, regionuose. Visos čiurkšlės ilgis matuojamas kiloparsekais, plotis – keletu arba keliomis dešimtimis parsekų, taigi rentgeno spinduliuotę kuriantys regionai daug mažesni už visą čiurkšlę. Tai gali būti specifiniai magnetinio lauko sutankėjimai ar smūginės bangos, kuriuose dalelės įgyja daug didesnę energiją ir sužimba rentgenu, prieš pranykdamos kartu su visu sutankėjimu. Sutankėjimai nuolat atsiranda ir išnyksta, taip rentgeno spinduliuotė sklinda nuolatos, bet vis kitokia. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Masyvių ankstyvų galaktikų paaiškinimas. Pernai darbą pradėjęs James Webb kosminis teleskopas netruko pateikti staigmenų. Pavyzdžiui, labai masyvių galaktikų labai ankstyvoje Visatoje. Prieš keletą mėnesių, remdamiesi šešių galaktikų duomenimis, astronomai apskaičiavo, kad jų egzistavimas greičiausiai prieštarauja šiandieniniams didelio masto struktūros formavimosi modeliams. Tiesiog pagal tuos modelius galaktikos negalėjo taip sparčiai suformuoti žvaigždžių. Nors patys atradimai ir galaktikų savybės kelia šiek tiek abejonių, visgi nemažai astronomų ėmėsi galvoti, kaip modifikuoti modelius, kad tų galaktikų egzistavimą galėtume paaiškinti. Vienas galimas paaiškinimas – labai efektyvus žvaigždžių formavimasis. Šiandieninėje Visatoje žvaigždėmis virsta tik apie 10% pradinio dujų debesies medžiagos – likusią išblaško tų pačių žvaigždžių vėjai. Masyviųjų ankstyvų galaktikų egzistavimą galėtume paaiškinti, jei žvaigždėmis virstų praktiškai visos dujos. Naujame tyrime pateikiamas modelis, kaip tokį efektyvumą pasiekti. Modelis remiasi dviem svarbiomis laiko skalėmis: masyvių žvaigždžių gyvenimo trukme ir tipine žvaigždžių formavimosi trukme. Masyviausios žvaigždės gyvena apie 1-3 milijonus metų, tada miršta supernovų sprogimais. Būtent jie daugiausiai atsakingi už dujų išsklaidymą. Kiti procesai, tokie kaip žvaigždžių vėjai, veikia žvaigždėms dar nemirus, bet pirmykštėse galaktikose yra nereikšmingi dėl jų cheminės sudėties. Mažai metalų – už helį sunkesnių elementų – turinčių žvaigždžių vėjai tiesiog labai silpnk. Žvaigždžių formavimuisi svarbi vadinamoji dinaminė laiko skalė, kuri priklauso nuo dujų tankio. Kuo tankis didesnis, tuo pokyčiai dujose gali vykti greičiau. Pirmykštėse galaktikose, kurių tamsiosios materijos halo masė viršija šimtą milijardų Saulės masių, tipinis dujų tankis yra toks, kad dinaminė laiko skalė sumažėja iki trumpesnės už milijoną metų. Taigi šiose galaktikose didžioji dalis dujų gali virsti žvaigždėmis iki prasidedant supernovų sprogimams. Kitaip tariant, žvaigždžių sukeliamas grįžtamasis ryšys nespėja pasireikšti ir sustabdyti tolesnio žvaigždėdaros proceso. Taip gali nutikti ne vieną kartą: supernovų sprogimai baigiasi per keliolika milijonų metų ir galaktika vėl nurimsta; į ją patekus naujam dujų srautui, efektyvi žvaigždėdara vėl atsinaujina. Taip galaktikoje gali atsirasti daugybė jaunų masyvių žvaigždžių spiečių, o dujų lieka nedaug. Toks scenarijus svarbus ne tik siekiant paaiškinti ankstyvų masyvių galaktikų egzistavimą. Galaktikos su daug jaunų spiečių turėtų skleisti daug jonizuojančių fotonų, o mažas dujų kiekis nesulaiko jų galaktikų viduje, taigi jos gali reikšmingai prisidėti prie tarpgalaktinės erdvės rejonizacijos, kuri vyko kažkada per pirmąjį milijardą Visatos gyvenimo metų. Be to, jaunuose masyviuose spiečiuose gali efektyviai formuotis ir augti juodosios skylės, galbūt paaiškinančios supermasyvių juodųjų skylių galaktikų centruose kilmę. Viena lengvai patikrinama modelio prognozė – galaktikose, kurių halo masė mažesnė nei šimtas milijardų Saulės masių, žvaigždėdaros efektyvumas turėtų būti pastebimai žemesnis, o tai atsilieptų galaktikų žvaigždžių masių pasiskirstymui ankstyvoje Visatoje. Tolesni James Webb stebėjimai padės išsiaiškinti, ar taip ir yra. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

Gravitacija išgarina viską. Prieš pusšimtį metų Stephenas Hawkingas kartu su Jakobu Bekensteinu apskaičiavo, jog juodosios skylės turėtų spinduliuoti. Ši spinduliuotė, gavusi Hawkingo vardą, kyla todėl, kad vakuume nuolat besiformuojančios ir greitai pranykstančios dalelių poros prie juodosios skylės gali būti suardomos. Jei viena poros dalelė įkrenta pro įvykių horizontą, o kita – ne, antroji gali pabėgti toli nuo juodosios skylės – gauname spinduliuotę. Laikui bėgant spinduliuotė išsineša vis daugiau masės-energijos, tad juodoji skylė ima mažėti ir galiausiai visai išgaruoja. Nors eksperimentiškai patikrinti ar netgi stebėjimais aptikti Hawkingo spinduliuotės neįmanoma – ji paprasčiausiai per silpna – jos egzistavimas laikomas visiškai pagrįsta reliatyvumo teorijos ir kvantinės fizikos prognoze. O dabar grupė mokslininkų nustatė, kad analogiška spinduliuotė gali kilti bet kokiame gravitaciniame lauke, nepriklausomai nuo to, ar ten yra įvykių horizontas. Jie pasitelkė teorinį modelį iš kvantinės elektrodinamikos, vadinamą Schwingerio efektu. Pagal jį, stiprus elektrinis laukas gali spontaniškai suformuoti elektronų-pozitronų (ar kitų dalelių-antidalelių) poras. Taip nutinka, nes laukas perskiria vakuume nuolat atsirandančias poras, joms nespėjus išnykti. Naujojo tyrimo autoriai elektrinį lauką skaičiavimuose pakeitė gravitaciniu ir nustatė, jog įmanomas analogiškas efektas, priklausomai nuo to, kokia kryptimi juda tik atsiradusi dalelių pora. Kuo arčiau įvykių horizonto, tuo didesnė dalis porų bus pagauta ir praryta arba anihiliuos, tačiau tolstant nuo jo, atsiranda galimybė porai išsiskirti. Tada viena dalelė gali pabėgti tolyn, o kūno masė – sumažėja. Tolstant nuo masyvaus kūno, tokie atsiskyrimai tampa vis retesni, tačiau stipriausias efektas pasiekiamas ne ties įvykių horizontu, o maždaug pusantro karto toliau nuo centro. Visgi efektas turėtų veikti visur – net ir palyginus didelio kūno išorėje – tiesiog jis bus labai menkas. Per daugybę milijardų ar net trilijonų metų net ir toks menkas efektas gali išgarinti ne tik juodąsias skyles, bet ir didesnius kūnus, pavyzdžiui neutronines žvaigždes ar baltąsias nykštukes. Taigi labai tolimoje ateityje Visatoje turbūt neliks jokių kompaktiškų objektų, nes jie visi vienas po kito išgaruos. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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

Laiqualasse

2 komentarai

  1. Idomu, kaip pasikeitė foto technologijos tik per 40 m.
    O dėl kūnų garavimo tai kažkaip ne viskas aišku: jei taip būtų, tai net ir nebūtų ir susiformavę stambūs kūnai.

    1. Foto technologijų šuolis yra milžiniškas, bet reikia nepamiršti ir kitų technologijų: visgi naujoji nuotrauka daryta skrendant pro šalį. Iš Žemės – tiksliau, orbitos aplink ją – Plutonas, Charonas ir kiti palydovai atrodo maždaug taip: https://hubblesite.org/contents/media/images/2009/18/2550-Image.html?news=true

      Dėl garavimo – tikimybė, kad virtualių dalelių pora išsiskirs yra labai maža net ir prie pat įvykių horizonto, o tolstant nuo jo tik mažėja. Taigi garavimas yra ypatingai lėtas procesas, daug lėtesnis už kūnų augimą į juos krentant įvairiai medžiagai.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.