Aptikti nežemišką gyvybę – sena astronomų svajonė. Ilgą laiką Saulės sistemoje pagrindinis dėmesys krypo į Marsą, bet dabar jam tenka dalintis erdve su kitais taikiniais. Štai ir praeitos savaitės naujienose randame pranešimą apie fosforą, aptiktą Saturno palydove Encelade, bei apie naują Jupiterio palydovo Europos evoliucijos modelį. Kitame tyrime kalbama apie Veneros debesis ir kaip juose išsilaikytų gyvybei svarbios molekulės – nukleobazės. O sausame asteroide aptikta valgomosios druskos, kuri formuojasi tik drėgnomis sąlygomis – tai svarbu aiškinantis, iš kur Žemė gavo gyvybei būtiną vandenį. Kitose naujienose – magnetizmas Tarantulo ūke, erdvėlaikio ir neutrinų sąveika bei dulkių išsidėstymas tolimose galaktikose. Gero skaitymo!

***

Kosminių spindulių ir žemės drebėjimų ryšys. Ką bendro turi žemės drebėjimai ir planetos paviršių pasiekiantys kosminiai spinduliai? Pasirodo, šį tą turi: išnagrinėjus pusšimčio metų duomenis paaiškėjo, kad didesnis kosminių spindulių intensyvumas gerai prognozuoja žemės drebėjimų sustiprėjimą po poros savaičių. Hipotezė, kad kosminiai spinduliai ir seisminiai procesai gali turėti ryšį, iškelta jau senokai, bet tik dabar tyrėjai surinko pakankamai detalių duomenų, kad galėtų ją nuodugniai patikrinti. Jie paėmė trijų detektorių, įrengtų rusijoje, Suomijoje ir Argentinoje, kosminių spindulių duomenis, JAV geologijos tarnybos žemės drebėjimų duomenis, bei Saulės dėmių duomenis, ir išnagrinėjo jų tarpusavio koreliacijas. Aptikta labai aiški koreliacija tarp kosminių spindulių, pasiekiančių Žemės paviršių, srauto ir bendro žemės drebėjimų, kurių stiprumas viršija keturis balus, intensyvumo. Tiesa, koreliacija aiški tampa tik tada, kai kosminių spindulių duomenys paslenkami 15 dienų į priekį. Kitaip tariant, kosminių spindulių srauto išaugimas rodo didelę tikimybę, jog po dviejų savaičių bus stipresni žemės drebėjimai. Deja, padalinus drebėjimų duomenis pagal vietoves, koreliacija pranyksta, taigi panaudoti sąryšio prognozei, kur vyks drebėjimai, neįmanoma. Visgi net ir tokios žinios labai naudingos, nes prognozuoti žemės drebėjimų intensyvumą be galo sudėtinga. Taigi žinodami, kada verta jų tikėtis daugiau, mokslininkai ir vyriausybių atstovai galės pasiruošti galimiems sukrėtimams. Fizikinis ryšys tarp šių reiškinių susijęs su procesais Žemės branduolyje. Ten judančios srovės kuria planetos magnetinį lauką. Jei srovės susilpnėja, nusilpsta ir magnetinis laukas, tad Žemę pasiekia daugiau kosminių spindulių, kurie, susidūrę su atmosferos dalelėmis, paskleidžia antrinių energingų dalelių lietų, detektuojamą įvairiose observatorijose (tas daleles aptikti galima netgi išmaniaisiais telefonais). Tikėtina, kad nusilpusios srovės sukelia ir seisminius efektus, kurie iš branduolio per mantiją pasiekia plutą ir pasireiškia drebėjimais. Duomenyse atrasta ir kitų, netikėtų, detalių: pavyzdžiui, koreliacija sustiprėja kas 10-11 metų, taigi turi panašų periodiškumą, kaip ir Saulės aktyvumas. Tiesa, koreliacija stipriausia yra ne ties Saulės aktyvumo piku. Kitas periodas lygus Žemės žvaigždinei parai – laiko tarpui, per kurį Žemė atsisuka ta pačia kryptimi žvaigždžių atžvilgiu. Jis yra beveik keturiomis minutėmis trumpesnis už įprastą, saulinę, parą. Kaip paaiškinti šiuos periodiškumus, kol kas nežinia, o hipotezių yra įvairių, apimančių netgi tamsiosios materijos pasiskirstymą Saulės aplinkoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics.

***

Veneros debesys tinkami nukleorūgštims. Veneros paviršius, kaip gerai žinoma, tikrai netinkamas gyvybei, bent jau žemiškai: daugiau nei 400 laipsnių temperatūroje žūtų net ir tvirčiausi ekstremofilai. Tačiau keliasdešimties kilometrų aukštyje, debesyse, temperatūra ir slėgis yra labai panašūs į Žemės paviršiaus sąlygas. Tiek panašūs, kad kartais ši vieta pavadinama „panašiausia į Žemę Saulės sistemoje“. Visgi yra ir esminis skirtumas: Veneros debesis sudaro daugiausiai sieros rūgštis. Ėdrus junginys tikrai gali suardyti įvairias ląsteles ar molekules, tad kyla klausimas, ar tikrai verta skirti dėmesio Veneros debesims, kaip potencialiai gyvybės zonai? Naujame tyrime laboratoriniais bandymais parodyta, kad aplinka gali būti palankesnė gyvybei, nei įprastai manoma: DNR ir RNR sudarančios nukleobazės tokiomis sąlygomis išgyvena labai gerai. Tyrimo autoriai paėmė penkių Žemės gyvybės naudojamų nukleobazių – adenino, citozino, guanino, timino bei uracilo – taip pat giminingų junginių diaminopurino, purino ir pirimidino mėginius ir patalpino juos koncentruotos sieros rūgšties pilnuose mėgintuvėliuose. Tada išnagrinėjo bandinių spektrą ultravioletiniame ruože ir gaunamą branduolių magnetiniu rezonansu, 15-20 minučių po bandinio paruošimo bei praėjus parai. Abu kartus gauti spektrai buvo labai panašūs – tai rodo, kad molekulės liko stabilios ir praktiškai nesuiro. Šis atradimas prisideda prie pastaruoju metu padarytų keleto kitų, kuriais parodyta, jog sieros rūgštis gali veikti kaip geras tirpalas, leidžiantis vykti įvairiausioms cheminėms reakcijoms. Taigi Veneros debesyse galime tikėtis rasti įvairių įdomių molekulių, o tarp jų gali pasitaikyti ir nukleobazių. Ar tai reiškia, kad ten gali susiformuoti gyvybė ar, juo labiau, ar gyvybės ten jau dabar esama, atsakyti dar gerokai per anksti, bet verta užsiimti tolesniais tyrimais. Tyrimo rezultatai publikuojami PNAS.

***

Druska sausame asteroide. Uoliniai asteroidai skirstomi į du pagrindinius tipus. Dažnesnieji, C-tipo, turi daug anglinių chondritų (mažų rutuliukų), juose gausu mineralų, kurie formuojasi tik vandeningoje aplinkoje. Taigi galime drąsiai teigti, kad C-tipo asteroidai formavosi išorinėje Saulės sistemos dalyje iš ledo ir uolienų ir gyvenimo pradžioje, iki sustingdami, turėjo skysto vandens. Retesni, S-tipo, asteroidai turi neanglinius chondritus, o jų uolienose beveik niekada nerandame vandens formuotų mineralų. Taigi manoma, kad jie formavosi vidinėje Saulės sistemos dalyje ir visada buvo labai sausi. Kartais S-tipo asteroidų meteorituose aptinkami druskos kristalai ir kiti vandenyje augantys mineralai, bet nė karto nebuvo galima atmesti tikimybės, jog tai – tarša, padengusi meteoritą jau po nukritimo į Žemę. Bet dabar druskos kristalai atrasti S-tipo asteroido Itokawos mėginiuose, kurie Žemėje negalėjo būti užteršti. Itokawą 2005 metais aplankė Japonijos zondas Hayabusa ir paėmė mėginių, kuriuos 2010-aisiais pargabeno į Žemę. Išnagrinėję vieną vos penkių mikrometrų dydžio granulę, mokslininkai aptiko aiškius nanometrų dydžio valgomosios druskos – natrio chlorido – kristalus. Kristalai visiškai nepakito per penkerius metus nuo pirmųjų granulės nuotraukų paėmimo, taigi galima teigti, jog jie nėra žemiškos taršos produktai. Kristalai rasti ant albito mineralų – tai yra plagioklazų grupė, turinti daug natrio. Labiausiai tikėtina, kad natrio chlorido kristalai yra nuosėdos, susidariusios ant albito, kai šis buvo paniręs į vandenį. Vadinasi net ir S-tipo asteroidai, tokie kaip Itokawa, kadaise turėjo vandens, net jei vėliau juose beveik neliko vandeninės kilmės mineralų. Tai reiškia, kad ir jie galėjo būti reikšmingas Žemės vandens šaltinis. Iki šiol tokiu buvo laikomi tik C-tipo asteroidai bei kometos, kuriuose tikrai yra (ar buvo) daug vandens ledo. Bet S-tipo asteroidai, kurių vidinėje Saulės sistemos dalyje gausu, į Žemę greičiausiai krito dažniau, tad net ir turėdami mažiau vandens, galėjo jo atnešti tikrai daug. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Europa vystėsi lėtai. Jupiterio palydovas Europa – viena įdomiausių vietų Saulės sistemoje. Popaviršinis vandenynas, kupinas įvairių cheminių medžiagų ir šildomas hidroterminių versmių dugne, gali būti puiki vieta užsimegzti nežemiškai gyvybei. Chemines medžiagas vandenynas daugiausiai gauna iš apačios – iš uolinės dalies, kurioje esantys mineralai migruoja į vandenyną ir ištirpsta. Norėdami suprasti šią migraciją, turime kuo geriau nustatyti Europos sandarą – kas sudaro uolienas prie vandenyno, kaip lengvai jos atiduoda mineralus, kiek šilumos sklinda iš gelmių ir taip toliau. Dažniausiai modeliuojant Europos ar kitų panašių palydovų formavimąsi ir evoliuciją daroma prielaida, kad jie susidarė panašiai, kaip Žemė. Mūsų planeta atsirado jungiantis mažesniems uoliniams dariniams, o jų susidūrimų karštis kartu su Saulės šviesa bei radioaktyviųjų elementų skilimo šiluma išlydė uolienas ir leido nusistovėti sluoksniuotai struktūrai. Todėl Žemė turi daugiausiai iš geležies sudarytą branduolį, virš jo – mažesnio tankio, silikatinių uolienų pagrindo mantiją ir plutą. Šie struktūriniai komponentai išliko daugmaž vienodi visus puspenkto milijardo metų. Bet Europa yra daug, apie šimtą kartų, mažesnė už Žemę ir formavosi toliau nuo Saulės, taigi joje procesai galėjo vykti gerokai kitaip. Pasitelkę skaitmeninius modelius, paremtus geodinamikos lygtimis, kokie naudojami įvairiausių planetų evoliucijos tyrimuose, mokslininkai išnagrinėjo Europos raidą. Esminis jų modelio skirtumas nuo ankstesnių – jie padarė prielaidą, kad pradinė Europą sudaranti medžiaga tebuvo 200-300 kelvinų (maždaug -100 – 0 laipsnių Celsijaus) temperatūros, o ne kelių tūkstančių, kaip Žemės atveju. Tokiu atveju pradžioje Europa neišsisluoksniuoja į branduolį, mantiją ir plutą, o lieka sumišusi. Laikui bėgant, radioaktyvi šiluma gelmėse bei Jupiterio potvyninės jėgos šildo palydovą ir sukelia sluoksniavimąsi: ledas išgaruoja ir migruoja į išorę bei suformuoja vandenyną ir ledinę plutą. Prie jo prisijungia ir tirpstančios hidruotos silikatinės uolienos, taigi vandenyne turėtų būti labai daug ištirpusių mineralinių medžiagų. Metalinio branduolio formavimuisi reikia bent milijardo metų, jei ne daugiau; apskritai neaišku, ar šiam procesui pakanka šilumos – tai priklauso nuo tikslaus Europos formavimosi laiko ir kiek trumpai gyvuojančių radioaktyvių aliuminio atomų buvo ją sudariusioje medžiagoje. Vidinė šiluma atsakinga ir už vulkanizmą vandenyno dugne, kuris palaiko sudėtingas chemines reakcijas vandenyje. Kuo vulkanizmas silpnesnis, tuo mažiau šansų, kad Europos vandenyne vyksta įdomios sudėtingų junginių reakcijos, galinčios duoti pradžią gyvybei. Kitąmet į Europą išskris NASA zondas Europa Clipper; naujieji rezultatai padės geriau interpretuoti zondo surenkamus duomenis. Panaši evoliucija greičiausiai pritaikoma ne tik Europai, bet ir kitiems didžiųjų planetų palydovams, tad ir juos tyrinėjant svarbu atsižvelgti į menką šiluminės energijos kiekį, lyginant su Žeme. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Fosfatai Encelade. Saturno palydovo Encelado popaviršiniame vandenyne aptikta fosfatų. Fosfatai ir kiti fosforo turintys junginiai būtini visai gyvybei Žemėje – jie figūruoja DNR ir RNR molekulėse, ląstelių membranose, mūsų kauluose ir dantyse, energiją kaupiančiose ATP molekulėse ir daug kur kitur. Fosforas yra vienas iš šešių cheminių elementų, be kurių žemiška gyvybė negalėtų apsieiti, greta anglies, vandenilio, azoto, deguonies ir sieros (pagal elementų simbolius šita grupė kartais įvardijama CHNOPS). Kiti penki elementai ne kartą aptikti už Žemės ribų, taip pat ir polediniuose vandenynuose, tačiau gerokai retesnio fosforo iki šiol aptikti nepavyko. Kaip ir dauguma pastarojo dešimtmečio atradimų, susijusių su Saturnu ir jo palydovais, šis padarytas naudojantis Cassini zondo surinktais duomenimis. Nors zondas darbą baigė dar 2017 metais, jo duomenų archyvas toli gražu neišsemtas. Tarp tų duomenų yra informacija iš prietaiso, kuris rinko ir analizavo dulkes iš zondo aplinkos. Skrisdamas pro Enceladą, virš jo pietinio ašigalio, Cassini pralėkdavo pro geizerius, trykštančius iš popaviršinio vandenyno. Atlikę naują šių geizerių granulių duomenų analizę, mokslininkai aptiko natrio fosfato pėdsakų. Pagal nustatytą fosfatų kiekį apskaičiuota, jog fosforo koncentracija Encelado vandenyne yra apie šimtą kartų aukštesnė, nei Žemės vandenynuose. Toks rezultatas gerai atitinka pastaraisiais metais paskelbtų teorinių modelių prognozes. Šiuose modeliuose įtraukiamos naujausios žinios apie medžiagų apykaitą Encelado gelmėse; jie rodo, kad fosfatų gausūs mineralai efektyviai pakyla iš uolinio Encelado branduolio į vandenyną ir ten ištirpsta. Senesni modeliai teigė priešingai ir prognozavo labai žemą fosforo koncentraciją. Naujasis atradimas, paneigiantis tuos modelius, sustiprina tikimybę, kad Encelado vandenyne gali būti ir gyvybės. Taip pat jis leidžia tikėtis, kad panašiai aukšta fosforo koncentracija gali būti ir Jupiterio palydove Europoje bei kituose popaviršiniuose vandenynuose Saulės sistemoje ir už jos ribų. Tolesnei analizei ir gyvybės paieškoms reikia naujų stebėjimų bent jau iš Encelado apylinkių, o dar geriau – iš paties vandenyno. Šiuo metu NASA pradeda rengti misiją į Enceladą, tačiau ji išskris tik 2038 metais, o Saturno palydovą pasieks 2050-aisiais. Taigi atsakymo į klausimą apie Encelado gyvybę reikės palaukti dar ne vieną dešimtmetį. Nebent, aišku, jis slepiasi kur nors Cassini duomenyse. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Kur ieškoti gyvybės Saulės sistemoje? Daugiausiai kalbama, žinoma, apie Marsą, Europą prie Jupiterio bei Enceladą prie Saturno. Tačiau yra ir kitų įdomių vietų. John Michael Godier apžvelgia dešimtį jų – nuo Jupiterio ir Saturno atmosferų iki vulkaninio palydovo Ijo:

***

Ekstremalus planetų garavimas diskuose. Oriono žvaigždyne matomas artimiausias žvaigždėdaros regionas – Oriono molekulinių debesų kompleksas. Viename iš komplekso debesų yra jauna žvaigždė Oriono FU. Prieš 85 metus jos šviesis staiga, per mažiau nei metus, išaugo daugiau nei 500 kartų. Nuo tada jis šiek tiek sumažėjo, bet vis dar išlieka apie 200 kartų aukštesnis, nei XX a. pradžioje. Kodėl taip nutiko? Neabejojama, kad žybsnis susijęs su protoplanetiniu disku – medžiaga iš jo vis dar maitina šią vos poros milijonų metų amžiaus žvaigždę, taigi maitinimo spartos pokyčiai gali reikšmingai atsiliepti žvaigždės šviesiui. Bet kas sukėlė tokį disko pokytį? Per dešimtmečius pasiūlytas ne vienas galimas paaiškinimas, nuo magnetinių nestabilumų iki kitos žvaigždės praskridimo sukeltos perturbacijos, tačiau jie visi turi trūkumų. Naujas paaiškinimas, panašu, juos visus išsprendžia: gali būti, kad į žvaigždę krenta masyvios iki galo nesusiformavusios planetos likučiai. Tyrimo autoriai pateikia tokį galimą scenarijų. Protoplanetinio disko išorinėje dalyje disko dujų gravitacija buvo pakankamai stipri, kad atsirastų bent kelis kartus už Jupiterį masyvesnė sankaupa. Priklausomai nuo sąlygų, tokia sankaupa galėtų susitraukti į planetą, tačiau šiuo atveju taip nenutiko. Sąveikaudama su likusiu disku, sankaupa ėmė migruoti artyn prie žvaigždės ir nuolat kaito, todėl liko išsipūtusi. Galiausiai ji priartėjo prie pat vidinės disko dalies, kur žvaigždės gravitacija ją suardė į tankų dujų srautą, o šis ėmė kristi į žvaigždę ir sukėlė ilgai trunkantį paryškėjimą. Skaitmeniniu modeliu patikrinę sankaupos evoliuciją Oriono FU sistemoje, tyrėjai nustatė, kad ji galėjo atmigruoti į centrą per maždaug 10 tūkstančių metų ir dabar maitina žvaigždę kelių milijonųjų Saulės masių per metus sparta – tai atitinka kelias šimtąsias Jupiterio masės dalis per metus. Maitinimas turėtų trukti apie šimtą metų, taigi tikėtina, kad per artimiausius dešimtmečius Oriono FU išblės. Scenarijus gali paaiškinti toli gražu ne vien šios žvaigždės elgesį. Šiuo metu žinomos kelios dešimtys jaunų žvaigždžių, kuriose nutiko panašūs žybsniai. Statistinė analizė rodo, kad kiekviena jauna žvaigždė greičiausiai patiria keliolika tokių žybsnių iki išsisklaidant jos protoplanetiniam diskui. Taigi gali būti, jog planetų formavimosi procesas pačioms planetoms yra labai nesvetingas – dauguma jų tiesiog sudega ir pamaitina žvaigždę. Tyrimo autoriai ketina pritaikyti modelį keliems kitiems pavieniams atvejams ir patikrinti, ar scenarijus tikrai universalus. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

Pusantro kiloparseko atstumu, maždaug Galaktikos centro – Šaulio žvaigždyno – link driekiasi Lagūnos ūkas, vienas intensyviausių žvaigždėdaros regionų šioje Paukščių Tako dalyje. Čia matome jo centro nuotrauką, kur dujos ir dulkės gaubia jaunas žvaigždes, raudonina ir temdo jų šviesą, bet negali visiškai užgožti tų virsmų, vykstančių giliai tankiausiose debesies šerdyse.

***

Stiprus magnetizmas Tarantulo ūke. Tarantulo ūkas, arba Dorado 30, yra žvaigždėdaros regionas Didžiajame Magelano debesyje – kaimyninėje nykštukinėje galaktikoje. Ir regionas jis ne paprastas, o didžiausias ir intensyviausias visoje Vietinėje galaktikų grupėje, kuri apima Paukščių Taką, Andromedą ir apie šimtą mažesnių galaktikų. Toks žvaigždėdaros intensyvumas ilgai neduoda ramybės astronomams. Mat Tarantulo ūko centre yra masyvus jaunas žvaigždžių spiečius, R136. Dešimtys tūkstančių jo žvaigždžių, tarp jų ir dešimtys ypatingai masyvių, ryškiai šviečia ir pučia stiprius vėjus, kurių turėtų pakakti išsklaidyti ūko dujas ir sustabdyti tolesnį žvaigždžių formavimąsi. Bet taip nenutinka. Nauji infraraudonųjų spindulių ruožo stebėjimai leidžia paaiškinti, kodėl. Detalūs stebėjimai apėmė ir poliarizaciją – šviesos bangų svyravimo krypties informaciją. Laisvai sklindanti šviesa virpa visomis kryptimis, statmenomis sklidimo krypčiai, vienodai ir vadinama nepoliarizuota. Magnetinis laukas lengviau praleidžia bangas, virpančias išilgai lauko linijų, todėl spinduliuotė tampa dalinai poliarizuota. Taip astronomai išsiaiškino magnetinio lauko konfigūraciją ir stiprumą skirtingose ūko vietose. Paaiškėjo, kad laukas yra stiprus – kai kur siekia net 600 mikrogausų, apie šimtą kartų daugiau, nei vidutinė magnetinio lauko vertė Paukščių Take. To pakanka, kad magnetinis slėgis stabilizuotų ūko dujas: neleistų joms nei labai sparčiai kolapsuoti, nei lengvai išsisklaidyti. Magnetinio lauko stiprumas skirtingose ūko vietose nevienodas; silpnesnis jis ten, kur matomi burbulai, išpūsti jaunų žvaigždžių spinduliuotės ir vėjų. Tokia koreliacija patvirtina išvadą, kad būtent magnetinis laukas sulaiko debesį nuo staigių virsmų. Dažnai magnetinis laukas tėra antraeilis veiksnys galaktinių dujų raidoje, tačiau Tarantulo ūkas – viena iš išimčių; tolesni jo tyrimai padės geriau suprasti, kaip magnetiniai laukai veikia dujas ir žvaigždžių formavimosi procesą nuo dešimčių parsekų mastelio iki protoplanetinių diskų. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Tolimose galaktikose dulkės kompaktiškesnės. Visose galaktikose esama dulkių. Daugiausiai jas sudaro įvairūs anglies ir silicio junginiai, kurie gerai sugeria regimuosius bei ultravioletinius spindulius, o įkaitę spinduliuoja infraraudonuosius. Dėl to galaktikų šviesa parausta ir – bent jau regimųjų ir UV ruožuose – prislopsta. Turėdami pilną galaktikos spektrą, galime įvertinti ir dulkių spinduliuotę, iš jos – jų kiekį, o tada – ir sukeliamą pritemdymą bei taip nustatyti, kiek galaktikoje iš tikro yra žvaigždžių ir kaip ryškiai jos šviečia. Bet pilną spektrą turime toli gražu ne visada. Kaip įvertinti dulkėtumą, turint tik regimųjų irba UV spindulių duomenis? Tam egzistuoja įvairios formulės, vadinamos ekstinkcijos dėsniais, bet kaip žinoti, kuri teisinga? O gal apskritai skirtingoms galaktikoms naudotinos skirtingos išraiškos? Naujame tyrime ieškoma atsakymų į šiuos klausimus, remiantis Hablo ir ALMA teleskopų duomenimis. Pasirinkę 122 galaktikas su daug dulkių, esančias skirtingu atstumu nuo mūsų, mokslininkai išnagrinėjo, kaip gerai įvairios dulkių poveikio formulės atitinka realų efektą, gaunamą įvertinus dulkių kiekį pagal ALMA infraraudonuosius duomenis. Savaime suprantama, skirtingos formulės duoda skirtingus rezultatus, tačiau pagrindinis, kiek netikėtas, atradimas, buvo dulkių pasiskirstymo galaktikose įvairovė. Skirtingu atstumu nutolusiose galaktikose – taigi ir skirtingu Visatos evoliucijos metu matomose – tipinis dulkių ir žvaigždžių populiacijų dydis nėra vienodas. Nevienodas ir šių dydžių santykis. Ties „kosminiu vidurdieniu“ – laikotarpiu prieš 10 milijardų metų, kai žvaigždės Visatoje formavosi sparčiausiai – žvaigždžių populiacijos išplitusios apie 2,5 karto daugiau, nei dulkės, o pora milijardų metų į vieną ir kitą pusę – tik apie 1,5-1,8 karto. Šiais laikais tipiškai žvaigždžių populiacijos yra netgi šiek tiek kompaktiškesnės už dulkes. Šis atradimas svarbus tuo, jog parodo, kad į dulkių pasiskirstymą galaktikoje labai svarbu atkreipti dėmesį, nes ne visos galaktikos žvaigždės gali būti dengiamos dulkių; taip pat tuo, kad prisideda prie geresnio supratimo apie žvaigždėdaros, dulkių formavimosi ir judėjimo galaktikose procesus bei jų kitimą vystantis Visatai. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.

***

Visatą rejonizavo pirmosios žvaigždės. Tik atsiradusi Visatos medžiaga buvo jonizuota – elektronai lakstė laisvai nuo protonų ar kitų branduolių. Praėjus 330 tūkstančių metų nuo Didžiojo sprogimo, įvyko rekombinacija, elektronai su protonais susijungė ir medžiaga tapo neutrali. Vėliau, per pirmąjį milijardą metų, įvyko rejonizacija – tarpgalaktinę erdvę vėl užpildė jonizuotos dujos. Kada tiksliai rejonizacija prasidėjo ir koks buvo pagrindinis jonizuojančios spinduliuotės šaltinis, iki šiol nėra aišku. Egzistuoja dvi pagrindinės hipotezės: arba jonizavo masyvios žvaigždės, greičiausiai mažose galaktikose, arba aktyvūs galaktikų branduoliai didelėse. Nauji James Webb teleskopo stebėjimai padės susigaudyti, kiek santykinai svarbūs šie šaltiniai. Stebėtas buvo dangaus lopinėlis aplink ypatingai ryškų ypatingai tolimą kvazarą SDSS J0100+2802. Jo šviesa iki mūsų keliauja 12,8 milijardo metų; kitaip tariant, jį matome iš laikų, kai Visata buvo 800 milijonų metų amžiaus. Kvazaro spinduliuotė, iki pasiekdama mus, praėjo pro daugybę dujų debesų ir tarpgalaktinės medžiagos, kuri ją šiek tiek sugėrė. Skirtingais atstumais esančios dujos sugėrė skirtingo bangos ilgio spinduliuotę, mat spinduliuotė tolygiai raudonavo dėl Visatos plėtimosi. Taigi stebėdami kvazarą ir regioną aplink jį, mokslininkai galėjo nustatyti, kiek sugeriančių dujų buvo skirtingais atstumais tarp kvazaro ir mūsų. Jie aptiko aiškius jonizuotų – prastai sugeriančių šviesą – dujų burbulus, kurie vėlesniais laikais susiliejo į vientisą jonizuotą tarpgalaktinę terpę. Taip pat didelis jonizuotas burbulas matomas ir aplink kvazarą, kurio jonizuojantys fotonai sklinda dešimtis megaparsekų į visas puses. Galaktikos, aplink kurias matomi burbulai – jų iš viso identifikuota net 117 – turi jaunas žvaigždžių populiacijas ir vis dar sparčiai formuoja žvaigždes. Iki šiol jokie stebėjimai nebuvo pakankamai jautrūs ir tikslūs, kad pajėgtų susieti jonizuotų burbulų padėtį ir dydį su konkrečiomis galaktikomis. Šie rezultatai – tik pirminiai, bet jais remiantis bus galima įvertinti, kiek jonizuojančių fotonų skleidžia galaktikos su skirtinga žvaigždėdara, taip pat kiek jų prideda kvazarai. Tada, žinodami tiek žvaigždžių formavimosi spartos, tiek kvazarų šviesio raidą per pirmąjį milijardą metų, astronomai galės įvertinti kiekvieno iš šių šaltinių indėlį į bendrą Visatos rejonizacijos biudžetą. Tyrimo rezultatai publikuojami trijuose straipsniuose The Astrophysical Journal.

***

Erdvėlaikis stabdo neutrinus? Iš kosmoso mus daugiausiai pasiekia fotonai – spinduliuotė nuo radijo iki gama ruožų. Yra ir kitų informacijos nešėjų – tai gravitacinės bangos, kosminiai spinduliai ir neutrinai. Pastarieji yra elementariosios dalelės, turinčios nykstamai mažą arba išvis nulinę masę. Jie susidaro įvairių energingų procesų metu – žvaigždžių branduoliuose termobranduolinėse reakcijose, supernovų sprogimuose, gama spindulių žybsniuose ir panašiai. Neutrinai beveik nesąveikauja su aplinka; kiekvieną sekundę mūsų kūnus kerta po trilijoną neutrinų, daugiausiai iš Saulės, bet reikia kilometrinių detektorių, kad pavyktų vos vieną-kitą užfiksuoti. Pastaraisiais metais vienas toks detektorius, Pietų ašigalyje įrengtas IceCube, aptiko kelias dešimtis neutrinų, kurie neabejotinai atskrieja iš už Saulės sistemos, o greičiausiai ir iš už Paukščių Tako ribų. Kryptys, iš kurių kai kurie atlėkė, gerai dera su gama spindulių žybsnių pozicijomis dangaus skliaute, taip pat gerai dera ir neutrinų aptikimo bei žybsnio pasirodymo momentai, taigi manoma, kad šių neutrinų šaltiniai ir yra tie gama spindulių žybsniai. Pirminė analizė atskleidė keistą tendenciją – kai kurie neutrinai, atrodo, pasiekė mus anksčiau už fotonus, o kiti – vėliau; kuo aukštesnė energija, tuo vėliau neutrinai atlekia. Nors skirtumai nedideli, beveik nesąveikaujančios dalelės jų išvis neturėtų patirti. Juo labiau, kad fotonus aplenkiantys neutrinai sukelia klausimų apie reliatyvumo teorijos pažeidimą. Naujame tyrime išanalizuoti naujausi IceCube bei Fermi gama spindulių teleskopo duomenys. Juose gerokai patikslintos neutrinų padėtys danguje, taigi sąsajos su gama spindulių žybsniais aiškesnės. Aptikti septyni neutrinai, kurių užfiksavimo laikas tikrai vėlesnis nei susijusio gama spindulių žybsnio; uždelsimas skaičiuojamas nuo kelių valandų iki kelių parų. Septyni duomenų taškai gali pasirodyti kaip visiškai menkas informacijos kiekis, bet visgi jis yra statistiškai reikšmingas: tikimybė, kad neutrinų delsa yra atsitikinė, nesiekia net 1%. Taip pat patvirtinta koreliacija tarp delsos ir energijos: kaip jau buvo pastebėta anksčiau, energingesni neutrinai vėluoja labiau. Kaip paaiškinti tokią tendenciją? Tyrimo autorių teigimu, tai gali būti kvantinės gravitacijos efektas. Gravitacija yra vienintelė iš keturių pagrindinių sąveikų, kurios kol kas nemokame aprašyti kvantinės fizikos kalba. Daugybė mokslininkų ieško būdų tą padaryti, o kai kurie pasiūlyti modeliai prognozuoja, kad pats erdvėlaikis turėtų sąveikauti su pro šalį lekiančiomis dalelėmis. Taigi tiesiog tuščia erdvė gali pristabdyti kai kuriuos neutrinus; kuo jie energingesni, tuo stabdomi stipriau. Aptinkant vis daugiau neutrinų, bus galima geriau apibrėžti, kiek jie stabdomi, ir išnagrinėti kitus galimus stabdančius veiksnius. Paaiškėjus, kad daleles tikrai stabdo pati erdvė, atradimas gali tapti vienu svarbiausių žingsnių tikrinant kvantinės gravitacijos modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

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

Laiqualasse