Kąsnelis Visatos DCVIII: Iškreipimai

Sferinė simetrija – dažnai gera aproksmacija, nagrinėjant kosmines sistemas. Ji leidžia apskaičiuoti įdomius dalykus turint vien pieštuką ir popieriaus ir veikia kaip atrama sudėtingesniems modeliams. Bet nukrypimai nuo jos – ne mažiau svarbūs. Neretai būtent nukrypimai apskritai leidžia suprasti, kas sistemoje vyksta. Pavyzdžiui, vos milimetrų aukščio kalnai neutroninėse žvaigždėse gali skleisti pastebimas gravitacines bangas. Akrecinių diskų įplyšimai pagreitina medžiagos kritimą į juodąsias skyles. O triašis Paukščių Tako halas išlenkia žvaigždžių diską. Kitose naujienose – Bennu mėginys Žemėje, astronautų kaulų atstatymas ir pirmųjų galaktikų cheminės sudėties kitimas. Gero skaitymo!

***

Bennu mėginiai – jau Žemėje. Sekmadienį NASA zondas Osiris-Rex sėkmingai į Žemę pargabeno asteroido Bennu uolienų mėginį. Pats zondas į Žemę nenusileido – tik praskrido 100 tūkstančių kilometrų atstumu ir išmetė specialią kapsulę. Ši po keturių valandų nusileido Jutos valstijoje JAV, o dar po dviejų valandų ji buvo nugabenta į sterilią patalpą laikinam saugojimui, kol bus perduota mokslininkams. Kapsulėje turėtų būti bent ketvirtis kilogramo asteroido medžiagos; tikslesnis kiekis paaiškės po poros dienų, kai kapsulė bus atidaryta. Tai didžiausias į Žemę pargabentas kosminis mėginys nuo Apollo misijų laikų; kiekis gerokai didesnis, nei prieš porą metų analogiškos Japonijos misijos Hayabusa2 parskraidintos asteroido Ryugu medžiagos. Šiandien kapsulė gabenama į Johnson kosmoso tyrimų centrą Hiustone. Pirmuosius preliminarius analizės rezultatus NASA ketina paskelbti kažkada spalį, tačiau nuodugnių tyrimų rezultatų greičiausiai teks laukti bent pusmetį. Asteroido – ar Bennu, ar kito panašaus – mėginiai svarbūs tuo, kad jų medžiaga labai menkai pakito per puspenkto milijardo metų trunkančią Saulės sistemos egzistenciją. Taigi nagrinėdami juos mokslininkai gali vis geriau suprasti, kaip formavosi visa sistema, įskaitant ir mūsų Žemę. Osiris-Rex, tuo tarpu, skrenda asteroido Apofio link. Šį jis turėtų pasiekti 2029 metais, kaip tik tada, kai asteroidas artės labai artimam praskridimui pro Žemę.

***

Astronautų kaulų atstatymas. Buvimas kosmose, mikrogravitacijos sąlygomis, turi įvairų, daugiausiai neigiamą, poveikį žmogaus organizmui. Vienas iš efektų yra kaulų atrofija, apie 12 kartų spartesnė, nei Žemėje. Kas mėnesį astronautai netenka maždaug 1% kaulų masės – net per keleto mėnesių misiją toks pokytis gali sukelti problemų grįžus į Žemę, o ką kalbėti apie skrydį į Marsą ar dar toliau? Pagrindinis dabar naudojamas būdas sulėtinti šį procesą – reguliarus fizinis aktyvumas. Visgi mankšta nevienodai apkrauna skirtingus kaulus, taip pat užima nemažai laiko, o jei astronautas susižeidžia, gali apskritai tapti neįmanoma. Taigi mokslininkai ne vienus metus ieško būdų, kaip kaulų augimą ir atsistatymą paskatinti medikamentais. Prieš keletą metų atrasta molekulė NELL-1 padeda šiam procesui, o vėliau sukurta dirbtinė jos versija, sujungta su polietileno glikoliu, prailgina veikimo trukmę nuo 5,5 iki 15,5 valandos, taigi medikamentą galima daug rečiau dozuoti. Dabar sukurtas dar vienas molekulės patobulinimas, padedantis tiksliau paveikti būtent kaulus ir kremzles. Šįkart prie molekulės prijungtas bisfosfanatas (BP) – kita molekulė, anksčiau tirta kaip galimas preparatas, saugantis nuo kaulų išretėjimo. Ankstesni tyrimai nedavė norimų rezultatų, nes bisfosfanatas pasižymėjo nemaloniais šalutiniais poveikiais – virškinimo sutrikimais ir skrandžio skausmais. Sujungę BP ir NELL-1, mokslininkai ištyrė molekulės poveikį kaulų audiniui mėgintuvėliuose bei pelėse. Junginio poveikis pasirodė labai geras: jis veikė būtent kaulus, o neigiamų efektų neaptikta jokiuose kituose audiniuose, įskaitant kepenis, blužnį, plaučius, smegenis, širdį, raumenis ar kiaušides. Devynias savaites patikrinę BP-NELL veikimą 40-yje pelių Tarptautinėje kosminėje stotyje, mokslininkai nustatė, kad jų visų kaulai augo sparčiau, nei injekcijų negavusių pelių, o neigiamų efektų vėlgi nepastebėta. Šis preparatas padės ne tik astronautams palaikyti bei atstatyti kaulų funkciją po kosminių misijų, bet ir pacientams Žemėje, kurių kaulai nusilpę, o mankšta dėl įvairių priežasčių (pavyzdžiui, sužalojimų ar insulto) neįmanoma. Tyrimo rezultatai publikuojami NPJ Microgravity.

***

Saulės pliūpsniai šluoja dulkes. Prieš du dešimtmečius mokslininkai apskaičiavo, jog iš Saulės besiveržiantys plazmos srautai, vadinami vainikinės masės išmetimais, turėtų nušluoti kelyje pasitaikančias tarpplanetines dulkes. Dabar pagaliau šis procesas užfiksuotas realybėje. Zondas Parker Solar Probe, skriejantis ištęsta orbita Saulės apylinkėse, nuolat fotografuoja aplinką. Taip galima susidaryti vaizdą, kiek ten yra tarpplanetinių dulkių – jos atspindi Saulės šviesą, todėl kur dulkių daugiau, ten ir erdvė atrodo šviesesnė. Pernai rugsėjį, skrisdamas arčiausiai Saulės, zondas užfiksavo gerokai mažiau šviesos, nei per tris ankstesnius praskridimus identiška orbita. Šis šviesos lygio sumažėjimas sutapo su milžinišku vainikinės masės išmetimu, kuris kaip tik pataikė į zondą. Tarpplanetines dulkes plazmos srautas nustūmė beveik 10 milijonų kilometrų, arba apie 7% atstumo tarp Saulės ir Žemės. Tiesa, susidariusią ertmę beveik iškart užpildė dulkės iš aplinkinių regionų, kurių vainiko medžiaga nepalietė. Būtent šis greitas užpildymas yra priežastis, kodėl tokios sąveikos neįmanoma aptikti iš toli – stebint iš Žemės, trumpalaikio tarpplanetinių dujų pranykimo palyginus nedideliame regione prie Saulės užfiksuoti tiesiog neįmanoma. Įdomu, kad anksčiau Parker Solar Probe dulkių sumažėjimo neužfiksavo, nors skrido pro kitus vainikinės masės išmetimus, tiesa, silpnesnius. Greičiausiai tai reiškia, kad tik labai stiprūs plazmos srautai iššluoja dulkes savo kelyje. Žinodami, kaip plazma sąveikauja su dulkėmis ir kaip vienos kitas paveikia, mokslininkai galės geriau prognozuoti kosminius orus. Kitas, susijęs atradimas, padarytas analizuojant tuos pačius duomenis – tarpplanetinės šviesos sumažėja tose vietose, kur matomos „skylės“ Saulės vainike: regionai, kur vainiko plazma gerokai retesnė. Toks ryšys nestebina, tačiau papildomai įrodo, jog vainiko skylės susijusios su greitesniu, taigi ir retesniu, Saulės vėju, kuris pats spinduliuoja blausiau. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Europos anglies dvideginis – vietinis. Jupiterio palydovas Europa po lediniu paviršiumi turi vandenyną. Žinome, kad jame vyksta įvairūs cheminiai procesai, nes iš apačios jį kaitina palydovo gelmių šiluma bei pasiekia įvairios mineralinės medžiagos. Visgi tikslios vandenyno savybės toli gražu neaiškios. Praktiškai vienintelis būdas tyrinėti vandenyną – ieškoti į paviršių besiveržiančių geizerių ar jų paliktų nuosėdų. Dabar mokslininkai nustatė, kad Europos vandenyne esama anglies dvideginio. Šių molekulių Europos paviršiuje užfiksuota ir seniau, bet nebuvo aišku, kurioje tiksliai paviršiaus vietoje jos yra – koncentruotos ar pasklidusios visur. Taigi egzistavo ir kelios kilmės hipotezės: popaviršinis vandenynas, meteoritų smūgiai arba uolienų (meteoritinių ar iškeltų iš gelmių po vandenynu) irimas veikiant Saulės šviesai. Siekdami įnešti aiškumo, astronomai atliko Europos stebėjimus James Webb teleskopu. Jo erdvinė skyra pakankama, kad būtų galima nustatyti cheminės sudėties variacijas palydovo paviršiuje. Paaiškėjo, kad anglies dvideginis sukoncentruotas vienoje vietoje – 1800km skersmens Tara regione, kuris pasižymi chaotišku gruntu. Taip vadinama gausybė įvairaus dydžio ir skirtingų krypčių ledo sueižėjimų ir iškilimų, kiek primenančių ledo lyčių grūstį. Manoma, kad chaotiškas gruntas susidaro, kai vanduo iš gelmių ima skverbtis į paviršių ir aptirpdo ledą; tada šis ima judėti ir susigrūda. Tame pačiame regione aptikta ir aukšta natrio chlorido – valgomosios druskos – koncentracija. Tokia dviejų puikiai vandenyje tirpių mineralų gausa viename palydovo paviršiaus regione praktiškai nepalieka abejonių, kad jie kilę iš vandenyno. Tiesa, šiuo metu besiveržiančių geizerių aptikti nepavyko – matomai, jie spjaudosi tik kartkartėmis. Tolesni Tara regiono tyrimai padės suprasti vandenyno cheminę įvairovę ir taip priartins mus prie atsakymo, ar ten gali būti gyvybės. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose Science: anglies dvideginio pasiskirstymas, geizerių paieška.

***

Herbig-Haro 211 – besiformuojančios žvaigždės čiurkšlės. James Webb teleskopo nuotrauka. Šaltinis: ESA/Webb, NASA, CSA, Tom Ray (Dublin)

James Webb teleskopas, kaip jau gerai žinome, apvertė ne vieną astronominę teoriją ar dėsnį. Pagrindinė tokių rezultatų priežastis – beprecedentiškai aukšta jo skyra, leidžianti pažvelgti labai detaliai į labai mažus objektus dangaus skliaute. Čia matome vieną tokių įžvalgų – Herbig-Haro objektą. Taip vadinamos besiformuojančių žvaigždžių išmetamos čiurkšlės, kurios išsiveržia iš žvaigždę gaubiančių dulkių ir sukelia smūgines bangas aplinkinėse dujose. Netikrų spalvų vaizde tos smūginės bangos ryškiai atsiskleidžia kaip raudoni išlenkti frontai, tolstantys viršun dešinėn ir apačion kairėn nuo tamsaus centro. Šį objektą nuo mūsų skiria apie 300 parsekų.

***

Neutroninių žvaigždžių kalnai. Neutroninė žvaigždė yra maždaug dviejų Saulės masių kūnas, suspaustas į keliolikos kilometrų skersmens rutulį. Gravitacija jo paviršiuje – milžiniška. Jei ji sugeba suspausti elektronus ir protonus į neutronus, ji turėtų sugebėti išlyginti paviršių į idealią sferą, ar ne? Ogi ne – neutroninių žvaigždžių paviršiuje esama kalnų ir kitokių nelygumų. Aišku, kalnų aukštis siekia vos milimetrus, bet ir to pakanka, kad milžiniška jų masė paveiktų žvaigždės sukimąsi. Jau ne vieną dešimtmetį žinome apie vieną iš poveikių: kartais neutroninės žvaigždės plutoje įvyksta persislinkimai, dėl kurių staigiai pakinta žvaigždės sukimosi periodas. Tokie „trūkiai“ yra geologinių procesų atitikmuo. Naujame tyrime nagrinėjama, kokias gravitacines bangas galėtų skleisti neutroninių žvaigždžių kalnai ir apskritai kokie tie kalnai galėtų būti. Ieškodami atsakymo į antrąjį klausimą, mokslininkai pasitelkė į pagalbą žinias apie kai kuriuos Saulės sistemos kūnus: Europą, Enceladą ir Merkurijų. Visi jie turi vieną panašumą į neutronines žvaigždes: palyginus ploną plutą, dengiančią stambų branduolį. Merkurijuje branduolys metalinis, o Europoje ir Encelade – vanduo. Merkurijaus uolinėje plutoje matyti daug lenktų skardžių, o Europoje ir Encelade – ilgų tiesių kalnų bei griovių. Visais atvejais kalnus sukūrė sąveika tarp branduolio ir plutos. Jei neutroninėse žvaigždėse vykstantys procesai bent kiek nors panašūs, jose irgi gali būti ilgų tiesių arba, priešingai, trumpų lenktų kalnų grandinių. Tokie žvaigždžių formos netolygumai, greitai besisukantys su visu žvaigždės paviršiumi, skleidžia gravitacines bangas. Bangų forma priklauso nuo kalnų formos, taigi aptikę tokį signalą iš principo galėtume nustatyti ir paviršiaus netolygumų išvaizdą. Be to, gravitacinės bangos sukelia paviršiaus įtampą, kuri neleidžia neutroninei žvaigždei suktis greičiau už tam tikrą kritinę ribą, panašią į šiuo metu žinomas maksimalias sukimosi greičio vertes. Taigi nors kol kas gravitacinių bangų iš neutroninių žvaigždžių netolygumų aptikę nesame, ateityje jos gali tapti svarbiu duomenų šaltiniu, nagrinėjant šių žvaigždžių savybes. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsusis halas iškreipia Galaktikos diską. Pastaraisiais metais astronomai išsiaiškino, kad Paukščių Tako diskas nėra visai plokščias – išorinėje dalyje, gerokai toliau, nei Saulės orbita, jis užlinksta. Įprastinis šio reiškinio paaiškinimas – galaktikų susiliejimai arba artimi prasilenkimai. Pavyzdžiui, prieš šešis milijardus metų statmenai Paukščių Tako diskui pralėkė palydovinė Šaulio galaktika. Jos gravitacija galėjo patempti žvaigždžių orbitas į šalį. Visgi šis paaiškinimas neatrodo išsamus. Pavyzdžiui, yra žinoma, jog maždaug pusė diskinių galaktikų turi panašius išlenkimus, bet susiliejimų ar artimų sąveikų požymių matome gerokai mažesnėje dalyje. Naujame tyrime parodyta, kad poveikį galaktikos diskui gali turėti kampu pasviręs tamsiosios materijos halas. Halai gaubia praktiškai kiekvieną galaktiką, o išorinėje dalyje jų masė gerokai viršija žvaigždžių ir dujų masę. Dažniausiai halo forma yra triašis elipsoidas, kurio trumpoji ašis maždaug statmena galaktikos diskui. Maždaug, bet ne tiksliai. Pasitelkę milžinišką kosmologinį skaitmeninį modelį TNG50, kuriame sekama daugybės galaktikų evoliucija per milijardus metų, tyrėjai išmatavo, kaip keičiasi kampas tarp galaktikos žvaigždžių disko plokštumos ir tamsiosios materijos halo pagrindinės plokštumos. Paaiškėjo, kad apie pusėje į mūsiškę panašių galaktikų šis kampas viršija 10 laipsnių. Tai daugiau, nei stebimas Paukščių Tako disko išlinkimas. Detaliai išnagrinėję vieną tokią galaktiką mokslininkai nustatė, kad palinkęs tamsusis halas per keletą milijardų metų gali patraukti į šalį ir žvaigždžių orbitas išorinėje disko dalyje – taip suformuojama struktūra iš esmės atitinka mūsų Galaktikos disko vaizdą. Krypties neatitikimas tarp žvaigždžių disko ir tamsaus halo atsiranda irgi dėl sąveikų su aplinkinėmis galaktikomis, bet tos sąveikos gali būti tolimesnės ir vykti seniau, nei pagal ankstesnį, „tiesioginį“, paaiškinimą. Taip pat pastebėta, kad tamsiojo halo palinkimą gerai atkartoja žvaigždžių halo kryptis. Tai reiškia, kad stebėdami žvaigždžių halą, galime patikimai įvertinti ir tamsiojo formą. Žinodami ją, galėsime patikrinti šio tyrimo išvadas apie halo krypties ir disko išlinkimo ryšį bei apskritai geriau įvertinti individualių galaktikų sąveikų su kaimynėmis istoriją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Greitai mintančios juodosios skylės. Aktyvus galaktikos branduolys yra supermasyvi juodoji skylė ir aplink ją susidariusios dujų struktūros. Dujos, krisdamos skylės link, įkaista ir ima labai ryškiai spinduliuoti. Viena pagrindinių struktūrų yra akrecinis diskas – paplokščias santykinai tankus dujų telkinys, supantis skylę, nusidriekęs šimtus ar tūkstančius astronominių vienetų (1 AU yra atstumas tarp Saulės ir Žemės, 150 milijonų kilometrų). Standartiniai teoriniai modeliai rodo, kad disko evoliucija turėtų vykti tūkstančių metų ir ilgesnėmis laiko skalėmis. Kitaip tariant, per visą modernių astronominių stebėjimų istoriją neturėtume pamatyti jokių reikšmingų pokyčių aktyvių branduolių spinduliuotėje, bent jau toje, kuri sklinda iš disko. Realybė – gerokai kitokia: žinoma ne viena dešimtis „kintančios išvaizdos“ aktyvių branduolių, kurių spinduliuotė reikšmingai pakinta per keletą mėnesių; daugumos tik į vieną pusę (susilpnėja arba sustiprėja), bet kai kuriuose pokyčiai stebimi ne vieną kartą. Prieš maždaug dešimtmetį pasiūlytas galimas sprendimas: diskas dažnai gali „suplyšti“ dėl reliatyvistinių efektų. Juodoji skylė, besisukdama aplink savo ašį, kartu ima tempti ir aplinkinį erdvėlaikį. Disko medžiaga dažniausiai išsidėsčiusi ne toje pačioje plokštumoje, kaip juodosios skylės sukimosi plokštuma, taigi diskas ima precesuoti. Tačiau centrinė disko dalis precesuoja sparčiau, nei išorinė, todėl diskas išsikreipia ir gali suplyšti į dvi ar daugiau dalių. Tuo metu suskaičiuoti skaitmeniniai modeliai parodė, kad disko dalių sąlyčio taškuose medžiaga gali labai efektyviai sulėtėti ir į juodąją skylę įkristi sparčiau, nei tolygaus disko atveju. Taip disko evoliucija pagreitėjo, bet ne tiek, kiek stebima. Be to, tie modeliai įtraukė tik vieną reliatyvistinį efektą – erdvėlaikio tempimą ratu. Tad liko neaišku, kokią įtaką gali turėti kiti reliatyvistiniai procesai. Dabar ši spraga užpildyta: naujas, pilnai reliatyvistinis, modelis parodė dar efektyvesnį disko plėšymą. Naujajame modelyje įtraukti ir reliatyvistiniai efektai, tokie kaip erdvėlaikio iškreipimas aplink masę turinčius kūnus, ir magnetiniai reiškiniai, irgi svarbūs akrecinių diskų evoliucijai. Diskas suplyšo panašiai, kaip ir ankstesniuose modeliuose, o ties plyšiu dujos iš skirtingų disko zonų ėmė sąveikauti tarpusavyje ir sparčiai lėtėti. Tada jos siaurais pluoštais krisdavo ant vidinės disko dalies, ten sukeldavo smūgines bangas, kurios padėdavo efektyviai numesti dujas dar arčiau centro. Kitas, nepriklausomas efektas – vidinė disko dalis ėmė reguliariai pūstis ir trauktis sukimosi ašies kryptimi. Kiekvienas susitraukimas irgi sukeldavo smūginę bangą ir vėl paspartindavo akreciją. Taip po suplyšimo vidinis diskas į juodąją skylę sukrisdavo ypatingai greitai – užtrukdavo nuo keleto parų iki mėnesių. Vėliau išorinis diskas, po truputį plisdamas centro link, suplyšdavo iš naujo ir procesas kartodavosi. Toks scenarijus tikrai gali paaiškinti sparčiai kintančius aktyvius branduolius. Taip pat jis gali padėti išaiškinti, kaip pirmosios supermasyvios juodosios skylės labai greitai užaugo iki milžiniškų masių: disko plyšimas ir atsikūrimas galėjo jas maitinti daug efektyviau, nei pagal standartinį vientiso disko modelį. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Aktyvūs branduoliai keičia galaktikų cheminę sudėtį. Aktyvūs galaktikų branduoliai yra supermasyvios juodosios skylės, į kurias sparčiai krenta dujos. Jos skleidžia labai ryškią spinduliuotę, dažnai intensyvesnę už visų galaktikos žvaigždžių kartu sudėjus. Taip pat neretai aktyvūs branduoliai paleidžia čiurkšles ar vėjus, kurie lekia tolyn ir stumia dujas lauk iš galaktikos. Natūralu, kad tokioje aplinkoje verta tikėtis kitokių dujų savybių, pavyzdžiui, cheminės sudėties. Dar neseniai stebėjimai, kuriais įmanoma nustatyti cheminę sudėtį, neturėjo pakankamos erdvinės skyros, kad išskirtume regionus, tiesiogiai veikiamus aktyvaus branduolio čiurkšlės arba vėjo, ir greta esančius. Dabar, naudodamiesi teleskopų masyvu ALMA, astronomai įveikė šią problemą ir gavo erdviškai išskirtus aktyvios galaktikos NGC 1068 centrinės dalies spektrinius vaizdus. NGC 1068 yra viena artimiausių aktyvių galaktikų, tad dažnai tampa stebėjimų taikiniu, siekiant išsiaiškinti juodųjų skylių maitinimo ir poveikio aplinkai procesus. Naujieji stebėjimai parodė, kad galaktikos tėkmėje, sklindančioje dvigubu kūgiu nuo centro, likusioje centrinėje dalyje bei tolimesniuose regionuose esančių šaltų dujų cheminė sudėtis skiriasi. Tėkmėje praktiškai nėra tokių molekulių, kaip anglies monoksido ar metanolio. Yra žinoma, kad jas lengvai suardo tiek energinga spinduliuotė, tiek energingų dalelių smūgiai. Iš kitos pusės, ten daug vandenilio cianido ir panašių molekulių, kurios žinomos kaip „mėgstančios“ stiprios spinduliuotės veikimą aplinką. Žvelgiant šalia tėkmės, skirtumai matyti tarp aplinkbranduolinio 60 parsekų skersmens regiono ir tolimesnio, 350 parsekų dydžio žvaigždes formuojančio žiedo. Arčiau centro vėlgi matyti daugiau vandenilio cianido, taip pat silicio oksido, o tolimesniame žiede – anglies monoksido. Silicio oksidas susidaro smūginėse bangose, tad panašu, kad aplink juodąją skylę pagrindinį poveikį turi būtent jos, net jei tėkmė tiesiogiai tomis kryptimis neplinta. Tuo tarpu energingos spinduliuotės įtaka ten – maža, mat aptikta nedaug laisvų cianido radikalų, kurie iš visų tirtų molekulių labiausiai koreliuoja su rentgeno spinduliuotės srautu. Iš šių rezultatų matyti, kad aktyvaus branduolio poveikis pasireiškia ir tėkmėje, ir aplink ją, ir svarbesnis yra būtent mechaninis – sparčiai judančios medžiagos – poveikis, o ne tiesioginė spinduliuotė. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose The Astrophysical Journal: cheminė sudėtis tėkmėje, cheminė sudėtis aplink ją.

***

Daug diskinių galaktikų senovėje. Aplinkinėje Visatoje maždaug pusė ar kiek daugiau galaktikų yra diskinės, panašios į Paukščių Taką. Likusios yra arba elipsinės, arba netvarkingos – pavyzdžiui, neseniai patyrusios susiliejimą. Ilgą laiką, remiantis daugiausiai Hubble stebėjimais, buvo manoma, kad diskinių galaktikų ėmė gausėti tik praėjus apie šešiems milijardams metų po Didžiojo sprogimo; anksčiau galaktikos atrodė esančios tik elipsinės arba, dažniausiai, netvarkingos. Jau vieni pirmųjų James Webb stebėjimų pakeitė vaizdą, atskleisdami diskines galaktikas egzistuojant labai jaunoje Visatoje. Dabar paskelbta kol kas išsamiausia tolimų galaktikų formų analizė rodo, kad diskinės galaktikos praktiškai visada buvo dažniausias tipas. Nagrinėjama imtis apėmė beveik keturis tūkstančius galaktikų. Jų šviesa iki mūsų keliavo 9-13 milijardų metų. Kiekvienos galaktikos formą mokslininkai klasifikavo dviem būdais: iš akies ir programiškai. Klasifikavimas „iš akies“ dar neseniai buvo pagrindinis būdas įvertinti galaktikų formą, tad juo pasinaudota pasitelkus šešis nepriklausomus savanorius kiekvienai galaktikai. Automatizuoti algoritmai nėra tokie patikimi, bet leidžia kiekybiškai įvertinti galaktikų spirališkumą, diskiškumą ar kitas savybes. James Webb nuotraukos, daug ryškesnės ir detalesnės už Hablo, atskleidė, kad net ir tarp labai tolimų galaktikų tikrai netvarkingos formos pasitaiko retai. Dauguma jų gana aiškiai diskinės – ši rūšis sudaro 40-60% visų galaktikų nepriklausomai nuo nagrinėjamo laikotarpio. Tiesa, tik tarp galaktikų, kurių žvaigždžių masė viršija milijardą Saulės masių (Paukščių Takas už šią ribą didesnis apie šimtą kartų). Tarp mažesnių galaktikų diskinių mažiau – 20-30%, – o dominuoja netvarkingos. Visgi tiek tarp didelių, tiek tarp mažų galaktikų diskinių yra gerokai daugiau, nei manyta iki šiol. Įdomu, kad naujieji rezultatai gana gerai atitinka skaitmeninių kosmologinių modelių prognozes. Anksčiau atrodė, kad šie modeliai formuoja per daug diskinių galaktikų ir per anksti, bet, pasirodo, situacija kaip tik priešinga. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Pirmosios galaktikos metalėjo lėčiau. Šiuolaikinės galaktikos pasižymi įvairiais dėsningais sąryšiais tarp įvairiausių parametrų. Pavyzdžiui, daugumos jų žvaigždžių formavimosi sparta proporcinga jau esamai žvaigždžių masei. Taip pat su žvaigždžių mase auga ir galaktikos metalingumas – už helį sunkesnių cheminių elementų kiekis. Sąryšiai tarp šių trijų dydžių buvo labai panašūs pastaruosius 12 milijardų metų; aišku, galaktikos tolimoje praeityje vidutiniškai buvo mažesnės, bet ir žvaigždes formavo vidutiniškai lėčiau, ir metalų jose buvo mažiau. Dabar pirmą kartą mokslininkams pavyko pažvelgti į šiuos sąryšius galaktikose, kurių šviesa iki mūsų keliauja virš 13 milijardų metų. Paaiškėjo, kad ten jie buvo gerokai kitokie. Tas galaktikas matome tokias, kokios jos buvo Visatai esant maždaug 600 milijonų metų amžiaus – pačioje jaunystėje. Žvaigždžių formavimosi sparta jose apie 10-100 kartų viršija tipinę vėlesnių laikų tokios pat masės galaktikoms. O metalingumas ten, priešingai, keletą kartų žemesnis. Abi tendencijos rodo, kad į pirmykštes galaktikas labai sparčiai krito medžiaga iš tarpgalaktinės erdvės. Ši medžiaga dar nebuvo praturtinta sunkesniais už helį elementais, todėl, sumišusi su jau esančia galaktikose, ji sumažino galaktikų metalingumą. Didelis dujų kiekis leido žvaigždėms formuotis sparčiai – daug sparčiau, nei panašaus dydžio galaktikose vėliau. Tiek žvaigždėdaros spartos, tiek metalingumo sąryšiai nuo šiandieninių skiriasi labiau, nei prognozavo dauguma skaitmeninių modelių; metalingumo sąryši atkuria tik du iš keturių didelių modernių modelių, o žvaigždėdaros spartos sąryšio pilnai neatkuria nei vienas – mažose galaktikose ji spartesnė už bet kokias prognozes. Akivaizdu, kad šie atradimai reikalauja teorinių modelių patobulinimo, įtraukiant ir paaiškinant tokią stiprią tarpgalaktinės medžiagos įtaką. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Mūsų Visata – nuostabi ir pilna įvairiausių dalykų: planetų, žvaigždžių, dulkių, dujų, juodųjų skylių, tamsiosios materijos… Na, dėl pastarosios nesame visiškai tikri. Bet galėjo visata būti ir kitokia. Egzistuoja daugybė galimų fundamentalių parametrų kombinacijų, kurios leistų visatai vystytis labai kitaip; o kai kurios kombinacijos apskritai sustabdytų visatą netrukus po Didžiojo sprogimo. Apie tokias galimybes pasakoja John Michael Godier:

***

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

Laiqualasse

5 komentarai

  1. Vis žiūriu ir galvoju, kodėl straipsnio pavadinimas paryškintas? Gal buvo kokia proga?

    1. Nebuvo. Tiesiog kopipeistindamas vietoj Ctrl+Shift+v paspaudžiau Ctrl+v ir nepastebėjau :D

  2. Turiu tokį klausimą. Ar egzistuoja kažkokia galaktikos žvaigždžių koordinačių 3D erdvėje sistema, ar bent mėginimai tokią sukurti? Už ataskaitos tašką (0,0,0) imant, tarkime, galaktikos centrą ar bet kokį kitą arbitrary tašką. Ir jei nėra, ar tik praktinių priežasčių (neduotų naudos) ir žinių trūkumo – gal nežinome tvirtai jų padėčių išskyrus dangaus skliaute, ar orbitų, ar pan., ar tiesiog iš principo neįmanoma dėl kažkokių priežasčių?

    1. Egzistuoja ne viena koordinačių sistema, bet jos paprastai apsiriboja dvimačiu dangaus skliautu. Vieningos trimatės sistemos poreikio nelabai yra, o jei nagrinėjamas koks konkretus objektas, jo trimatė padėtis dažniausiai nurodoma kaip dvimatės koordinatės kurioje nors egzistuojančioje sistemoje (paprastai pusiaujinėje arba, kartais, galaktinėje) ir atstumas nuo mūsų.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.