Kąsnelis Visatos DCXVII: Išsisklaidymas ir susitelkimas

Jei paimtume vandens pilną balioną ir suspaustume vienoje pusėje, kitoje jis išsipūstų, nes vanduo nesiduoda suspaudžiamas ir bando pabėgti kitur. Su dujomis yra kitaip – jas galima suslėgti arba praretinti palyginus lengvai. Taigi kosmose visokiausi išsisklaidymo ir susitelkimo (ar susispaudimo) procesai vyksta nuolatos ir yra labai svarbūs. Štai, pavyzdžiui, žvaigždės formuojasi grupėse, kurios vėliau išsisklaido – dabar žinome, kad laiko tarpas tarp šių įvykių siekia apie pusšešto milijono metų. Paukščių Taką supa daug palydovinių galaktikų; anksčiau manėme, kad tokia šeimyna egzistuoja bent dešimt milijardų metų, bet dabar atrodo, kad ji formuotis pradėjo maždaug prieš tris ir dar tik telkiasi. Elipsinės galaktikos aplinkinėje Visatoje atrodo labiau susitelkusios, nei spiralinės, o naujame tyrime paaiškinama, kad tai – natūrali struktūrų formavimosi proceso pasekmė. Kitose naujienose – išsami studija apie asteroido-žudiko nukreipimą, naujas aukso formavimosi būdas ir netikėtai įvairi vienos pirmųjų galaktikų cheminė sudėtis. Gero skaitymo!

***

Asteroidų nukreipimo geopolitiniai pavojai. Asteroido smūgis į Žemę, jei asteroidas bent kelių šimtų metrų skersmens, būtų katastrofa visai žmonijai. Tokį įvykį šį pavasarį modeliavo ir nagrinėjo Planetos gynybos konferencijos (PDC 2023) dalyviai – mokslininkai, politikai ir diplomatai. Dabar paskelbta išsami konferencijoje aptartų problemos aspektų studija. Modeliuojamas įvykis buvo 500 metrų skersmens asteroido, kuris į Žemę pataikys 2036-aisiais, atradimas. Taigi pagal šį scenarijų žmonija turėtų 12,5 metų pasiruošti irba sustabdyti katastrofą. Konferencijoje buvo aptariamos įvairios detalės: asteroido nukreipimo ar sunaikinimo būdai, geopolitinės pasekmės tarpvalstybiniams santykiams, ekonominiai ir socialiniai iššūkiai tiek paveikiamam regionui, tiek visai planetai. Nors 500 metrų asteroidas visos žmonijos ar netgi visos mūsų civilizacijos nesunaikintų, smūgio poveikis būtų milžiniškas: devynių kilometrų skersmens krateris, šimtų ar tūkstančių kilometrų atstumu sukelti gaisrai, daugybė dulkių atmosferoje – arba dešimčių-šimtų metrų aukščio cunamio bangos, šluojančios pakrantes tūkstančių kilometrų atstumu nuo smūgio į vandenyną vietos. Sustabdyti katastrofą, turint tik 12,5 metų, įmanoma, bet sudėtinga: daug „švelnių“ metodų reikalauja daugiau laiko. Efektyviausias stabdis būtų branduolinis užtaisas, susprogdintas tinkamai parinktoje vietoje šalia asteroido, kad pakreiptų jo trajektoriją, bet nesuardytų jo į daugybę šipulių, kurie sutalžytų Žemę tarsi raketos skeveldros. Tačiau valstybėms susitarti tarpusavyje dėl branduolinio užtaiso paleidimo gali būti labai sudėtinga, o turint omeny šiandieninę geopolitinę situaciją, gal net ir neįmanoma. Didžiulė socialinė problema būtų masinė žmonių evakuacija iš tikėtino poveikio regiono. Asteroido smūgio vietą gana tiksliai žinotume dar gerokai iki jam pataikant, taigi žmonės, gyvenantys netoli jos, tikrai stengtųsi persikelti ten, kur jų nenušluos sprogimas ar cunamis. Kaip pasaulis susidorotų su tokia milžiniška pabėgėlių banga – nežinia, bet perspektyva neatrodo džiuginanti. Priklausomai nuo to, kuris regionas būtų paveiktas, masinė evakuacija gali turėti milžiniškų pasekmių ir ekonomikai: tereikia įsivaizduoti, kas nutiktų, jei staiga žmonės pradėtų masiškai bėgti iš rytinės JAV pakrantės ir vakarų Europos. Daugelis šių problemų kiltų likus ne vieniems metams iki smūgio. Galimas net ir toks „mirties spiralę“ primenantis scenarijus, kad ekonominiai sukrėtimai sužlugdytų projektus sustabdyti asteroido smūgį, nes, pavyzdžiui, nebeliktų kam dirbti kasyklose išgaunant būtinus retus mineralus. Smūgio padariniai gali pasireikšti ir klimato atvėsimu, kuris lemtų staigiai suprastėjusi ar net pranykstantį derlių – išaugusios maisto kainos dar labiau destabilizuotų sudėtingą situaciją visame pasaulyje. Galiausiai, dar viena problema planuojant bet kokį atsaką į asteroido smūgį yra tipinis ketverių-penkerių metų laikotarpis, kiek trunka daugumos demokratinių valstybių valdžios pareigūnų kadencijos. Dėl šios priežasties reta vyriausybė planuoja projektus ilgiau nei vienai kadencijai į priekį, o valdžios pasikeitimas gali sulėtinti ar net sustabdyti bet kokį pradėtą projektą. Laimei, tikėtina, kad realų asteroidą-žudiką aptiksime anksčiau, nei šiame scenarijuje, bet pavojaus tai nepanaikina. Belieka tikėtis, kad iškilus tikram pavojui, žmonija (na, labiausiai didžiųjų valstybių vadovai) sugebės susivienyti. Straipsnį rasite Acta Astronautica.

***

Vandenilis Mėnulio mėginiuose. Mėnulio paviršius – labai sausas, o visos lakios medžiagos, kaitinamos Saulės spindulių, lengvai pabėga iš silpno gravitacinio lauko. Toks palydovo apibūdinimas atrodė teisingas prieš porą dešimtmečių, bet pastaruoju metu vis labiau keičiasi. Taip, paviršius tikrai sausas, bet ne visiškai, o ir šiek tiek lakių medžiagų ten galima rasti. Tiesą sakant, Saulės vėjas netgi gali jų ten atnešti. Apie helio egzistavimą Mėnulyje žinome dar nuo Apollo misijų laikų, nors tik neseniai nustatyta, kad jį ten tikrai atneša Saulės vėjas. O dabar pirmą kartą Mėnulio grunto mėginiuose aptikta Saulės vėjo atnešto vandenilio. Tirdami vieną Apollo astronautų pargabentą mėginį elektronų mikroskopu, tyrėjai aptiko pūslelių su vandenilio molekulėmis. Jos aptiktos dviejų kalcio fosfato mineralų, apatito ir merilito, granulių paviršiuje. Granulės buvo paveiktos – apardytos – Saulės vėjo, taigi galima pagrįstai daryti išvadą, jog vandenilis į jas pateko irgi iš Saulės vėjo. Vandenilio egzistavimas Mėnulio regolite – labai gera žinia būsimiems Mėnulio kolonistams. Vandenilis gali susijungti su mineraluose esančiu deguonimi ir suformuoti vandens molekules. Vanduo, savaime suprantama, naudingas dėl daugybės priežasčių, taigi galėdami jį išgauti visame Mėnulio paviršiuje, žmonės turės daug daugiau galimybių kolonizuoti mūsų palydovą. Tyrimo rezultatai publikuojami Communications Earth & Environment.

***

Metanas egzoplanetos atmosferoje. Didžiųjų Saulės sistemos planetų – Jupiterio, Saturno, Urano ir Neptūno – atmosferose randama daug metano. Tiesą sakant, tai yra pagrindinė anglies turinti molekulė šiose planetose. Teoriniai modeliai rodo, kad taip turėtų būti visose didelėse planetose, kurių temperatūra neviršija maždaug tūkstančio kelvinų (apie 700 Celsijaus laipsnių). Keletą kartų metanas aptiktas rudosiose nykštukėse, taip pat pavyko aptikti nelabai aiškių jo pėdsakų egzoplanetų spektruose, stebint nuo Žemės labai dideliais teleskopais. Dabar pirmą kartą metanas egzoplanetos atmosferoje aptiktas kosminiu teleskopu. Nenuostabu, kad tą padarė James Webb. Jį astronomai nukreipė planetos WASP-80b link; tai tranzituojanti maždaug pusės Jupiterio masės planeta, vieną ratą aplink žvaigždę apsukanti per kiek daugiau nei tris Žemės paras. Planetos temperatūra siekia apie 825 kelvinus. Antžeminiais teleskopais joje jau buvo pastebėta galimų metano požymių, todėl ji ir pasirinkta naujiems stebėjimams. James Webb išmatavo tiek transmisijos spektrą – pokyčius žvaigždės šviesoje, šiai sklindant pro planetos atmosferą – tiek pačios planetos spinduliuotės spektrą. Abiejuose atsiskleidė ryškus, nebejotinai statistiškai reikšmingas, metano pėdsakas. Išmatuota metano gausa atitinka ir ankstesnius antžeminių stebėjimų rezultatus. Apskaičiuotas anglies ir deguonies gausos santykis panašus į Saulės vertę – deguonies yra apie dvigubai daugiau. Bendras už helį sunkesnių elementų kiekis planetoje apie penkis kartus didesnis, nei Saulėje – tai atitinka teorinius modelius, ko tikėtumėmės tokios masės planetoje. Šis atradimas parodo, jog su Webb’u galima aptikti metaną ir panašias „neryškias“ molekules, ir atveria perspektyvas tirti šias molekules bei apskritai cheminę sandarą daugybėje egzoplanetų. Ankstesniais teleskopais, daugiausiai Hubble ir Spitzer, neaptikus metano, buvo svarstomi įvairūs teoriniai modeliai, galintys paaiškinti anglies nebuvimą planetų atmosferose. Naujieji rezultatai suteikia vilties, jog metano visgi esama ir nemažai, tiesiog reikėjo geriau jo ieškoti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Žvaigždžių grupės išgyvena milijonus metų. Visos žvaigždės, tarp jų ir Saulė, formuojasi grupėse. Kai kurios grupės išgyvena milijardus metų – jas vadiname spiečiais. Kitos suyra gana greitai. Naujame tyrime pristatomi įrodymai, kad „gana greitai“ prasideda maždaug pusšešto milijono metų po žvaigždžių susiformavimo. Atradimas padarytas netikėtai – nagrinėjant skirtingus būdus nustatyti žvaigždžių amžių. Du pagrindiniai būdai vadinami izochronų matavimu bei dinaminiu sekimu. Izochronų matavimas yra stebimų žvaigždžių savybių lyginimas su teorinėmis evoliucijos sekomis; jos nurodo, kokias savybes turėtų turėti bet kokio konkretaus amžiaus žvaigždžių grupė, susidedanti iš skirtingos masės žvaigždžių – savybių pasiskirstymas žvaigždžių šviesio ir temperatūros diagramoje vadinamas izochrona. Dinaminis sekimas koncentruojasi į žvaigždžių trajektorijas danguje – pagal jas galima nustatyti, kada grupė žvaigždžių buvo viename taške; tas momentas prilyginamas žvaigždžių atsiradimui. Ištyrę šešių palyginus artimų (iki 150 parsekų nuotolio) bei jaunų (iki 50 milijonų metų amžiaus) žvaigždžių grupių savybes, mokslininkai pastebėjo, kad dinaminio sekimo duodamas amžius visada yra mažesnis, nei gaunamas matuojant izochronas. Skirtumas visais atvejais buvo apie 5,5 milijono metų. Panašu, kad būtent toks laikotarpis praeina nuo žvaigždžių įsižiebimo iki grupės sklaidymosi pradžios. Greičiausiai tiek užtrunka, kol žvaigždės išpučia didelę dalį pradinio debesies dujų, tad susilpnėjusi gravitacija nebegali išlaikyti grupės surištos tarpusavyje. Gaia teleskopas bei artimiausiu metu pradėsiantys veikti kiti teleskopai ir apžvalgų projektai leis įvertinti šiuos amžiaus skirtumus daugeliui kitų spiečių Saulės apylinkėse. Taip astronomai įgis puikią priemonę tyrinėti ankstyvąją žvaigždžių spiečių bei grupių raidą ir patikrinti įvairius proceso modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Pelėdinės rajos ūkas. Šaltinis: Vikas Chander

Žinoma, kosminės nuotraukos, ypač ūkų, dažniausiai nebūna pateikiamos tikrosiomis spalvomis. Bet šiai parinkta spalvų gama bent jau man sudaro vėjo ardomos kopos įspūdį. Na, o kitiems ji pasirodė panaši į žuvį, lietuviškai vadinama pelėdine raja, o angliškai – ereliška (Eagle ray). Šaulio žvaigždyne matomas ūkas nutolęs apie 200 parsekų. Jis susideda daugiausiai iš kosminių dulkių, kurios sugeria ir paraudonina pro jas sklindančią spinduliuotę. Apskritai ūkas blausus, per megėjišką teleskopą įžiūrėti turbūt nepavyks; šiai nuotraukai padaryti reikėjo 20 valandų ekspozicijos.

***

Naujas aukso formavimosi būdas. Visi cheminiai elementai, išskyrus vandenilį, helį ir truputį ličio, susidaro žvaigždėse arba dėl jų kaltės. Sunkūs elementai, pavyzdžiui lantanidai ar platina ir auksas, daugiausiai atsiranda sprogstant neutroninėms žvaigždėms. Pagrindinis būdas joms sprogti – dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimas, kurio produktas yra pernelyg masyvus, kad galėtų išsilaikyti tokios pat būsenos ir kolapsuoja į juodąją skylę. Susijungimas sukelia trumpą (poros sekundžių ar trumpesnį) gama spindulių žybsnį, o jo metu ypatingai energingi neutronai jungiasi prie įvairių elementų branduolių ir leidžia susiformuoti masyvesniems. 2017 metais įvykęs susijungimas buvo stebėtas tiek elektromagnetinių, tiek gravitacinių bangų detektoriais ir davė labai daug žinių apie vykstančius procesus. Viena iš šių žinių – panašu, kad susidarančių elementų nėra tiek daug, kiek manyta, ir vien šio proceso nepakanka paaiškinti sunkių elementų kilmei. Dabar mokslininkai pasiūlė alternatyvų kelią šiems elementams atsirasti. Jis taip pat remiasi neutroninių žvaigždžių tarpusavio sąveika, tačiau ne susijungimu, o potvyniniais medžiagos nutempimais. Dvinarės neutroninės žvaigždės narės, sukdamosi viena aplink kitą, gali nutempti dalį kompanionės medžiagos savęs link. Šiame procese laimi masyvesnė žvaigždė, taigi mažesnioji iš poros ima prarasti masę. Jei procesas vyksta greitai, mažoji žvaigždė gali visai suirti ir prisijungti prie didesniosios. Tačiau jei procesas pakankamai lėtas, mažoji neutroninė žvaigždė, netekusi medžiagos, ima pūstis ir galiausiai gali sprogti. Apie sprogimo galimybę žinoma jau seniai, bet naujojo tyrimo autoriai apjungė sprogimo modelį su termobranduolinių reakcijų modeliu ir kaip niekad detaliai suskaičiavo proceso eigą. Taip jie nustatė, kad tokio žvaigždės liekanos sprogimo metu irgi susidaro daug sunkių cheminių elementų. Praktikoje turbūt svarbiausi iš šių elementų mums yra auksas, platina ir neodimis. Apskritai besiformuojančių elementų gausos santykiai gerai atitinka randamus Saulėje, taigi gali būti, kad mūsų žvaigždė formavosi iš medžiagos, daugiausiai praturtintos būtent šiuo būdu. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Paukščių Tako palydovės – naujos. Paukščių Taką supa kelios dešimtys palydovinių nykštukinių galaktikų. Įprastai jų kilmė ir istorija nusakoma taip: dauguma jų suka jau ne pirmą ratą aplink mūsų Galaktiką ir praleido čia apie dešimt milijardų metų; didžiąją jų masės dalį sudaro tamsioji materija, kurios egzistavimas paaiškina plačias žvaigždžių orbitas ir gana didelius greičius. Bet dabar, nagrinėdami Gaia teleskopo duomenis, mokslininkai padarė radikaliai kitokią išvadą: dauguma palydovių – naujos, atsiradusios Paukščių Tako apylinkėse palyginus neseniai, o tamsiosios materijos turi labai nedaug. Gaia labai tiksliai matuoja daugybės žvaigždžių bei jų telkinių padėtis ir judėjimo greitį. Naujausiame duomenų kataloge yra pakankamai informacijos apie palydovines galaktikas, kad būtų galima patikslinti jų orbitų savybes. Tą padarę, mokslininkai nustatė, jog dauguma jų turi gana didelę orbitinę energiją. Tai reiškia, kad krentant į Paukščių Taką jas traukė didelė mūsų Galaktikos masė – didesnė, nei buvo prieš 10 milijardų metų. Tiesą sakant, daugumos galaktikų orbitinė energija didesnė nei Šaulio nykštukinės galaktikos, kuri į Paukščių Tako apylinkes atskrido prieš 5-6 milijardus metų. Taigi dauguma galaktikų Paukščių Tako apylinkėse atsidūrė tik prieš tris ar mažiau milijardų metų. Mažos galaktikos, šiuo metu randamos už Paukščių Tako halo – minėtų „apylinkių“ – ribų dažniausiai turi daug dujų, taigi greičiausiai daug jų turėjo ir dabartinės palydovės. Krisdamos jos patyrė stiprų sukrėtimą, kuris išsklaidė dujas. Sumažėjus galaktikos gravitacijai, žvaigždžių orbitos stipriai išsiplėtė ir pakriko – tai paaiškina dabartines padrikas jų formas. Bet pakrikimas neįmanomas, jei galaktikose buvo daug tamsiosios materijos – ji, priešingai nei dujos, niekur neišsisklaido ir turėtų išlaikyti žvaigždes savo orbitose. Taigi peršasi išvada, jog tamsiosios materijos ten kaip tik labai nedaug. Toks scenarijus ir galaktikų sandara gerokai skiriasi nuo standartinio kosminių struktūrų formavimosi modelio, vadinamo Lambda-CDM, prognozių. Kaip jas suartinti tarpusavyje, kol kas nežinia; vienas galimas paaiškinimas būtų gerokai mažesnė Paukščių Tako tamsiosios materijos halo masė, tačiau tokia modifikacija kelia savų problemų. Tolesni stebėjimai ir palydovinių galaktikų analizė padės išsiaiškinti neatitikimų priežastis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Efektyvi žvaigždėdara nykštukinėse galaktikose. Nors nykštukinės galaktikos, pagal apibrėžimą, yra daug mažesnės už didžiąsias ir žvaigždžių turi mažiau, žvaigždėdara ten dažniausiai yra efektyvesnė. Štai ir Vietinėje galaktikų grupėje didžiausias žvaigždėdaros regionas yra ne Paukščių Take ar Andromedoje, o Tarantulo ūkas Didžiajame Magelano debesyje. Kodėl taip yra? Dviejuose naujuose tyrimuose pateikiamas atsakymas – viename iš teorinės pusės, o kitame stebėjimais pagrindžiama viena iš svarbiausių teorinio tyrimo išvadų. Masyviose galaktikose dujos turi daugiau už helį sunkesnių cheminių elementų (astronomijoje jie visi vadinami metalais), nei nykštukinėse. Šis skirtumas lemia, kad jaunų žvaigždžių vėjai nykštukinėse galaktikose daug silpnesni, nei didelėse, o baigusios gyvenimą labai masyvios žvaigždės ne sprogsta supernovomis, bet kolapsuoja tiesiai į juodąsias skyles. Šitaip nykštukinėse galaktikose jaunų žvaigždžių grįžtamasis ryšys, veikiantis aplinkines dujas, susilpnėja daugiau nei dvigubai, lyginant su didelėmis. Dar svarbiau yra tai, kad grįžtamojo ryšio poveikis mažose galaktikose praktiškai pasireiškia tik praėjus 10 milijonų metų po žvaigždžių susiformavimo. Per tiek laiko masyvios žvaigždės spėja išsisklaidyti ir palikti gimtąjį dujų debesį, todėl poveikis dujoms dar susilpnėja. Praktiškai pirmuosius 10 milijonų metų žvaigždžių poveikis apsiriboja vien spinduliuote, daugiausiai ultravioletine, tačiau ir ji pabėga pro mažo tankio tarpus dujų debesyje, o tankių sankaupų išgarinti nepajėgia. Antrajame tyrime mokslininkai pristato galaktikos Mrk 71 stebėjimus. Tai netolima nykštukinė galaktika, pasižyminti sparčia žvaigždėdara. Nagrinėdami vieną žvaigždėdaros regioną, jo aplinkoje astronomai pastebėjo daug trigubai jonizuotos anglies spinduliuotės. Anglį jonizuoja jaunų žvaigždžių spinduliuotė, taigi platus jos pasklidimas reiškia ir kad jaunų žvaigždžių ten yra, ir kad jų šviesa pabėga iš gimtojo debesies. Tuo tarpu jokio žvaigždžių vėjų ar supernovų kuriamo burbulo neaptikta, nors stebėjimai tam pakankamai jautrūs. Gretimas, kiek senesnis, žvaigždėdaros regionas turi burbulą, sukurtą supernovų sprogimų, nes ten jie jau prasidėję. Tyrimų rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal ir ApJ Letters.

***

Elipsinių ir spiralinių galaktikų išsidėstymas. Vietinėje Visatoje – maždaug 100 megaparsekų aplink Paukščių Taką – egzistuoja keli galaktikų spiečiai, o bendra struktūra šiek tiek paplokščia. To susiplojimo vidurys vadinamas supergalaktine plokštuma. Jau prieš kurį laiką pastebėta, kad supergalaktinė plokštuma gana aiškiai matoma pažymėjus elipsinių galaktikų padėtis erdvėje, tačiau jei žymime spiralines galaktikas, jos praktiškai nesimato. Kodėl taip yra? Remdamiesi skaitmeniniais modeliais mokslininkai rado atsakymą: tai, pasirodo, yra natūrali galaktikų formavimosi procesų pasekmė. Skaitmeninis kosmologinis modelis Sibelius Dark specialiai paruoštas taip, kad kuo tiksliau atkurtų aplinkinių 200 megaparsekų Visatos didžiausias struktūras. Tiesa, jame sekamas tik tamsiosios materijos judėjimas, taigi pats modelis galaktikų savybių atkurti negali. Tačiau pasitelkę kitus, individualių galaktikų evoliucijai skirtus, modelius, tyrimo autoriai „apgyvendino“ realistiškas galaktikas Sibelius Dark modelio haluose. Tada paaiškėjo, kad elipsinės galaktikos tikrai dažniau randamos arti supergalaktinės plokštumos, o spiralinės daugmaž vienodai pasklidusios visur. Ištyrus modelinių galaktikų vystymosi istoriją, paaiškėjo ir priežastis: elipsinėmis tampa galaktikos, patyrusios daugiau susiliejimų, o jie dažniau vyksta ten, kur didesnis galaktikų tankis – prie supergalaktinės plokštumos. Tuo tarpu spiralinės galaktikos vystosi labiau izoliuotos, taigi joms gerai visur erdvėje. Taigi elipsinių ir spiralinių galaktikų išsidėstymo skirtumas nėra jokia anomalija; priešingai, tai yra visiškai tiesioginis standartinio kosminių struktūrų formavimosi scenarijaus rezultatas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Jaunų galaktikų cheminė sudėtis. Pirmosios galaktikos atsirado praėjus keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Laikui bėgant, jos keitėsi – spartėjo ir lėtėjo žvaigždėdara, gausėjo sunkių cheminių elementų, kito forma. Žvaigždėdaros ir formos pokyčius įvertinti neblogai galime jau kurį laiką, o cheminės sudėties – nelabai. Tam reikia išmatuoti galaktikos spektrą, o kuo galaktika tolimesnė ir blausesnė, tuo mažiau fotonų gauname iš jos. Taigi suskirsčius juos pagal bangos ilgį signalas tampa toks silpnas, kad pranyksta „triukšme“ – įvairiose paklaidose. Net ir James Webb teleskopas tolimų galaktikų spektrus matuoja sunkiai, nebent jos būtų išskirtinai ryškios. Bet dabar mokslininkai apjungė daugelio galaktikų spektrus ir nustatė, kaip atrodė vidutiniška galaktika 2-3 milijardų metų amžiaus Visatoje. 23 galaktikos, kurių spektrai susumuoti, pasirinktos iš 33, kurias James Webb teleskopu mokslininkai stebėjo apie 30 valandų. Taigi susumuotas spektras atitinka daugiau nei 600 valandų stebėjimų vaizdą. Pavieniuose spektruose įmanoma išskirti tik ryškiausias spektro linijas, pavyzdžiui vandenilio. Jungtiniame spektre pamatyti aštuonių elementų požymiai. Septyni iš jų nė kiek nestebina: vandenilis, helis, azotas, deguonis, silicis, siera ir argonas dažni daugumoje galaktikų. Aštuntasis – labai netikėtas: nikelis. Jis yra sunkesnis už geležį ir daugiausiai formuojasi sprogstant baltosioms nykštukėms. Šiems sprogimams – Ia tipo supernovoms – reikia laiko, maždaug milijardo metų po žvaigždžių populiacijos atsiradimo ar daugiau. Taigi aptikti didelį kiekį nikelio tokioje ankstyvoje Visatoje – didžiulė staigmena, rodanti, kad kažko dar nesuprantame arba apie nikelio atsiradimo būdus, arba apie galaktikų formavimąsi ir raidą. Taip pat išmatuota, jog šiose galaktikose jonizuotų tarpžvaigždinių dujų temperatūra siekia apie 13600 kelvinų, maždaug keturiais tūkstančiais daugiau, nei aplinkinėje Visatoje. Tokio rezultato buvo galima tikėtis, mat esant mažiau sunkių cheminių elementų, dujoms sunku atvėsti, todėl pusiausvyra temperatūra nusistovi aukštesnė. Dar galaktikose aptikta kelių šimtų kilometrų per sekundę judančių dujų, kurias į tarpgalaktinę erdvę stumia žvaigždžių grįžtamasis ryšys – supernovos ir vėjai. Nors tai nėra jokios atskiros galaktikos savybės, bendra informacija vis tiek leidžia susidaryti vaizdą apie galaktikų raidą nuo pradžios iki šių dienų. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

Daug metalo bene tolimiausioje galaktikoje. Pirmykštėje Visatoje cheminių elementų buvo nedaug – beveik vien vandenilis ir helis, dar truputėlis ličio. Iš jų formavosi ir pirmosios žvaigždės, o jose atsirado pirmieji sunkesni elementai. Žvaigždėms mirštant, dalis šių produktų praturtino tarpžvaigždinę terpę, tad vėlesnės žvaigždės formavosi jau iš medžiagos, turinčios anglies, deguonies ir panašių elementų. Kada ir kaip vyko šis pirmasis praturtinimas, kol kas tiksliai nežinome. Tai turėjo nutikti per pirmus porą šimtų milijonų metų po Didžiojo sprogimo – pirmosios žvaigždės formavosi praėjus 100-180 milijonų metų, o gyvendavo po kelis ar keliasdešimt milijonų. Dabar aptikta galaktika, kurios dujos galimai praturtintos tik pirmųjų žvaigždžių sprogimų turiniu. Galaktika GS-z12 matoma iš laikų, kai Visatos amžius tesiekė 350 milijonų metų – maždaug 2,5% šiandieninio. Šiuo metu tai yra ketvirta tolimiausia žinoma galaktika. Išmatavę jos spektrą, mokslininkai ten aptiko netikėtai daug dvigubai jonizuotos anglies. Šio elemento jonai galaktikos dujose sudaro kelias daleles iš milijono; deguonies ten yra panašiai arba truputį mažiau. Apskritai tai yra tolimiausias metalų – už helį sunkesnių elementų – aptikimas Visatoje ir tolimiausia galaktika, kurios atstumas nustatytas pagal metalų spinduliuotės linijas. Anglies ir deguonies gausos santykis netikėtai didelis: supernovų sprogimų modeliai prognozuoja, kad anglies turėtų būti bent pusantro karto mažiau, nei deguonies, o ne priešingai. Bet tie modeliai paremti vadinamos II populiacijos žvaigždėmis – tomis, kurios susiformavo iš jau šiek tiek praturtintų dujų. Pirmųjų žvaigždžių, vadinamų III populiacija, savybės kol kas nagrinėjamos tik teoriškai; viena iš jų yra tarpžvaigždinės terpės praturtinimas. Modeliai prognozuoja, kad šios žvaigždės paskleidžia daugiau anglies, nei deguonies, taigi GS-z12 cheminę sudėtį galima paaiškinti, jei jos dujos praturtintos beveik vien tik pirmųjų žvaigždžių sukurta medžiaga. Galaktikoje yra daug dujų – bent 10 milijonų Saulės masių, kas sudaro bent dešimtadalį, o gal net ir pusę, visos įprastos materijos. Iš to galima spręsti, kad pirminis praturtinimas ten įvyko gana greitai ir buvo gana gausus. Kol kas negalime pasakyti, ar GS-z12 šiuo atžvilgiu anomali, ar toks ankstyvas praturtinimas buvo tipiškas. Tam reikės palaukti daugiau panašių galaktikų atradimų ir spektro matavimų, bet James Webb teleskopas turėtų tokius duomenis suteikti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Šiuo metu Visata kupina… jei ne gyvybės, tai bent „veiklos“ – žvaigždės formuojasi, gyvena ir miršta, galaktikos juda ir jungiasi. Tolimoje tai baigsis. O koks bus paskutinis įvykis Visatoje prieš begalinę tamsą? Apie tai pasakoja Kurzgesagt:

***

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

Laiqualasse

One comment

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.