Su Naujaisiais metais, mieli skaitytojai! Kaip astronomas, gal turėčiau priminti, jog ši data niekuo kosmiškai neypatinga, bet ne vien kosmosas mums svarbu. Be to, nors ir ne šiandien, bet rytoj minėsime svarbią datą: Žemė pasieks artimiausią Saulei orbitos tašką, perihelį. O belaukdami jo, Kąsnelyje skaitykite apie Žemės ardomus asteroidus, atmosferinės anglies ir vandens/biosferos ryšį bei susidvejinusį Mažąjį Magelano debesį. Gero skaitymo!

***

Žemė suardo daugybę asteroidų. Pastaraisiais metais tapo aišku, kad didelė dalis, jei ne absoliuti dauguma, asteroidų yra „nuolaužų krūvos“ – silpnai sukibę palyginus nedidelių akmenų rinkiniai, o ne vientisos uolienos. Tokius asteroidus lengva suardyti gravitaciškai: lėkdamas pro planetą, asteroidas jaučia stipresnę trauką artimesnėje pusėje, nei tolimesnėje, o skirtumo gali užtekti, kad iširtų. Iš kitos pusės, kol kas nepavyko realybėje stebėti tokio proceso; taip pat nematyti ir glaudžiai susijusių asteroidų grupių, kurias galima būtų paaiškinti vieno gravitaciškai suardyto asteroido likučiais. Dabar mokslininkai pirmą kartą detaliai sumodeliavo tokių suardymų pasekmes bendrai asteroidų populiacijai. Idėja jiems kilo nagrinėjant asteroidų orbitas ir jų evoliuciją laikui bėgant. Kad ir kaip jie keitė modelių parametrus, vis gaudavo keistą rezultatą: prognozuojami asteroidų skaičiai orbitose, panašiose į Veneros ir Žemės, buvo daug mažesni, nei stebimi. „Perteklinių“ asteroidų orbitos pasirodė tikrai panašios į tokias, kokių būtų tikimasi iš suardytų asteroidų liekanų. Taigi mokslininkai į modelį įtraukė galimybę asteroidams subyrėti į mažesnius. Naujai gauta populiacijos prognozė daug geriau atitiko stebėjimus. Taip pat ji panaikino dar kelis ankstesnius modelių ir stebėjimų neatitikimus. Vienas jų – „ugnies kamuolių“ dažnumas danguje. Juos sukelia keleto metrų skersmens meteoroidai, kurie visiškai sudega atmosferoje. Potvyniniai asteroidų suardymai sukuria daugiau tokių nuolaužų ir padidina prognozuojamą ugnies kamuolių skaičių – to ir reikia dermei su stebėjimais. Kita gera prognozė – mažų jaunų Mėnulio kraterių skaičius. Jų daug daugiau randama „priekinėje“ Mėnulio pusėje, t.y. toje, į kurią Mėnulis juda orbitoje. Kartais atsirandanti mažų asteroido nuolaužų, lėtai judančių Žemės-Mėnulio sistemos atžvilgiu, populiacija puikiai paaiškina ir kraterių skaičių, ir jų asimetriją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Robotai šokliukai asteroidų tyrimams. Kaip išmatuoti dangaus kūno gravitacinį lauką? Net ir Žemės laukas nėra visiškai lygus, o ką jau kalbėti apie mažesnius, kurių ir forma gerokai artimesnė bulvei, nei sferai? Šiuo metu naudojami trys metodai, bet kiekvienas turi trūkumų. Radaro atspindžiai leidžia identifikuoti medžiagos sankaupas ir po paviršiumi, bet ne visų medžiagų ir nelabai giliai. Seisminiai matavimai tinka planetose, tačiau asteroidai, sudaryti iš silpnai sukibusių nuolaužų, bangų dažnai išvis nepraleidžia. Gravimetrija – zondo orbitos pokyčių sekimas – yra tiksliausias, labiausiai tiesioginis ir mažiausiai prielaidų reikalaujantis metodas, bet gravitacinis laukas tokiu atstumu, kokiu paprastai skraido zondai, būna labai silpnas. Dabar mokslininkai pasiūlė metodą, kaip gana tiksliai išmatuoti bet kokio kūno gravitacinį lauką: pasinaudoti spiečiumi mažų robotukų, kurie šokinėtų ant kūno paviršiaus. Robotukai galėtų keliauti tikslo link kartu su orbitiniu zondu. Paleisti iš jo jie lėtai nusileistų ant kūno – pavyzdžiui, asteroido – ir imtų periodiškai šokinėti. Šuoliai būtų pakankamai lėti, kad robotukai nepabėgtų į kosmosą, o nusileistų atgal ant paviršiaus. Zondas stebėtų kiekvieną robotuką ir labai tiksliai sektų jo padėtį laikui bėgant. Žinant, kokiu greičiu robotukas pašoko ir matant judėjimo trajektoriją, galima tiksliai apskaičiuoti ir gravitacinio lauko stiprumą šuolio vietoje. Šokinėdami nuo vieno taško prie kito, robotukai galėtų išmatuoti gravitaciją visame kūno paviršiuje. Per keletą mėnesių 20 robotukų spiečius Bennu dydžio – puskilometrinio – asteroido gravitaciją išmatuotų dešimties metrų tikslumu arba dar detaliau. Iš principo robotukai nėra sudėtingi prietaisai, taigi parengti tokią misiją užtruktų neilgai – iki keleto metų. Vadinasi, dar iki šio dešimtmečio pabaigos galime pamatyti robotukų-šoklių kelionę kurios nors didesnės misijos viduje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pirmąsias kokybiškas Urano nuotraukas gavome 1986 metais, kai pro šalį praskrido Voyager 2. Šiandien neblogą vaizdą galime gauti ir iš Žemės, kaip kad šioje James Webb teleskopu darytoje nuotraukoje. Joje matyti ne tik pati planeta, šiuo metu atsukusi mums šiaurinį ašigalį, bet ir jos žiedai ir 14 iš 27 žinomų palydovų. Palydovų pavadinimai gali priminti Šekspyro kūrybą, ir ne veltui: 25 Urano palydovai pavadinti Šekspyro veikėjų vardais. 

***

Navigacija stebint tik žvaigždes. Rasti savo padėtį, matant tik žvaigždes, žmonėms buvo svarbu nuo seniausių laikų. Ilgą laiką būtent astronominiais stebėjimais rėmėsi laivų navigacija Žemės vandenynuose. Pakilus į kosmosą, žvaigždžių reikšmė toli gražu nepranyko. Ne vieną dešimtmetį vis tikslinama kosminė atskaitos sistema, paremta tolimais spinduliuotės šaltiniais – kvazarais. Labai gerai žinodami jų padėtis dangaus skliaute, galime gerai nustatyti ir, pavyzdžiui, erdvėlaivio padėtį Saulės sistemoje, tam net nereikia palaikyti nuolatinio ryšio su Žeme. Bet norint orientuotis ir planuoti tolesnį judėjimą, svarbu žinoti ne tik padėtį, bet ir greitį kelionės tikslo atžvilgiu. Jei tikslas yra kuris nors dangaus kūnas Saulės sistemoje, užtenka žinoti greitį Saulės atžvilgiu, nes planetų ir palydovų greičius žinome gana neblogai. Bet vien į Saulę pažiūrėti neužtenka (o kartais ir neįmanoma), be to, matydami tik bendrą Saulės vaizdą, greičio neišmatuosime. Yra būdas nustatyti greitį, stebint žvaigždžių poras: priklausomai nuo greičio poros atžvilgiu, šiek tiek pakinta regimasis kampas tarp jų. Šis reiškinys vadinamas žvaigždine aberacija. Deja, pokyčiai paprastai mažyčiai, tad norėdami išmatuoti juos tiksliai, turėtume į erdvėlaivį įdėti didžiulį labai tikslų teleskopą. Kaip to išvengti? Galima matuoti keletą žvaigždžių porų, tada tikslumo pakanka mažesnio. Naujame darbe pristatoma tokio teleskopo koncepcija ir modeliai. Numatomas prietaisas susideda iš trijų nedidelių teleskopų, kurie įtaisyti tiksliai žinomais tarpusavio kampais. Kiekvienas jų galėtų fiksuoti keletą žvaigždžių, kurių tikrosios padėtys dangaus skliaute, taigi ir kampiniai tarpusavio atstumai, tiksliai žinomos. Išmatavus regimąjį atstumą tarp žvaigždžių porų skirtingomis kryptimis, būtų galima nustatyti erdvėlaivio judėjimo greitį kiekviena iš trijų krypčių. Taip būtų įvertintas tikslus greitis trimatėje erdvėje žvaigždžių atskaitos sistemos atžvilgiu. Žvaigždžių atskaitos sistema greičiausiai sutaptų su Saulės, nes sudarant žvaigždžių padėčių katalogus, atsižvelgiama į nuokrypius dėl Žemės judėjimo aplink Saulę. Tyrėjų teigimu, visai sistemai pakaktų 10x10x30 centimetrų dydžio kėbulo, kuris galėtų būti pagamintas iš standartinių palydovų-kubiukų komponentų. Tai reikštų, kad sistemą būtų lengva integruoti į daugumą kosminių misijų, mat palydovai-kubiukai gaminami taip, kad juos būtų lengva tvirtinti tarpusavyje ir prie kitų erdvėlaivių. Tyrimo rezultatai publikuojami Acta Astronautica.

***

Gyvybei tinkamos sąlygos, kaip jau neblogai žinome, įmanomos ne tik į Žemę panašiose planetose, bet ir planetų-milžinių mėnuliuose. Apie juos pasakoja John Michael Godier:

***

Egzoplanetų atmosferos – raktas į paviršių. Šiuo metu atmosferas aptikti ir jų savybes nustatyti pavyksta tik prie didelių egzoplanetų, tokių kaip Jupiteris ar Neptūnas. Netrukus turėtų atkeliauti ir pirmieji duomenys apie uolinių egzoplanetų atmosferas. Žinoma, lengviausia atmosferą aptikti tada, kai ji stora ir masyvi, panašiai kaip Veneros. Bet tokia atmosfera uždengia planetos paviršių. Tad atrodo, kad turime dilemą: kuo lengviau tyrinėti planetos atmosferą, tuo sunkiau išsiaiškinti, kas dedasi paviršiuje, ir atvirkščiai. Ar įmanoma ją išspręsti? Naujame tyrime mokslininkai siūlo vieną sprendimo būdą, tinkamą bent jau karštoms planetoms. Jų modelis remiasi medžiagų apykaita tarp planetos paviršiaus ir atmosferos. Ji vyksta visur: Žemėje tai daugiausiai vandens apytakos ratas, bet migruoja ir anglies dvideginis bei kiti atmosferos junginiai, o į ją nuo paviršiaus kyla dulkės. Tiesa, visi apykaitos procesai gana lėti, todėl paviršius ir atmosfera niekad nepasiekia cheminės pusiausvyros. Karštesnėje planetoje būtų kitaip: tyrėjų teigimu, 1500 kelvinų (maždaug 1200 Celsijaus laipsnių) temperatūros uolinės planetos paviršius – praktiškai magmos okeanas – ir atmosfera nusistovėtų termocheminėje pusiausvyroje. Naudodami skaitmeninį cheminių reakcijų modelį, tyrimo autoriai nustatė, kad anglies monoksido ir sieros junginių gausa atmosferoje gali daug pasakyti apie sieros turinčių mineralų gausą paviršiuje. Kartu šie duomenys leistų apriboti planetos paviršiaus temperatūros bei atmosferos slėgio vertes. Geriau suprasdami uolinių planetų paviršiaus savybių įvairovę, mokslininkai galėtų aiškiau suprasti tokių planetų, įskaitant ir Žemę, formavimosi eigą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ilgalaikio gyvybingumo svarba. Norėdami rasti gyvybę už Žemės ribų, turime ieškoti vietų, kurios tinkamos gyvybei. Saulės sistemoje „gyvybingumas“ dažnai minimas kalbant tiek apie Marsą, tiek apie Saturno palydovą Enceladą ar Jupiterio Europą. Tačiau šiuo metu dažniausiai nagrinėjamas „momentinis“ gyvybingumas, kitaip tariant, ieškoma atsakymo į klausimą, ar šiuo metu tose vietose egzistuoja tinkamos sąlygos gyvybei susidaryti ar išlikti. Turint omeny, kad Žemėje gyvybės pradžiai reikėjo bent jau milijonų metų, o sudėtingos gyvybės – bent kelių milijardų, toks tyrimų pobūdis atrodo trumparegiškas. Bent jau taip teigiama naujoje apžvalgoje. Jos autoriai teigia, kad ne mažiau svarbu yra nagrinėti geofizikines dangaus kūnų savybes, siekiant išsiaiškinti, kiek ilgai išlieka tinkamos gyvybei sąlygos ir kaip jos kinta per milijonus ir milijardus metų. Į tokį poreikį turėtų būti atsižvelgiama planuojant misijas į Europą, Enceladą ar kitą Saturno palydovą Titaną. Tik žinodami, kaip keitėsi šių kūnų savybės ilguoju laikotarpiu – pavyzdžiui, ar Europa ir Enceladas visada turėjo popaviršinius vandenynus – galėsime įvertinti, kuriuose iš jų geriausia ieškoti gyvybės. Tokie patys principai galioja ir egzoplanetų tyrimams: vien trumpalaikio gyvybingumo analizė gali parodyti daugybę neva tinkamų vietų gyvybei megztis, bet apjungus su geofizikiniais parametrais, rezultatai gali labai pasikeisti ir tikras gyvybės paieškų misijas galėsime daug geriau sufokusuoti. Apžvalga publikuojama Nature Astronomy.

***

Anglies nebuvimas išduos vandenį? Visai žemiškai gyvybei būtinas vanduo, todėl norėdami rasti nežemiškos gyvybės, jo ieškome ir už Žemės ribų. Tiesiogiai pamatyti vandenį, ypač jei jis ne atmosferoje, o planetos paviršiuje, sudėtinga. Taip pat sudėtinga pastebėti ir gyvybę, jei jos kur nors ten būtų. Netiesioginiai požymiai planetos atmosferoje, vadinami biopėdsakais, teoriškai aptinkami lengviau. Visgi praktikoje ir juos, pavyzdžiui deguonį, aptikti nėra paprasta. Dabar pasiūlytas vienas galimai lengvai aptinkamas vandens ir gyvybės požymis: netikėtai mažas anglies kiekis atmosferoje. Šis skirtumas akivaizdžiai matomas Saulės sistemoje: Veneros ir Marso atmosferos kupinos anglies dvideginio, o Žemės – ne. Vandenynai sugeria milžiniškus kiekius anglies dvideginio bei padeda angliai susigerti į uolienas; taip pat labai daug anglies sunaudoja biosfera. Taigi analogiška situacija galėtų susidaryti ir kitose planetinėse sistemose. Tyrėjų teigimu, anglies dvideginio gausos sumažėjimas yra vienintelis šiuo metu praktiškai prieinamas būdas ieškoti biosferos egzistavimo egzoplanetose. James Webb teleskopas šiuo metu pajėgtų išmatuoti tokį signalą TRAPPIST-1 sistemos planetose, kurių yra net septynios ir visos – uolinės. Reikšmingi skirtumai tarp anglies gausos jų atmosferose duotų pagrindo detalesniems tolesniems tyrimams. Atskirti, ar anglį sugeria vandenynai, ar biosfera, padėtų ozono paieškos. Šią molekulę aptikti daug lengviau, nei deguonį, tačiau ji susidaro iš to paties deguonies, kurį išskiria gyvi organizmai, bet ne vandenynai. Artimiausioje ateityje anglies gausą matuoti galės ir teleskopai, skirti tiesioginiam egzoplanetų vaizdinimui, taigi galimybių pasinaudoti šiuo metodu gyvybės paieškoms tik daugės. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Neutroninėse žvaigždėse – skysti kvarkai. Neutroninės žvaigždės yra tankiausi žinomi objektai. Apie dvi Saulės mases jose suspaudžiamos į vos keliolikos kilometrų spindulio sferą. Tokiomis sąlygomis ne tik atomų branduoliai suspaudžiami tiek, kad elektronai su protonais sudaro neutronus ir viskas „išsilydo“ į neutronų jūrą. Net ir tie patys neutronai gali būti išlydomi į sudedamąsias dalis – kvarkus. Įprastai kvarkus tarpusavio sąveikos labai stipriai sukabina į protonus, neutronus ir įvairias egzotiškesnes daleles. Ypatingai aukštas slėgis gali juos išlaisvinti, bet ar tokia būsena pasiekiama neutroninėse žvaigždėse? Naujo tyrimo autoriai, remdamiesi statistiniais modeliais, daro išvadą, kad greičiausiai taip. Mes tiksliai nežinome, kokia yra neutroninių žvaigždžių būvio lygtis – ryšys tarp slėgio ir tankio. Teoriniai modeliai duoda įvairias prognozes, kurioms galima priskirti tam tikras tikimybes ir susieti su stebimomis objektų savybėmis – mase, spinduliu ir panašiai. Pritaikę statistinį metodą, vadinamą Bajeso statistika, tyrimo autoriai įvertino, kiek tikėtinos įvairios neutroninių žvaigždžių sandaros. Gautas rezultatas, jog didesnės nei dviejų Saulės masių neutroninės žvaigždės greičiausiai sudarytos iš skystų kvarkų sriubos, bent jau centrinėje dalyje, kur tankis ir slėgis didžiausi. Tiesa, lieka maždaug 10% tikimybė, kad virsmas iš neutronų į kvarkų sriubą yra toks energingas, kad priverčia neutroninę žvaigždę iškart kolapsuoti į juodąją skylę. Tokiu atveju kvarkų sriubos nėra net pačiose tankiausiose neutroninėse žvaigždėse. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Įvairialypis kilonovų modeliavimas. Kilonovomis vadinami sprogimai, įvykstantis jungiantis neutroninėms žvaigždėms. Du kartus, 2017 ir 2019 metais, su kilonovų sprogimais užfiksuoti ir gravitacinių bangų signalai. Dažnai kilonovos nutinka kartu su trumpais gama spindulių žybsniais. Taigi stebėjimų duomenų gauname daug ir įvairių. Iki šiol modeliai, kuriais siekiama paaiškinti vykstančius procesus, buvo labai nedarnūs: vieni koncentravosi į gravitacines bangas, kiti – į čiurkšlę ir gama spinduliuotę, treti – į labiau sferinę regimąją. Dabar mokslininkai sukūrė modelį, kuris apjungia visus svarbius mechanizmus ir suteikia prognozes apie visų tipų signalus. Pagrindinis modelio tikslas yra medžiagos savybių ekstremaliose situacijose modeliavimas. Neutroninėse žvaigždėse pasiekiamas tankis viršija netgi atomo branduolio tankį, išskirtinai stiprus ir jų gravitacinis laukas. Žvaigždžių susijungimo metu formuojama daugybė naujų cheminių elementų, jie išmetami į visas puses, taigi reiškinys svarbus ir siekiant suprasti, kaip Visata buvo praturtinta už geležį sunkesniais elementais. Vienas iš svarbiausių parametrų, nusakančių šių procesų eigą, yra medžiagos būvio lygtis – ryšys tarp tankio ir slėgio. Esant palyginus mažoms tankio ir slėgio vertėms, jų ryšį galima nustatyti eksperimentais laboratorijose, o toliau jau tenka pasikliauti neutroninių žvaigždžių duomenimis. Naujuoju modeliu galima sekti neutroninių žvaigždžių susiliejimą, pritaikius įvairias būvio lygtis, ir gauti prognozes stebėjimams, kurios leistų įvertinti, kuri būvio lygtis tinkamiausia. Skirtingi signalai „jautrūs“ skirtingiems tankio intervalams, taigi tik bendra informacija leis nustatyti visą sąryšį. Pritaikę modelį kol kas vieninteliam signalui, kur aptiktos ir gravitacinės bangos, ir kilonova, ir gama žybsnis, tyrėjai įvertino, kad 1,4 Saulės masių neutroninės žvaigždės spindulys yra maždaug 11,98 kilometro. Vertės paklaida – mažiau nei 5%, geresnė, nei praktiškai visų ankstesnių modelių. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Mažasis Magelano debesis – dvigubas. Nauji jaunų žvaigždžių ir tarpžvaigždinių dujų stebėjimai rodo, kad Paukščių Tako palydovinė galaktika Mažasis Magelano debesis iš tiesų yra dvi galaktikos. Išvadą mokslininkai padarė remdamiesi kelių apžvalginių stebėjimų duomenimis. Gaia ir APOGEE stebėjimai parodė, jog tūkstančiai jaunų masyvių žvaigždžių Mažajame Magelano debesyje išsidėstę dviejose grupėse, kurios, žvelgiant iš Žemės, yra tiksliai viena už kitos. Radijo teleskopų masyvo ASKAP stebėjimai atskleidė analogišką dujų pasidalinimą. Be to, tiek žvaigždės, tiek dujos pasižymi skirtingais judėjimo greičiais ir chemine sudėtimi. Taigi panašu, kad tai, ką vadiname Mažuoju Magelano debesiu, iš tiesų yra dviejų galaktikų projekcija dangaus skliaute. Atstumas tarp jų – penki kiloparsekai: palyginamas su debesies skersmeniu dangaus skliaute ir mažesnis, nei Saulės atstumas nuo Paukščių Tako centro. Taigi neabejotina, kad abi galaktikos sąveikauja tarpusavyje bei su kaimyniniu Didžiuoju Magelano debesiu. Naujieji duomenys patvirtina įtarimus, kurie pirmą kartą kilo dar devintojo dešimtmečio pabaigoje. Tuometiniams stebėjimams nepakako detalumo, kad galėtų patvirtinti ar atmesti dviejų galaktikų hipotezę, bet dabar tokia interpretacija ima atrodyti teisingesnė už vienos galaktikos. Atradimas įdomus ir tuo, ką sako apie Paukščių Taką. Pastaruoju metu randama įrodymų, jog Paukščių Tako masė mažesnė, nei rodė ankstesni stebėjimai, taigi mažiau turėtų būti ir palydovinių galaktikų. Mažasis Magelano debesis yra viena didžiausių Paukščių Tako palydovių; jos ir kitų didelių palydovių egzistavimas atrodė sunkiai paaiškinamas. Dviejų dvigubai mažesnių galaktikų egzistavimas geriau dera su naujausiais Paukščių Tako masės vertinimais. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pirmykščių netolygumų pasekmių paieška. Pirmykštėje Visatoje medžiaga buvo pasiskirsčiusi beveik tolygiai. Beveik, bet ne visiškai: buvo nedidelių netolygumų, kurie laikui bėgant davė pradžią didžiausioms struktūroms – galaktikoms, jų spiečiams ir panašiai. Standartiškai manoma, kad netolygumai buvo pasiskirstę pagal normalųjį, arba Gauso, skirstinį. Bet gal buvo ne taip? Netolygumų pasiskirstymas turėtų atsispindėti šiandieninių struktūrų išsidėstyme, o naujame tyrime bandoma tuo pasinaudoti, ieškant pirmykščių „negausiškumų“. Tyrėjai pasitelkė daugiau nei milijono galaktikų, kurių šviesa iki mūsų keliauja 2,5-6,5 milijardo metų, stebėjimų duomenis. Duomenyse matyti tiek galaktikų išsidėstymas trimatėje erdvėje, tiek jų pasisukimo kryptys. Anksčiau daug nagrinėti galaktikų išsidėstymo duomenys, tačiau pasisukimo kryptims skirta mažiau dėmesio. Analizė apėmė nustatymą, kokiu atstumu yra tipinės kaimynės vidutinei galaktikai skirtingose Visatos vietose bei kiek panašūs kaimyninių galaktikų pasisukimo kampai. Gauti rezultatai parodė, kad greičiausiai nukrypimų nuo gausinio netolygumų pasiskirstymo nėra, o jei ir yra, tai tie nukrypimai buvo sferiškai simetriški. Šis rezultatas svarbus ir tuo, kad leido papildomai patikrinti standartinį kosmologinį modelį, ir tuo, kad dabar turime metodiką, kaip naudoti galaktikų krypčių duomenis panašiems tyrimams ateityje. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

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

Laiqualasse