James Webb teleskopo atradimai nuo pat pradžių vertė permąstyti Visatos struktūrų formavimosi, o gal net visos Visatos sandaros ir evoliucijos, modelius. Nors kai kurioms anomalijoms rasti ir neegzotiški paaiškinimai, kitos vis dar išlieka ir netgi pasipildo naujomis. Tarp jų praeitos savaitės naujienose randame brandų ankstyvos galaktikos centrą, tolimiausią diskinę galaktiką ir neatitikimus Visatos rejonizacijos modeliuose bei stebėjimuose. Kitose naujienose – nauja misija į Dimorfą, įspūdingas Starship bandymas ir vulkaninis egzomėnulis. Gero skaitymo!

***

Aš paprastas žmogus – pamatau gražias pašvaistės nuotraukas, spaudžiu „Patinka“. O jei jos iš Lietuvos, yra įvairiaspalvės ir gražiai kontrastuoja su debesimis, tai iškart žinau, jog norėsiu pasidalinti. Ketvirtadienio vakarą ir penktadienio paryčiais siautusi geomagnetinė audra pašvaisčių davė visai šaliai ir ne tik.

***

Pakilo misija į pamuštą asteroidą. Praeitą savaitę, pirmadienio popietę Lietuvos laiku, į kosmosą sėkmingai pakilo Europos kosmoso agentūros misija Hera. Jos tikslas – asteroidas Dimorfas, kurį prieš dvejus metus sėkmingai pamušė NASA zondas DART. Nors oro sąlygos – artėjantis uraganas Miltonas – bei ankstesnės problemos su Falcon 9 raketa-nešėja grasino skrydžiui, galiausiai buvo nuspręsta jo neatidėti ir pakilimas iš Kanaveralo kyšulio įvyko be anomalijų. Heros užduotis, po dvejų metų kelionės pasiekus dvinarę Didymo-Dimorfo sistemą, bus išnagrinėti DART smūgio pasekmes iš arti. Kitąmet praskridusi pro Marsą ir pasisėmusi greičio, Hera taikinį turėtų pasiekti 2026-ųjų pabaigoje. Pradžioje ji turėtų įeiti į maždaug 30 kilometrų nuotolio orbitą aplink abu kūnus, vėliau priartėti iki mažiau nei kilometro. Bent šešis mėnesius truksiančių stebėjimų metu bus fotografuojamas tiek Dimorfas, tiek didesnysis asteroidas Didymas, tiek jų aplinka, kurioje vis dar gali skrajoti nuo Dimorfo pakeltos uolienų nuolaužos. Kartu su Hera skrenda ir du mažesni zondai, kurie atsiskirs ir lėks dar arčiau asteroido paviršiaus. Vienas jų radaro spinduliuote nagrinės netgi popaviršinį Dimorfo sluoksnį. Galiausiai abu mažieji zondai bandys nusileisti ant Dimorfo, o Hera – ant Didymo. DART misijos tikslas buvo išbandyti galimai pavojingų asteroidų nukreipimo technologiją. Po smūgio Dimorfo orbita sutrumpėjo nuo maždaug 12 iki maždaug 11,5 valandos; taip buvo įrodyta, kad tokiu santykinai paprastu būdu galima saugiai pakreipti asteroidą. Tačiau svarbu – ir, žinoma, įdomu – išsiaiškinti, kokio dydžio krateris buvo paliktas, ar daug didelių uolienų pakilo į kosmosą, kokios uolienos atsidengė kraterio dugne, kiek išmestų uolienų pataikė į Didymą, ir įvairiausias kitas detales. Taip ne tik sužinosime daug naujų dalykų apie asteroidus, kurie atspindi Saulės sistemos planetas formavusią medžaigą, bet ir galėsime dar saugiau planuoti Žemės gynybos misijas, kai jų prireiks iš tiesų.

***

Starship raketą pagavo bokštas. Sekmadienį SpaceX atliko eilinį – jau penktąjį – erdvėlaivių Starship bandomajam skrydis. Neeilinis jis buvo tuo, kad pakilusi Super Heavy raketa nešėja po keleto minučių grįžo į pakilimo aikštelę, kur ją pagavo specialios rankenos, pritvirtintos prie pakilimo bokštelio. Ši konstrukcija, gavusi pravardę „Mechazila“, yra dar vienas žingsnis link efektyvių daugkartinio naudojimo erdvėlaivių. Anksčiau SpaceX raketos arba nusileisdavo ant plūduriuojančios baržos, arba specialioje aikštelėje, tačiau pagavimas rankenomis leidžia supaprastinti raketos konstrukciją (nors ir reikalauja sudėtingesnio bokštelio). Be to, pakilimo aikštelėje pagauta raketa galėtų greitai kilti vėl – tereikėtų pritvirtinti naują krovinį ir užpilti kuro bakus. Būtent toks greitas aptarnavimo ciklas ir yra vienas iš SpaceX tikslų. Pats Starship po kelių valandų sėkmingai nusileido Indijos vandenyne, kaip ir ankstesnio bandymo metu birželį. Šiuo erdvėlaiviu kompanija ketina skraidinti žmones į Marsą ir kitas vietas Saulės sistemoje, taigi savaime suprantama, kad jo saugumas yra be galo svarbus. Kitąmet SpaceX tikisi pakelti Starship į orbitą aplink Žemę ir atlikti dar įvairių technologinių bandymų ir demonstracijų.

***

Didžiosios Jupiterio dėmės dydis kinta. Didžioji raudonoji dėmė, už Žemę didesnis anticiklonas Jupiteryje, gyvuoja bent nuo XIX a. vidurio. Kaip ir kiti atmosferiniai reiškiniai, ji nėra visiškai pastovi – kinta ir jos dydis, ir forma. Bet dabar nustatyta, kad šie pokyčiai vyksta vos keleto dienų laikotarpiais. Jau seniau žinoma, kad dėmė nuolat juda į vakarus visos Jupiterio atmosferos atžvilgiu, ir kad judėjimo greitis svyruoja 90 dienų periodu. Naujojo tyrimo autoriai praeitų metų pabaigoje ir šių pradžioje, vieno tokio trijų mėnesių ciklo laikotarpiu, aštuonis kartus fotografavo dėmę Hubble teleskopu. Taip jie patvirtino tiek dreifo į vakarus faktą, tiek greičio kitimą, taip pat nustatė, kad vidutinė dėmės platuma nekinta. O štai dėmės forma ir dydis keičiasi: tuo metu, kai į vakarus ji juda lėčiausiai, dėmė yra didžiausia, 500 km arba kone 10% didesnė, nei judėdama greičiausiai; taip pat tuo metu ji labiausiai susiplojusi – čia skirtumas siekia maždaug 10-15%. Dėmės centras, jai esant didžiausiai, šiek tiek paryškėja ultravioletinių spindulių ruože, bet daugiau šviesio pokyčių neužfiksuota. Toks dėmės judėjimas ir virpesiai, primenantys supurtytos želatinos vibracijas, nepaaiškinami jokiais ligi šiol pasiūlytais hidrodinaminiais modeliais. Tobulėjantys modeliai leis geriau prognozuoti ne tik Jupiterio, bet ir kitų didžiųjų planetų ir egzoplanetų orus. Be to, naujos įžvalgos gali padėti gerinant ir Žemės klimato, ypač ekstremalių reiškinių, modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami The Planetary Science Journal.

***

Pirmykštės juodosios skylės planetose. Dalis mokslininkų mano, kad pačioje Visatos pradžioje, praėjus mažiau nei sekundei po Didžiojo sprogimo, galėjo susiformuoti daugybė mažyčių juodųjų skylių. Jų masės palyginamos su asteroidų, o įvykių horizonto spinduliai matuojami nanometrais. Kaip patikrinti šią hipotezę? Aptikti tokį mažytį objektą kosmose praktiškai neįmanoma, bet dabar iškelta idėja, kad pirmykštės juodosios skylės gali turėti pastebimą poveikį uoliniams kūnams – didesniems asteroidams ar net planetoms. Juodosios skylės turėtų judėti labai įvairiais greičiausiai. Kai kurios jų gali būti pakankamai lėtos, kad, patekusios į planetą, „nuskęstų“ jos gravitaciniame lauke ir galiausiai atsidurtų daugmaž centre. Ten jau skylės gravitacija pradėtų ryti planetos ar asteroido medžiagą, iš pradžių lėtai, vėliau vis greičiau. Tyrimo autoriai apskaičiavo, kokio dydžio kiaurymę galėtų išskobti juodosios skylės gravitacija, kad uolinis kūnas nesubyrėtų. Jei kūnas sudarytas pagrinde iš granito ar geležies, didžiausia įmanoma sferinė ertmė gali būti daugiau nei 600 kilometrų spindulio – siekti dešimtadalį Žemės dydžio. Iš išorės toks kūnas gali atrodyti taip pat, kaip ir nepaveiktas, tačiau detaliai matuojant jo gravitacinį lauką būtų galima pastebėtos anomalijų. Kitas galima pirmykščiai juodųjų skylių pėdsakas – mikrotuneliai uolienose. Lėkdama kiaurai akmenį, skylė gali „išgręžti“ mikrometro dalies skermens visiškai tiesų tunelį. Jį būtų nesunku įžiūrėti per mikroskopą. Nors tikimybė, kad atskirai paimtame akmenyje rasime tunelį, menka, verta turėti šią galimybę omenyje. Tiriant daugybę uolienų, kurios patenka po geologų mikroskopais, galima būtų aptikti ir tokių tunelių – jei tik jų Žemėje išvis yra. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Vulkaninis egzomėnulis. Saulės sistemoje turime vieną išskirtinį palydovą – Ijo, kurį Jupiterio gravitacija tampo ir gniuždo taip, jog jame nuolat veržiasi daugybė ugnikalnių. Dabar pirmą kartą panašaus palydovo požymiai aptikti už Saulės sistemos ribų. Stebėdami maždaug Saturno dydžio planetą prie žvaigždės WASP-49 A, astronomai norėjo ištirti jos atmosferos sudėtį. Tai atliekama matuojant sistemos spektrą du kartus – kai planeta skrieja prieš žvaigždės diską (vyksta tranzitas) ir kai planeta yra kažkur šone. Skirtumas tarp spektrų intensyvumo ties skirtingais bangos ilgiais parodo, kiek įvairios spinduliuotės uždengia planeta ir jos atmosfera. Priklausomai nuo atmosferos sudėties, sugeriami skirtingi bangų ilgiai – taip ir nustatome jos sudėtį. WASP-49 A planetoje, kuri dydžiu prilygsta Saturnui, bet vieną ratą aplink žvaigždę apsuka greičiau nei per tris Žemės paras, seniau aptiktas silpnas natrio signalas. Naujieji duomenys pasirodė labai netikėti – nors vidutiniškai natrio signalas buvo matomas, skirtingų tranzitų metu jis tai atsirasdavo, tai pranykdavo. Be to, natrio spektro linija buvo pasislinkusi taip, lyg tos dujos judėtų 10 km/s greičiu planetos atžvilgiu tolyn nuo mūsų. Turint omeny, kad paprastai atmosferos linijos būna pasislinkusios į priešingą pusę dėl žvaigždės spinduliuotės slėgio, iš tiesų natrio dujų šaltinis juda maždaug 15 km/s greičiu planetos atžvilgiu. Nei žvaigždės aktyvumo ar dėmių pokyčiai, nei tarpžvaigždinė medžiaga tarp žvaigždės ir mūsų ar anomalijos Žemės atmosferoje negali paaiškinti tokių duomenų. Vienintelis logiškas paaiškinimas – aplink planetą sukasi palydovas, iš kurio veržiasi natrio dujos. Taip arti žvaigždės tai reiškia, kad palydove veržiasi ugnikalniai, mat ilgalaikės atmosferos išlaikyti jis negali. Tai nėra pirmasis tikėtinas egzomėnulio atradimas, nors kol kas nei vienas jų nėra vienareiškmiškai patvirtintas. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

Uolinės egzoplanetos spinduliuotės savybės. Paprastai egzoplanetų atmosferų ieškoma matuojant žvaigždės spektrą tranzito metu ir ne, o tada paimant skirtumą tarp rezultatų (žr. ankstesnę naujieną). Bet turint pakankamai jautrų teleskopą, galimi ir kitokie būdai. Štai James Webb teleskopas neseniai leido išmatuoti uolinės egzoplanetos ir jos galimos atmosferos spinduliuotę. Planeta GJ 1132b yra dviem trečdaliais masyvesnė už Žemę, o aplink savo žvaigždę vieną ratą apsuka per kiek daugiau nei pusantros paros. Jos tranzitai stebimi seniai, bet James Webb leido aptikti ir antrinį tranzitą, kai planeta pasislepia už žvaigždės. Tai leido apskaičiuoti ir planetos dieninės pusės temperatūrą – 709 kelvinai (arba apie 435 Celsijaus laipsnius). Ši temperatūra yra labai artima maksimaliai įmanomai, kokią gautume padarę prielaidą, jog planeta sugeria visą žvaigždės spinduliuotę ir nė trupučio neperskirsto jos tarp dieninės ir naktinės pusių. Spektre neaptikta jokių linijų, kurios rodytų specifinius cheminius elementus. Tai leidžia atmesti bet kokį reikšmingą vandens garų ar anglies dvideginio indėlį į planetos infraraudonąją, 5-12 mikrometrų ruožo, spinduliuotę. Vadinasi, GJ 1132b greičiausiai neturi jokios atmosferos. Nors pats atradimas neatrodo įspūdingas, svarbu tai, kad jis padarytas nagrinėjant planetos spinduliuotę, o ne sugertį tranzito metu. Ateityje metodą bus galima pritaikyti ir daugybei kitų planetų, o tarp jų galbūt rasime ir keletą reikšmingo tankio atmosferų. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

Iš jauno spiečiaus bėga žvaigždės. Žvaigždės, ypač masyvios, formuojasi didelėse grupėse ar spiečiuose. Dujų telkinys, iš kurio gimsta žvaigždės, yra daug masyvesnis, nei galutinė spiečiaus masė, mat žvaigždžių vėjai, spinduliuotė ir supernovų sprogimai išsklaido didelę dalį dujų. Silpnėjant telkinio gravitacijai bei žvaigždėms lakstant arti viena kitos, kartais jos gali išlėkti ir iš spiečiaus. Žinome, kad toks procesas vyksta, nes nemažai žvaigždžių randama ne spiečiuose, tačiau iki šiol buvo labai neaišku, kaip greitai po gimimo žvaigždės palieka gimtuosius telkinius. Dabar astronomai, stebėdami jauną masyvų spiečių ir jo aplinką, rado atsakymą – nuo ketvirčio iki trečdalio per pusantro milijono metų. Spiečius R136 matomas Didžiajame Magelano debesyje, palydovinėje Paukščių Tako galaktikoje. Tai pagrindinis žvaigždėdaros telkinys Tarantulo ūke, kuris, savo ruožtu, yra didžiausias žvaigždėdaros regionas visoje Vietinėje galaktikų grupėje. Pasitelkę Gaia teleskopo stebėjimus, astronomai identifikavo net 55 žvaigždes spiečiaus aplinkoje, kurios praeityje buvo spiečiaus narės. Pačiame spiečiuje yra bent 72 masyvios žvaigždės, o bendras skaičius kiek viršija šimtą. Taigi žvaigždės-pabėgėlės sudaro arti trečdalio pradinės spiečiaus populiacijos. Įdomu, kad žvaigždės buvo išmestos dviem etapais. Pirmasis nutiko prieš 1,8 milijono metų, kai spiečius susiformavo, jo metu žvaigždės išlėkė visomis kryptimis, kaip ir tikėtasi. Antrasis išmetimas nutiko prieš 200 tūkstančių metų, tada žvaigždės išlėkė mažesniu greičiu ir daugmaž viena kryptimi. Pastarasis epizodas greičiausiai susijęs su artimu dviejų spiečių prasilenkimu; antrasis, mažesnis spiečius, aptiktas tik 2012 metais, ateityje greičiausiai susijungs su R136. Šis atradimas leidžia spręsti, kad masyvių žvaigždžių poveikis galaktikoms yra didesnis, nei manėme iki šiol: tokie reikšmingi išmetimai leidžia žvaigždėms pasklisti nemažu atstumu nuo gimtųjų spiečių net ir per palyginus trumpus, keleto milijonų metų, gyvenimus. Tada jų spinduliuotė, vėjai, o galiausiai – ir supernovų sprogimai paveikia ne tik gimtojo spiečiaus aplinkoje esančias tankias dujas, bet ir daug plačiau pasiskirsčiusią tarpžvaigždinę galaktikos medžiagą. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Brandus ankstyvos galaktikos centras. Galaktikos jaunoje Visatoje buvo netikėtai brandžios, įvairiomis savybėmis priminė net ir šiandienines. Tokią išvadą jau ne kartą galėjome padaryti remdamiesi James Webb teleskopo surinktais duomenimis. Dabar prie jų pridedamas dar vienas – 700 milijonų metų amžiaus Visatoje aptikta galaktika, kurios centras atrodo kone kaip šiandieninių. Galaktika kodiniu numeriu JADES-GS+53.18343−27.79097, kurio skaičiai žymi jos koordinates danguje, buvo stebėta vieno pirmųjų James Webb projektų metu. Bendra jos žvaigždžių masė – apie 400 milijonų Saulės masių; tai panašu į Mažojo Magelano debesies žvaigždžių masę, arba keliasdešimt kartų mažiau, nei Paukščių Tako. Stebėjimai buvo pakankamai detalūs, kad pavyko išskirti tris galaktikos komponentus: centrinį, mažiau nei šimto parsekų spindulio branduolį, maždaug 400 parsekų spindulio žvaigždes formuojantį diską ir atskirą žvaigždėdaros sankaupą pakraštyje. Palyginimui, Saulės atstumas nuo Galaktikos centro yra aštuoni kiloparsekai, o minėto Mažojo Magelano debesies spindulys siekia apie kiloparseką. Taigi išskirtos struktūros tikrai kompaktiškos, bet įdomybės tuo nesibaigia. Centrinis branduolys yra toks tankus, kaip masyviausių šiandieninių elipsinių galaktikų centrai, nors galaktikos masė net tūkstantį kartų mažesnė. Be to, centre žvaigždės beveik nesiformuoja, tuo tarpu pakraščiuose gimsta palyginus sparčiai. Tokią tendenciją prognozuoja ir dauguma galaktikų formavimosi modelių: žvaigždės sparčiausiai gimsta galaktikų centruose, todėl ten greičiausiai išeikvojamos dujos ir žvaigždėdara nuslopsta, o pakraščiuose – išlieka ilgiau. Tačiau netikėta, kad taip nutiko tokioje jaunoje galaktikoje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Tolimiausia diskinė galaktika. Standartiniai kosminių struktūra formavimosi modeliai prognozuoja, kad pirmosios galaktikos buvo labai netvarkingos, susidėjo iš įvairiomis orbitomis lakstančių dujų telkinių. Nusistovėti tvarkingoms diskinėms struktūroms reikėjo bent kelių milijardų metų. James Webb teleskopas šio vaizdo gal ir neapvertė, bet gerokai jį supurtė. Praeitą savaitę paskelbtas dar vienas „purtantis“ atradimas – tvarkingai besisukanti diskinė galaktika 700 milijonų metų Visatoje. Galaktikos REBELS-25 stebėjimai atlikti pakankama skyra, kad būtų įmanoma įžiūrėti kiek mažesnes nei kiloparseko dydžio struktūras (palyginimu Saulę nuo Paukščių Tako centro skiria aštuoni kiloparsekai). Tai leido nustatyti tiek dujų greičio dispersiją, tiek sukimosi greitį. Pirmasis dydis, rodantis netvarkingą dujų judėjimą, siekia 33 km/s, antrasis – net 11 kartų didesnis. Pirmasis dydis bent keletą kartų mažesnis, nei Paukščių Tako, antrasis – pusantro karto didesnis. Taigi REBELS-25 diskas greičiausia yra net plonesnis, nei mūsų Galaktikos. Tiesa, svarbu įvertinti, kad tolimosios galaktikos atveju matuojamas šaltų dujų judėjimas, o ne žvaigždžių (kaip įprasta Paukščių Take) ar karštų dujų (ką dažniausias prognozuoja skaitmeniniai modeliai). Visgi net ir naujausi modeliai, kuriuose atskirai sekamos karštis ir šaltos dujos, negali visiškai paaiškinti REBELS-25 savybių. Ar tai reiškia, kad šiandieninė kosmologija ir visas supratimas apie Visatą nieko verti? Toli gražu. Visgi šiokių tokių pokyčių modeliams greičiausiai reikės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Visata plečiasi ir daro tą greitėdama. Įprastai manoma, kad greitėjimas yra pastovus, kitaip tariant, jį valdo nekintantis dydis, vadinamas kosmologine konstanta. Bet kas, jei tai nėra konstanta? Apie naujausius atradimus pasakoja PBS Space Time:

***

Per stipri rejonizacija? Pirmykštę Visatą užpildė plazma – protonai ir elektronai, lakstantys kas sau. 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo įvyko Rekombinacija – dalelės susijungė į neutralaus vandenilio atomus ir Visata tapo permatoma, o atsiskyrę fotonai suformavo kosminę foninę spinduliuotę. Dar po kelių šimtų milijonų metų, atsiradus pirmosioms žvaigždėms, vėl ėmė rastis ir plazmos burbulai, nes energinga spinduliuotė sudraskė dalį atomų. Galiausiai plazma užpildė visą tarpgalaktinę erdvę – įvyko Visatos Rejonizacija. Daugybė stebėjimų rodo, kad Rejonizacijos epocha baigėsi praėjus maždaug milijardui metų po Didžiojo sprogimo. Teoriniais modeliais galima apskaičiuoti, kokio jonizuojančių fotonų srauto tam reikėjo, o tada – įvertinti, kiek galaktikų ir jaunų žvaigždžių turėjo susidaryti Visatoje per šį laikotarpį. Skaičiai priklauso nuo keleto prielaidų, pavyzdžiui apie jonizuojančių fotonų kiekį, kurį generuoja viena žvaigždė, arba šių fotonų srauto dalį, kuri pabėga iš galaktikos. Visi šie skaičiai atrodė neblogai įvertinti tiek naudojant detalius modelius, tiek ir aplinkinių galaktikų stebėjimais. Tačiau nauji duomenys, ypač James Webb teleskopu gautieji, verčia abejoti ankstesnėmis išvadomis. James Webb atskleidė egzistuojant daugybę galaktikų labai jaunoje Visatoje, kurių anksčiau nesitikėjome. Be to, jų žvaigždėdara atrodo ganėtinai stipri, taigi ir jonizuojančių fotonų jos greičiausiai gamina gana daug. Tuo tarpu detalūs aplinkinių galaktikų tyrimai rodo, kad pabėgti į tarpgalaktinę erdvę fotonams turėtų būti santykinai lengva. Visi trys rezultatai rodo, kad vien tų galaktikų, kurias galime pamatyti šiandieniniais instrumentais, ne tik pakanka Visatos rejonizavimui, bet yra net per daug. Praplėtus galaktikų šviesio funkciją į šiuo metu neįmanomus aptikti rėžius, apie 40 kartų blausesnius už blausiausias matomas galaktikas, neatitikimas su modeliais tik stiprėja. Paaiškinimo, kaip susidaro tokie skirtumai, autoriai nepateikiam tačiau atrodo akivaizdu, kad galaktikų modeliams dar yra kur pasitempti. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS Letters.

***

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

Laiqualasse