Visata yra neaprėpiamai didžiulė, o jos paslaptys – tolimos ir sudėtingos. Tad nors aiškinamės jas tūkstančius metų (ar bent jau 400, jei astronomijos pradžia laikysime teleskopo išradimą), nežinomybių lieka apstu. Praskleisti paslaptis dažnai padeda naujos technologijos – tiek prietaisai stebėjimams, tiek algoritmai duomenų apdorojimui. Štai praeitą savaitę Marso link išskrido nauja misija – pora mažų palydovų, kurie naujoviškai tirs planetos atmosferą. Arčiau Žemės irgi pasiekta technologinė naujovė – dirbtinio intelekto algoritmas palydovų krypties reguliavimui. Nauji žvaigždžių stebėjimų duomenų analizės algoritmai parodė, kad Plejadės yra didžiulės žvaigždžių struktūros liekana. Kitose naujienose – idėjos apie pirmykščių juodųjų skylių kilmę, vainikinės masės išmetimas užfiksuotas kitoje žvaigždėje ir oksiduotų mineralų atradimai Mėnulyje. Gero skaitymo!

***

New Glenn sėkmingai paleido Marso palydoviukus. Kompanija Blue Origin ketvirtadienį paleido New Glenn raketą su pora NASA zondų, skirtų Marso tyrimams. Tai buvo vos antrasis raketos skrydis, ir visiškai sėkmingas. Kone šimto metrų aukščio New Glenn vietinę popietę pakilo iš Kanaveralo kyšulio kosmodromo Floridoje. Startas buvo atidėtas keturias dienas dėl prasto vietinio oro ir Saulės audrų, dėl kurių šiaurės pašvaistės buvo matomos net toje pačioje Floridoje. Taip pat Blue Origin pavyko sėkmingai nutūpdyti pirmąją raketos pakopą, kaip jau kurį laiką reguliariai daro SpaceX. Ši technologija leis sumažinti raketų, taigi ir skrydžių, kainas. Pirmasis New Glenn skrydis vyko sausį; tada saugiai nutūpdyti pirmosios pakopos nepavyko. Netrukus po pakilimo raketos viršutinė pakopa išmetė du mažyčius palydovus, kurie skris Marso link. Identiški palydovai, pavadinti ESCAPADE, pirmus metus praleis netoli Žemės, 1,5 milijono kilometrų atstumu. Kitą rudenį, kai Žemė ir Marsas atsidurs tinkamose orbitų vietose, duetas pasinaudos Žemės gravitacija, kad pagreitėtų Raudonosios planetos link; atvykti jie turėtų 2027 metais. Ten jie skries orbita aplink planetą ir stebės viršutinę jos atmosferos dalį bei magnetinį lauką, tyrinėdami kaip šie regionai sąveikauja su Saulės vėju. Stebėjimai turėtų atskleisti procesus, atsakingus už Marso atmosferos pabėgimą, o tai, savo ruožtu, padės suprasti, kaip planeta perėjo iš drėgnos ir šiltos į sausą ir dulkėtą. Mokslininkai taip pat sužinos, kaip geriausiai apsaugoti astronautus nuo žalingos spinduliuotės aplinkos Marso paviršiuje. Tuo tarpu Blue Origin planuoja artimiausiais mėnesiais su New Glenn raketa paleisti prototipinį Blue Moon mėnulio nusileidimo modulį. Kompanija jau turi vieną NASA kontraktą trečiam astronautų nusileidimui Mėnulyje pagal Artemis programą.

***

DI valdė palydovą orbitoje. Orbitoje aplink Žemę vis daugėja palydovų – nuo mažyčių iki milžiniškų. Sudėtingėja ir jų užduotys, o jų metu neretai palydovui reikia pasisukti specifine kryptimi. Net kai to nereikia, kosminės dulkės, sąveika su retomis Žemės atmosferos dalelėmis ar Saulės šviesos poveikis gali pasukti palydovą ne taip, kaip reikėtų, arba išvis priversti jį suktis aplink kurią nors ašį. Taigi svarbi misijų dalis yra orientacijos valdymo sistemos, užtikrinančios, kad palydovas visada būtų nukreiptas ten, kur reikia. Dažniausiai tai būna algoritmai, kurie reikalauja daugybės specifinių kalibracijų ir testų. Tačiau neseniai inžinieriai pirmą kartą orbitoje sėkmingai išbandė palydovo orientacijos valdymo algoritmą, paremtą dirbtiniu intelektu. Bandymas atliktas naudojant palydovą-kubiuką InnoCube, kuris skirtas įvairių naujoviškų kontrolės sistemų patikrinimui. Per devynias minutes trukusį manevrą specialus DI agentas visiškai autonomiškai atliko orientacijos manevrą orbitoje, pakreipdamas palydovą nurodyta kryptimi. Vėliau testas sėkmingai pakartotas dar keletą kartų. Kurdami algoritmą tyrėjai pritaikė giluminio sustiprinimo mokymosi (DRL) metodą – mašininio mokymosi šaką, kurioje neuroninis tinklas autonomiškai išmoksta optimalios valdymo strategijos dirbtinėje (sumodeliuotoje) aplinkoje. Pagrindinis DRL metodo pranašumas yra greitis ir lankstumas, palyginti su įprastiniu valdiklių kūrimu, kuris gali užtrukti mėnesius ar net metus. DRL metodas ne tik automatizuoja šį procesą, bet ir suteikia galimybę kurti valdiklius, kurie automatiškai prisitaiko prie netikėtų faktinių sąlygų. Prieš perkėlimą į orbitą, DI valdiklis buvo treniruotas Žemėje labai detaliame skaitmeniniame modelyje. Vienas didžiausių iššūkių, komandos narių teigimu, buvo užtikrinti, kad virtualioje aplinkoje apmokytas valdiklis taip pat veiktų realiame pasaulyje. Sėkmingas bandymas leidžia tikėtis, kad dirbtinis intelektas gali būti patikimai taikomas misijose, kur kritiškai svarbus palydovų saugumas. Tai galėtų būti ne tik palydovų valdymas orbitoje aplink Žemę, bet ir tarpplanetinės misijos, kur žmogaus įsikišimas neįmanomas dėl milžiniškų atstumų.

***

Smūgiai sukūrė oksidus Mėnulyje. Manoma, kad Mėnulio paviršius per visą palydovo istoriją buvo redukuojanti aplinka – tai reiškia, kad ten praktiškai nebuvo laisvo deguonies ar kitų oksiduojančių medžiagų. Tokioje aplinkoje geležis turėtų egzistuoti tik dviejose formose: kaip neutralus metalas arba kaip dvivalentis jonas (Fe²⁺) mineraluose. Tačiau neseniai orbitinių infraraudonųjų spindulių spektroskopinių stebėjimų duomenys pateikė užuominų apie hematito egzistavimą arti Mėnulio ašigalių. Hematitas yra geležies oksidų turintis mineralas, kuriame geležis figūruoja kaip trivalentis jonas. Be to, Kinijos zondo Chang’e-5 pargabentuose mėginiuose rasta kito oksido, magnetito, pėdsakų. Dabar mokslininkai pirmą kartą aiškiai identifikavo kristalinius hematitą ir maghemitą Chang’e-6 misijos pargabentuose mėginiuose iš Pietų ašigalio-Aitkeno baseino. Pietų ašigalio-Aitkeno baseinas – vienas didžiausių ir seniausių smūginių kraterių Saulės sistemoje. Jame randama gausybė jaunesnių kraterių, kurie byloja apie sudėtingą smūgių istoriją. Visa tai daro baseiną idealia vieta tyrinėti retus cheminius procesus, įskaitant oksidaciją, Mėnulio paviršiuje. Naudodami įvairius spektroskopinius metodus, tyrėjai patvirtino mikrometrų dydžio hematito grūdelių kristalo struktūrą ir tvirtai atmetė galimybę, kad jie yra žemiškos kilmės. Hematitas rastas augantis virš troilito – geležies sulfido mineralo. Tyrėjai pasiūlė ir hematito kilmės hipotezę: jis galėjo susiformuoti dėl didelių smūgių praeityje. Ekstremalios smūgių temperatūros išgarintų paviršiaus medžiagas, sukurdamos trumpalaikę deguonimi turtingą aplinką. Šis procesas suskaidytų troilitą, o išsilaisvinusi geležis 700-1000°C temperatūroje oksiduotųsi ir kristalizuotųsi, sukurdama hematitą. Atradimas meta iššūkį ilgalaikei prielaidai, kad Mėnulio paviršius yra visiškai redukuotas. Be to, maghemito egzistavimas gali paaiškinti magnetines anomalijas, stebimas aplink Pietų ašigalio-Aitkeno baseiną. Mėnulis neturi globalaus magnetinio lauko, tad šios anomalijos seniai kėlė klausimų apie Mėnulio magnetizmo raidą. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Vandens išgraužtos olos Marse. Jei Marse yra ar kada nors buvo gyvybės, labiausiai tikėtina jos rasti olose. Ten aplinka apsaugota nuo smarkių dulkių audrų, ekstremalių temperatūrų ir stiprios spinduliuotės paviršiuje. Dauguma iki šiol atrastų Marso olų buvo lavos tuneliai, bet naujo tyrimo autoriai teigia, jog identifikavo pirmąsias karstinio tipo olas Raudonojoje planetoje. Žemėje karstinės olos paprastai formuojasi, kai vanduo ištirpina požemines uolienas, tokias kaip klintis ar gipsas. Taip atsiranda požeminiai plyšiai ir lūžiai, jie tolydžio didėja, kol galiausiai tampa olomis. Tyrimo autoriai teigia, kad panašiai vyko ir Marse, kur senovėje vanduo galėjo ištirpinti karbonatais ir sulfatais turtingas plutos uolienas. Olos yra Evro slėnio regione šiaurės vakarinėje planetos dalyje. Ten matomos aštuonios gilios duobės, sužymėtos ankstesnių stebėjimų misijų metu. Jos gilios ir daugiausia apskritos, nepanašios į smūginius kraterius, kurie paprastai pasižymi pakeltais kraštais, o aplink juos mėtosi skeveldros. Tyrėjai išnagrinėjo NASA zondo Mars Global Surveyor šiluminės spinduliuotės spektro duomenis ir atrado, kad uolienos aplink duobes turi daug karbonatų ir sulfatų. Būtent tokias uolienas vanduo gali lengvai ištirpinti. Komanda taip pat pasitelkė aukštos skyros nuotraukas ir sukūrė trimačius struktūrinius duobių modelius. Šie parodė, kad duobės forma primena būtent vandens sukeltas įgriuvas, o ne vulkaninės ar tektoninės veiklos padarinius. Prie viso to pridėti gama spinduliuotės spektro duomenys, rodantys, kad aplink duobes esama daugiau vandenilio, nei kitur – tai rodo, jog ten esančios uolienos dažniau turi užrakintų vandens molekulių. Galiausiai, duobės randamos senovinių upių vagose. Visi šie įrodymai perša tvirtą išvadą, kad matome būtent karstines įgriuvas. Mokslininkų teigimu, šios aštuonios olos ir apskritai visas Evro slėnis turėtų būti aukšto prioriteto taikiniai būsimoms pilotuojamoms ar robotinėms misijoms į Raudonąją planetą. Net jei ten nėra gyvybės, jos galėtų pasitarnauti kaip patogios nusileidimo vietos ir natūralūs prieglobsčiai astronautams. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

1610 metais, nukreipęs teleskopą į Saturną, Galilėjas pamatė, jog planeta turi dvi „ausis“. Po dvejų metų jos pranyko, tuo labai nustebindamos italų astronomą. Bet dar tame pačiame amžiuje išsiaiškinta, kad tai iš tiesų yra Saturno žiedai, o pranyksta jie tada, kai Saturnas į mus atsisuka visai šonu. Žiedai išsidėstę labai plonoje, mažiau nei kilometro storio, plokštumoje, taigi žiūrint iš šono jie kone pranyksta net ir šiuolaikinėse nuotraukose. Čia – viena tokia nuotrauka, daryta Cassini misijos metu, 2005 metais. Plonytė mėlyna linija ir yra žiedai, o du rutuliukai – palydovai Dionė ir Enceladas.

***

Mažos žvaigždės nepalankios egzomėnuliams. Mėnuliai yra įprasti mūsų Saulės sistemoje: Žemė turi vieną, Marsas du mažyčius, bet didžiosios planetos – dešimtis ar net šimtus. Tad būtų labai keista, jei jų neegzistuotų kitur. Tačiau patvirtintų egzomėnulių – mėnulių, skriejančių aplink egzoplanetas kitose žvaigždžių sistemose – kol kas nėra. Dešimtmečiai pastangų davė tik keletą abejotino patikimumo kandidatų. Naujame tyrime mokslininkai parodė, kad taip gali būti ne tik dėl paieškų metodų netobulumo, o paprasčiausiai todėl, kad daugelyje tipiškų planetinių sistemų egzomėnuliai neišgyvena. M tipo žvaigždės, arba raudonosios nykštukės, yra dažniausias žvaigždžių tipas Paukščių Take. Prie ne vienos jų aptiktos egzoplanetos, patenkančios į gyvybinę zoną, t.y. jų paviršiaus temperatūra būtų tinkama skystam vandeniui. Bet raudonosios nykštukės yra mažos ir blausios, tad jų gyvybinės zonos gerokai artimesnės žvaigždei nei šviesesnių žvaigždžių, tokių kaip Saulė. Tai reiškia, kad planetos M nykštukių gyvybinėse zonose greičiausiai yra potvyniškai prirakintos – viena pusė visada nukreipta į žvaigždę, kaip kad Mėnulis visą laiką į mus atsisukęs viena puse. Tyrimo autoriai panaudojo vadinamuosius N-kūnų skaitmeninius modelius, kad suprastų uolinių planetų ir jų palydovų raidą tokiomis sąlygomis. Modeliuose jie varijavo planetos masę ir orbitos dydį. Skaičiavimai parodė, kad egzomėnuliai M žvaigždžių gyvybinėse zonose yra menkai tikėtini. Dideli, maždaug mūsų Mėnulio dydžio, palydovai, skriejantys aplink žemiškas planetas vidutinių M žvaigždžių gyvybinėse zonose, destabilizuojami per 10-100 milijonų metų. Net ir prie didžiausių M tipo žvaigždžių egzomėnuliai išsilaiko mažiau nei milijardą metų. Tyrėjai daro išvadą, kad M nykštukių gyvybinėse zonose skriejančios vargu ar turės didelius mėnulius. Tokie mėnuliai greičiausiai yra labai svarbūs gyvybei: štai mūsų Mėnulis stabilizuoja Žemės ašį, o tai padėjo planetai išlikti tinkamai gyvybei. Jis taip pat generuoja vandenynų potvynius ir atoslūgius, kurie sudaro sąlygas gyvybei formuotis pakrančių regionuose. Taigi tokių mėnulių nebuvimas gali padėti paaiškinti, kodėl nei viena iš atrastų egzoplanetų M žvaigždžių gyvybinėse zonose, panašu, neturi gyvybės. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Vainikinės masės išmetimas kitoje žvaigždėje. Vainikinės masės išmetimai (angl. Coronal mass ejection, CME) yra milžiniški plazmos pliūpsniai, išsiveržiantys iš Saulės. Tai yra didžiausią įtaką kosminiam orui Saulės sistemoje turintys veiksniai. CME paveikia tarpplanetinę erdvę, planetų atmosferas, o kartais net ir jų paviršių. O kaip kitose planetinėse sistemose? Plazma gali netgi sunaikinti atmosferas planetose, esančiose arti savo žvaigždės. Tačiau kol kas CME už Saulės sistemos ribų nebuvo aptikta. Ankstesni žvaigždžių stebėjimai davė tik užuominų – buvo aptikti kitokie sprogimai ir žybsniai, kurie dažnai susiję su CME. Dabar astronomai, naudodami Europos kosmoso agentūros XMM-Newton rentgeno observatoriją ir LOFAR radijo teleskopą, pateikė tvirtų įrodymų apie milžinišką CME kitoje žvaigždėje. Kai CME keliauja per žvaigždės vainiką į tarpplanetinę erdvę, jis sukuria smūginę bangą ir susijusį specifinį radijo žybsnį. Būtent toks trumpas, intensyvus radijo signalas buvo užfiksuotas ir lokalizuotas: jo šaltinis – žvaigždė StKM 1-1262, esanti maždaug 12 parsekų atstumu. Tai raudonoji nykštukė, daug blausesnė, vėsesnė ir mažesnė nei Saulė. Jos masė siekia apie pusę Saulės masės, bet ji sukasi 20 kartų greičiau ir turi 300 kartų galingesnį magnetinį lauką, nei mūsų žvaigždė. Naudodami radijo ir rentgeno duomenis, tyrėjai nustatė, kad CME juda net 2400 km per sekundę greičiu; tokį greitį pasiekia tik kas 20-a CME iš vykstančių Saulėje. Pliūpsnis buvo pakankamai greitas ir tankus, kad visiškai suardytų artimų žvaigždei planetų atmosferas, jei tik į jas pataikytų. Apie tokį pavojų raudonųjų nykštukių planetoms kalbama jau seniai: planetos, skriejančios pakankamai arti žvaigždės, kad jų paviršiaus temperatūra tiktų skystam vandeniui, greičiausiai patiria milžiniškus žvaigždės aktyvumo padarinius, kurie gali būti pražūtingi bet kokiai gyvybei. Tyrėjai apskaičiavo, kad tokių įvykių, kaip aptiktasis CME, vidutinė raudonoji nykštukė turėtų patirti vidutiniškai kas ketverius metus. Dauguma žinomų egzoplanetų Paukščių Take skrieja aplink tokias žvaigždes, taigi žinios apie jų aktyvumą yra labai svarbios siekiant suprasti sąlygas egzoplanetose ir bendrai galimybes Paukščių Take egzistuoti gyvybei. Po šio atradimo nebereikės  ekstrapoliuoti Saulės CME savybių kitoms, gerokai skirtingoms, žvaigždėms, o bus galima remtis stebėjimais pagrįstais vertinimais. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Plejadės – milžiniškos struktūros šerdis. Dauguma žvaigždžių, įskaitant mūsų Saulę, gimsta grupėse. Laikui bėgant šios žvaigždžių šeimos išsiskirsto, todėl sunku atsekti jų kilmę. Dauguma vadinamų padrikųjų žvaigždžių spiečių išsisklaido po Galaktiką per dešimtis ar šimtus milijonų metų po susiformavimo. Europos kosmoso agentūros teleskopas Gaia, dešimtmetį labai detaliai fiksavęs žvaigždžių padėtis ir judėjimą, reikšmingai praplėtė žinias apie spiečių sklaidymąsi. Visgi tiksli chronologija, leidžianti susieti žvaigždėdaros įvykius ir spiečius bei jų liekanas, lieka neaiški. Ypatingai opi problema tampa maždaug 100 milijonų metų ir senesnėms sistemoms, kai spiečių liekanos išsisklaido per šimtus parsekų. Dabar astronomai patobulino analizės metodus ir atrado, kad garsusis Plejadžių, arba Sietyno, spiečius, dažnai matomas žiemos naktimis, yra daug didesnės žvaigždžių šeimos branduolys. Apjungę Gaia ir NASA TESS planetų paieškos teleskopo duomenis, tyrėjai atskleidė tūkstančius Sietyno seserų, pasklidusių 600 parsekų regione; tai daugiau nei keturis kartus viršija atstumą iki pačių Plejadžių. Šią milžinišką struktūrą jie pavadino Didžiuoju Plejadžių kompleksu. Atradimas rodo, kad Plejadės tik gimusios buvo bent 20 kartų didesnis spiečius, nei anksčiau manyta. Metodas remiasi tuo, kad TESS išmatuoti žvaigždžių sukimosi greičiai apjungti su Gaia išmatuotais judėjimo greičiais. Tai leidžia patikimiau nustatyti žvaigždžių amžių, o atsekus jų judėjimą laiku atgal – rasti žvaigždes, kurios gimė toje pačioje vietoje tuo pačiu metu. Identifikuotą kompleksą sudaro ir pavienės žvaigždės, ir keli kiti mažesni žvaigždžių telkiniai. Rezultatai rodo, kad daugelis jaunų žvaigždžių netoli Saulės yra vieno žvaigždėdaros epizodo viename dujų debesyje palikimas. Naujasis metodas gali būti taikomas ir kitoms žvaigždėms bei jų telkiniams tyrinėti; taip bus galima išsiaiškinti įvairių spiečių geneologiją. Ateityje tyrimai galės padėti tiksliau nustatyti ir Saulės kilmę. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Magnetizmas paaiškina masyvias juodąsias skyles. 2023 metais astronomai užfiksavo gravitacinių bangų signalą, žymintį kol kas didžiausią juodųjų skylių susijungimą. Dvi juodosios skylės, kiekviena masyvesnė nei šimtas Saulių, susijungė prieš maždaug pusę Visatos amžiaus. Tiek milžiniškos masės, tiek ypatingai spartus jų sukimasis aplink ašį, užminė mįslę, nes ligšioliniai modeliai tokių savybių paaiškinti negali. Įprastai juodosios skylės atsiranda mirštant masyvioms žvaigždėms. Tačiau supernovų sprogimai palieka tik maždaug 40 Saulės masių arba mažesnes juodąsias skyles – masyvesnės žvaigždės sprogsta nepalikdamos jokio kompaktiško objekto, arba kolapsuoja be sprogimo ir sukuria 140 Saulės masių ir didesnes skyles. Juodosios skylės, patenkančios į šį masių tarpą, gali susiformuoti per ankstesnius susijungimus, tačiau tokiu atveju tikimasi, kad susiliejimo sukurta juodoji skylė aplink ašį turėtų suktis gana lėtai. Dabar mokslininkai pasiūlė paaiškinimą, kad susiformuoti šioms juodosioms skylėms padėjo stiprūs magnetiniai laukai. Tyrėjai pasitelkė skaitmeninius modelius, kuriuose įtraukti ne tik hidrodinaminiai ir reliatyvistiniai efektai, bet ir magnetiniai laukai. Modeliai suskaičiuoti dviem etapais. Pirmiausia mokslininkai sumodeliavo milžinišką žvaigždę, 250 kartų masyvesnę už Saulę, per pagrindinę jos gyvavimo fazę. Iki sprogdama kaip supernova žvaigždė nusipūtė pakankamai daug medžiagos, kad sumažėtų iki 150 Saulės masių – tik truputį aukščiau masių tarpo, taigi galinti palikti juodąją skylę. Antrasis, sudėtingesnių modelių rinkinys, atsižvelgiantis į magnetinius laukus, buvo skirtas analizuoti supernovos pasekmes. Čia skaičiavimai pradėti nuo supernovos liekanos – likusio žvaigždinės medžiagos debesies su magnetiniais laukais ir juodosios skylės centre. Anksčiau astronomai manė, kad visas debesis sukris į naujai gimusią juodąją skylę ir jos masė išaugs iki žvaigždės masės prieš pat sprogimą. Bet paaiškėjo, kad jei žvaigždė prieš sprogimą sukosi, jos medžiaga išsidėsto diske, o magnetiniai laukai diską suspaudžia. Šis slėgis pakankamai stiprus išmesti dalį medžiagos nuo juodosios skylės beveik šviesos greičiu. Taip sumažėja galutinė juodosios skylės masė; ekstremaliu atveju pabėgti gali net pusė sprogusios žvaigždės medžiagos. Medžiaga, kuri iš disko visgi įkrenta į juodąją skylę, įsuka ją iki labai didelės spartos. Taigi susidaro greitai besisukanti juodoji skylė, kurios masė pakliūna į masių tarpą. Rezultatai leidžia prognozuoti ryšį tarp juodosios skylės masės ir sukimosi spartos. Stiprūs magnetiniai laukai gali sulėtinti juodąją skylę ir išnešti dalį žvaigždinės masės, sukuriant mažesnės masės ir lėčiau besisukančias juodąsias skyles. Silpnesni laukai leidžia susidaryti masyvesnėms ir greičiau besisukančioms juodąsioms skylėms. Modeliai taip pat rodo, kad šių tipų juodųjų skylių formavimasis sukuria gama spindulių žybsnius. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal Letters.

***

Tamsioji materija paklūsta gravitacijai. Tamsioji materija sudaro apie 85% visos materijos Visatoje, tačiau jos dalelės niekada nebuvo tiesiogiai aptiktos. Todėl negalime būti tikri ir kaip jos juda ir ypač kaip jos krenta į gravitacinius šulinius – galaktikas ar spiečius. Paprastai daroma prielaida, kad tamsioji materija sąveikauja tik gravitaciškai – tarpusavyje bei su įprastos materijos dalelėmis. Tokiu atveju jos judėjimą galima aprašyti vadinamąja Euler’io lygtimi. Tačiau ar tai tikrai taip? Egzistuoja ir alternatyvių modelių, kurie praplečia standartinį dalelių fizikos modelį papildomomis sąveikomis, kurios gali reikšmingai pakeisti tamsiosios, o gal ir visos, materijos judėjimą, ypač didžiausiais masteliais. Dabar grupė mokslininkų išnagrinėjo didžiulį kiekį galaktikų duomenų, siekdami nustatyti, ar kosminiais masteliais tamsiosios materijos judėjimas atitinka standartinio modelio prognozes, ar galbūt galime rasti kitų jėgų poveikio požymių. Masyvūs dangaus kūnai – tiek planetos, tiek žvaigždės, galaktikos ar jų spiečiai – iškreipia erdvę ir sukuria tarsi gravitacinius šulinius. Įprasta materija – tos pačios planetos, žvaigždės ir galaktikos, taip pat dujos ir dulkės – krenta į šiuos šulinius pagal gerai nustatytus fizikinius dėsnius, įskaitant bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis. Tyrimo autoriai palygino galaktikų judėjimo greičius visoje Visatoje su gravitacinių šulinių gyliu. Jei tamsioji materija elgiasi analogiškai, kaip įprasta, tuomet galaktikos, kurios daugiausia sudarytos iš tamsiosios materijos, į šulinius kris kaip ir įprasta materija. Kita vertus, jei tamsiąją materiją veikia kokia nors papildoma jėga, ji paveiks galaktikų judėjimą ir tą gali pavykti aptikti. Pritaikę metodą šiandieniniams duomenims, tyrėjai nustatė, kad tamsioji materija krenta į gravitacinius šulinius taip pat kaip įprasta, taigi ją veikia tik gravitacija. Tiesa, išvada galioja tik 7-10 milijardų metų amžiaus Visatoje; nors ankstesnių ir vėlesnių laikų duomenys irgi dera su tokia išvada, jie nėra pakankamai patikimi. Rezultatų paklaidos rodo, kad šiame intervale maksimali papildomos jėgos vertė yra 7% gravitacinės sąveikos stiprumo, jei ji tamsiąją materiją traukia, arba 21%, jei stumia. Artėjančios naujos kartos apžvalgos, pavyzdžiui Vera C. Rubin observatorijos LSST, suteiks reikšmingai patikimesnius duomenis, kurie leis apriboti bet kokios papildomos jėgos stiprumą iki 2% gerokai platesniame Visatos amžiaus intervale. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Pirmykščių juodųjų skylių formavimasis. Pačioje Visatos pradžioje, menką sekundės dalį po Didžiojo sprogimo, vyko infliacija – ypatingai spartus erdvės plėtimasis. Vėliau, pradedant nuo 10 sekundžių po Didžiojo sprogimo, keliolika minučių vyko nukleosintezė, kurios metu susiformavo vandenilio, helio ir ličio branduoliai. Abu šiuos ankstyvosios Visatos raidos etapus suprantame kaip ir neblogai – nukleosintezę galime tiek apskaičiuoti, tiek tirti eksperimentiškai (nors ir nelengvai), o infliacijai skiriama daug teorinio dėmesio. Laikotarpis tarp šių etapų kol kas lieka mažai ištirtas. Dabar grupė mokslininkų pateikė skaičiavimus, jog tuo metu Visatoje galėjo efektyviai formuotis mažos juodosios skylės. Tyrėjai skaičiavimus pradėjo nuo hipotezės, siūlomos kai kurių kosmologinių modelių, kad ankstyviausiuose Visatos raidos etapuose buvo labai trumpa Ankstyvoji Materijos Dominavimo Era (EMDE). Jie ištyrė, kaip materijos dalelės – tuo metu tai buvo ne atomai, bet protonus ir neutronus sudarantys kvarkai bei antikvarkai – galėjo sąveikauti viena su kita, ir atrado, kad tokios sąveikos galėjo sukurti nemenką kosminių objektų įvairovę. Pavyzdžiui, materija galėjo natūraliai telktis į maždaug Žemės masės ar mažesnius halus. Dalelių tarpusavio sąveika galėjo privesti prie vadinamojo gravoterminio kolapso, kurio metu halai virsdavo juodosiomis skylėmis arba „žvaigždėmis-kanibalėmis“ – į žvaigždes panašiais objektais, kuriems energiją teikė materijos ir antimaterijos anihiliacija. Taip pat žvaigždes primenantys objektai galėjo formuotis iš bozonų – dalelių, kurios atsakingos už materijos tarpusavio sąveikas. Tiek žvaigždės-kanibalės, tiek bozonų žvaigždės irgi galėjo kolapsuoti į juodąsias skyles. Susiformuojančių juodųjų skylių skaičius ir masė labai priklauso nuo gana neapibrėžtų modelio parametrų. Kai kuriais atvejais prognozuojami jų kiekiai būtų didesni, nei įmanoma – jei jų būtų tiek daug, tikrai būtume pastebėję jų poveikį kosminei foninei spinduliuotei arba atomų formavimuisi Visatos pradžioje. Tačiau parinkus kitokius parametrus gaunama, jog maždaug asteroidų masės pirmykštės juodosios skylės galėtų sudaryti didžiąją dalį tamsiosios materijos. Šie rezultatai atveria platesnes perspektyvas tyrinėti ir egzotiškų darinių formavimąsi šiandieninėje Visatoje bei apskritai praplečia mūsų supratimą apie egzotiškus reiškinius, vykusius Visatos jaunystėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

Kaip apjungti kvantinę fiziką ir reliatyvumo teoriją? Kai kurie mokslininkai mano, kad raktas į šį klausimą – gravitonas, dalelė, kuri turėtų būti atsakinga už gravitacinę sąveiką, panašiai kaip fotonas atsakingas už elektromagnetinę. Bet ar ji apskritai egzistuoja? Ir kaip ją rasti? Pasakoja PBS Space Time:

***

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

Laiqualasse