Praėjusios savaitės naujienose netikėtai daug pranešimų, susijusių su juodosiomis skylėmis ir tamsiąja medžiaga. Tai jos įkrenta į žvaigždes ir pakeičia šių evoliuciją; tai mirga arba sparčiai auga jaunoje Visatoje; tamsioji medžiaga, ar bent dalis jos, pasirodo, gali būti tarpžvaigždinės kometos. O viena naujiena apjungia jas abi: tamsioji medžiaga gali kauptis aplink juodąsias skyles. Kitose naujienose – augalų pritaikymas vaistų gamybai kosmose ir Saulės vėjo dalelių kelionė į Žemę. Gero skaitymo!

***

Augalai galėtų gaminti vaistus kosmose. Vienas didžiausių ilgų kosminių misijų iššūkių – aprūpinti astronautus saugiais ir veiksmingais vaistais. Daugelis vaistų kosmose suyra greičiau, nei Žemėje: net Tarptautinėje kosminėje stotyje daugiau nei pusė laikomų medikamentų pasensta per trejus metus. To vos pakaktų misijai į Marsą, nes kelionė net į vieną pusę trunka bent pusmetį. Reguliariai pristatyti naujų vaistų milijonų kilometrų atstumu būtų milžiniškas logistinis iššūkis. Dabar mokslininkai parodė galimą sprendimą: miniatiūrinėmis vaistų gamyklomis kosmose galėtų tapti augalai. Augalai turi didelį privalumą – tinkamai genetiškai modifikuoti, o kartais ir visai natūralūs, jie gali pagaminti sudėtingus terapinius junginius naudodami tik šviesą, vandenį ir dirvožemį, be milžiniškų sterilių rezervuarų. Be to, jie jau auginami kosmose ir padeda perdirbti orą bei vandenį; ši funkcija ilgesnėse misijose bus tik svarbesnė. Tyrėjai pademonstravo idėjos pritaikomumą naudodami eksperimentinį junginį – augalų virusą, vadinamą kininių pupuolių mozaikos virusu (CPMV), kuris stimuliuoja imuninę sistemą pulti vėžio ląsteles. Pagrindinis sunkumas iki šiol buvo junginio išgavimas iš augalų: tradiciškai lapai sumalami, gaunant „kokteilį”, iš kurio produktą atskirti sudėtinga, o tam reikalinga įranga užpildo visą laboratoriją. Tyrėjai sukūrė kur kas paprastesnį metodą, įkvėptą produktų sekrecijos bakterijose ir žinduolių ląstelėse. Augalai išskiria junginius į vidinę lapo erdvę – apoplastą. Lapai panardinami į buferinį tirpalą pažeminto slėgio aplinkoje, paskui atkuriamas normalus slėgis, o šis procesas užlieja apoplastą skysčiu. Po to lapai išsukami centrifugoje, taip ištraukiant skystį su viruso dalelėmis. Lapai lieka nepažeisti, todėl augalas gali toliau augti ir duoti derlių daug kartų. Metodas lengvai išplečiamas – per mažiau nei dvi valandas pavyko surinkti ir išvalyti CPMV iš daugiau nei 50 augalų. Tyrėjai taip pat išbandė metodą kosmoso sąlygas imituojančiomis aplinkybėmis: mikrogravitaciją kūrė specialia besisukančia mašina, o temperatūros svyravimai ir oksidacinis stresas imitavo kosminės spinduliuotės poveikį. Įdomu, kad kai kuriais atvejais stresas net padidino CPMV išeigą – tyrėjai mano, kad tai susiję su viruso prigimtimi, nes stresą patiriantys augalai tampa imlesni infekcijai. Metodas galėtų būti naudingas ne tik kosmose, bet ir ribotų išteklių vietovėse Žemėje. Tyrimo rezultatai publikuojami npj Science of Plants.

***

SpaceX (ar, tiksliau, Elonas Muskas) vis šneka apie duomenų ir skaičiavimų centrus kosmose. Standartinė kritika tokiai vizijai yra aušinimas: kosmose nėra oro, taigi neveikia konvekcija, kuri daugiausiai ir aušina karštus dalykus Žemėje. Kiek didelė tai problema? Pagrindinius skaičius ir skaičiavimus apžvelgia Scott Manley:

***

Saulės energijos kelias į Žemę. Žemės magnetinis laukas sukuria barjerą, prilaikantį Saulės vėjo daleles. Magnetinis persijungimas – reiškinys, kai sulinkusios magnetinio lauko linijos staiga susijungia kitaip – gali atverti dalelėms kelią pasiekti Žemės ašigalių apylinkes per piltuvo formos sritis, vadinamas smailėmis (angl. cusps). Iki šiol šį tą žinojome apie santykinai lėtai judančių teigiamai įkrautų dalelių – protonų ir kitų jonų – judėjimą pro smailes, tačiau daug greitesnių elektronų skrydžiai liko paslaptingi. Dabar astronomai, naudodami palydovų-dvynių misiją TRACERS, detaliausiai iki šiol užfiksavo, kaip Saulės energija prasiskverbia į Žemės aplinką. 2025 metų liepą paleisti palydovai skrieja žemojoje Žemės orbitoje, matuodami elektronų, jonų ir plazmos savybes sąveikos tarp Saulės ir Žemės zonose. Elektronai čia veikia kaip itin greiti pasiuntiniai: dėl menkos masės ir didelės energijos jie pirmieji „praneša“ apie magnetinį persijungimą, vykstantį maždaug 48 000 kilometrų atstumu Žemės magnetinio burbulo pakraštyje, dar prieš atvykstant pagrindinei medžiagos ir energijos bangai. Tyrėjai naudojo išnagrinėjo 149 smailės kirtimus, iš kurių 57 pasižymėjo elektronų dispersijai būdingais signalais ties smailės riba artimesne pusiaujui. Tai tarsi priekinis jos kraštas, kur Saulės vėjo energija pirmiausia pasiekia jonosferą. Dispersija yra reiškinys, kai skirtingos energijos dalelių trajektorijos nukrypsta skirtingai, todėl greitesnės dalelės pasiekia smailę kitoje vietoje nei lėtesnės. Jonų dispersija gana plati, todėl ir neblogai išmatuota jau seniau, o elektronai disperguoja nežymiai, tad ankstesni prietaisai šio reiškinio ištirti nepajėgė. TRACERS stebėjimai parodė, kad elektronų dispersija ties šiaurinės smailės riba priklauso nuo tarpplanetinio magnetinio lauko krypties. Kai šis laukas nukreiptas į pietus, dispersija aptinkama maždaug kas antrą kartą, o kai į šiaurę – praktiškai niekada. Tokia tendencija gerai dera su hipoteze, kad dispersiją sukelia būtent dieninėje pusėje vykstantis magnetinis persijungimas ir plazmos konvekcija. Be to, keli pavieniai dispersijos signalai rodo smulkaus mastelio erdvinį ir laikinį magnetinio persijungimo kintamumą – tai padės suprasti, ar šis procesas vyksta nepertraukiamai, ar epizodiškai. Geresnis šių procesų supratimas yra svarbus prognozuojant kosminius orus, kurie gali pakenkti palydovams ir technologijoms Žemėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Dvinariai asteroidai iš pakartotinių susidūrimų. Dvinarės asteroidų sistemos paplitusios visoje Saulės sistemoje. Dešimtmečiais vyravo paprastas jų kilmės paaiškinimas: sparčiai besisukantis pagrindinis asteroidas pradeda irti, o jo išsviesta medžiaga vėliau susikaupia į pailgą palydovą. Šis palydovas turėtų skrieti orbita, kurios spindulys panašus į Rošo ribą – atstumą, arčiau kurio didesniojo asteroido gravitacija suardytų mažesnįjį į gabalus. Tačiau šį vaizdą sugriovė NASA Lucy misija. Skriedama pro asteroidą Dinkinešę, ji padarė ne tik jo, bet ir palydovo Selamos nuotraukų. Paaiškėjo, kad Selama pati yra kontaktinis dvinaris, t.y. susideda iš dviejų sukibusių panašaus dydžio gabalų. Be to, jos orbitos spindulys kur kas didesnis, nei tikėtasi. O kai kurie kiti asteroidai turi po daugiau nei vieną palydovą. Kaip paaiškinti tokią įvairovę? Naujame tyrime siūlomas sprendimas – pakartotinių susidūrimų ir subyrėjimų modelis. Tyrimo autoriai remiasi pastebėjimu, kad daugelis asteroidų yra „nuolaužų krūvos“, kitaip tariant, susideda iš silpnai sukibusių riedulių. Be to, jie gyvuoja kur kas ilgiau, nei užtrunka jų sukimosi išmestai medžiagai nusėsti atgal ar išsisklaidyti. Todėl per savo gyvenimą dvinarė sistema gali patirti kelis išsviedimo įvykius, o kiekviena nauja nuolaužų karta gravitaciškai sąveikauja su jau egzistuojančiais palydovais. Antras svarbus veiksnys – palydovų orbitų kitimas: dėl ilgalaikio potvyninių ar šiluminių jėgų poveikio senesnis palydovas iki kito išsviedimo įvykio gali nutolti nuo didesniojo kūno. Naudodami skaitmeninius modelius, tyrėjai aptiko tris tikėtinus raidos režimus. Dažniausias yra „sąveikos režimas“, į kurį sistema patenka, kai senesnis palydovas spėjo nutolti į vidutinio atstumo orbitą. Šiame režime gravitacinė sąveika tarp naujojo ir senojo palydovo gali pasireikšti potvyniniu suardymu, gravitaciniu išsvaidymu ir mažo greičio susiliejimais. Tokie reiškiniai galiausiai sukuria įvairiausių formų palydovus įvairiose orbitose. Būtent mažo greičio susiliejimai užtikrintai suformuoja kontaktines dvinares, o dabartiniai Selamos parametrai puikiai atitinka modelio prognozes. Taigi tikėtina Dinkinešės istorija yra tokia: pirmasis medžiagos išsviedimas sukūrė palydovą, kuris numigravo į išorę; antrasis pagimdė kitą palydovą; abu susitiko mažu greičiu ir sulipo į dvigubą Selamą. Panašiai galėjo susidaryti ir kai kurios trinarės asteroidų sistemos. Netikėtai paaiškėjo, kad maždaug 44 procentai žinomų dvinarių asteroidų turi konfigūracijas, rodančias galimą kelių palydovų kartų praeitį – tai didelė dalis, leidžianti tikėtis, kad ateityje bus aptikta dar daugiau egzotiškų sistemų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Už maždaug kiloparseko rasime supernovos liekaną, kurios dalis, švytinti jonizuoto deguonies mėlyna šviesa, žiūrint iš Žemės truputį primena undinę. Aplinkinė rausva šviesa yra vandenilio spinduliuotė. Nuotraukoje matomos žvaigždės su supernova, sprogusia prieš 10 tūkstančių metų, nesusijusios.

***

Gaja-Enceladas greičiausiai buvo kelios galaktikos. Paukščių Takas, kaip ir kiekviena galaktika, augdamas patyrė daugybę susiliejimų su kitomis. Kiekvienas jų paliko žvaigždžių srautų ir struktūrų, kurios iki šiol neša cheminius ir dinaminius juos sukūrusių įvykių pėdsakus. Žymiausia iš jų vadinama „Gajos dešrele-Enceladu“ (GSE). Ši struktūra ilgai laikyta paskutinio didžiojo Galaktikos susiliejimo liekana. Pats susiliejimas, manoma, atnešė nemažą dalį Paukščių Tako halo žvaigždžių bei bent kelis kamuolinius spiečius. Tačiau dabar tyrėjai, naudodami DESI spektrografo duomenis ir naują grupavimo algoritmą GS³ Hunter, rado įrodymų, kad GSE kilmė kur kas sudėtingesnė nei manyta. Išanalizavę beveik 87 tūkstančius žvaigždžių, tyrėjai identifikavo net 17 srautų ir struktūrų, kurių didžioji dalis anksčiau buvo nežinoma. GSE yra viena šių struktūrų, tačiau pridėjus žvaigždžių amžiaus, trajektorijų savybių ir cheminės sudėties duomenis paaiškėjo, kad ją galima suskirstyti bent į keturias. Šios pavadintos nuo GSE-GSH1 iki GSH4. Magnis, kalcis ir titanas visose keturiose grupėse pasiskirstę panašiai, rodydami, kad žvaigždės susidarė iš chemiškai panašios medžiagos. Tačiau aliuminio bei anglies ir azoto santykiai pastebimai skiriasi: vienos grupės rodo greitą, intensyvią ankstyvą žvaigždėdarą, kitos – lėtą ir ilgalaikę. Viena substruktūra, GSE-GSH2, išsiskiria netvarkinga, epizodiška žvaigždžių formavimosi istorija. Orbitos taip pat patvirtina chaotišką praeitį – visos keturios grupės juda stipriai ištęstomis trajektorijomis, būdingomis susiliejimo nuolaužoms, bet kiekviena užima šiek tiek kitokią orbitinių savybių erdvės sritį. Bene įtikinamiausia užuomina apie skirtingumą – žvaigždžių amžius: keturios populiacijos apima maždaug nuo 7 iki 12 milijardų metų praeitį. Vienas susiliejimas penkis milijardus metų tikrai nevyksta. Taigi greičiausiai tuo laikotarpiu Paukščių Takas patyrė bent keturis akrecijos įvykius, kurie milijardams metų paliko nuolaužų. Jei pasitvirtins, GSE bus ne vieno senovinio susidūrimo rezultatas, o kelių nuoseklių susiliejimų sudėtinė struktūra. Tai gali perrašyti ir supratimą apie tai, koks iš tiesų buvo „paskutinis didysis susiliejimas“. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ar Galaktikos trūkstama masė slypi tarpžvaigždinėse kometose? Tamsiosios medžiagos egzistavimas iš dalies remiasi „trūkstamos masės“ pastebėjimu. Geriausiai jis matomas nagrinėjant galaktikų sukimosi kreives. Ši kreivė sudaroma išmatuojant žvaigždžių sukimosi aplink centrą greitį skirtingose galaktikos vietose. Jau senokai pastebėta, kad tie greičiai yra kur kas didesni, nei galima paaiškinti vien matomų žvaigždžių ir dujų trauka. Vadinasi, kažkas papildomo prisideda prie masės. Įprastai laikoma, kad tas trūkstamas elementas yra tamsioji medžiaga – tam tikros elementariosios dalelės, kurios su likusia, įprasta medžiaga sąveikauja tik gravitaciškai ir todėl yra praktiškai neaptinkamos tiesiogiai. Naujame tyrime mokslininkai išnagrinėjo alternatyvią hipotezę: o kas, jei dalis tos trūkstamos masės yra maži ir blausūs tarpžvaigždiniai objektai? Pirminę užuominą šiam tyrimui davė 3I/ATLAS – trečioji ir didžiausia mūsų Saulės sistemoje aptikta tarpžvaigždinė kometa, kurios branduolio spindulys gali siekti kelis kilometrus. Statistiniai vertinimai rodo, kad Galaktikoje greičiausiai klaidžioja milijardai ar net trilijonai tokių objektų, tačiau įprastais stebėjimo metodais jų aptikti tiesiog neįmanoma. Tyrėjai įvertino, kiek tokių klajojančių kūnų galėtų būti Saulės aplinkoje, o tada apskaičiavo, kokią trūkstamos masės dalį jie galėtų sudaryti. Rezultatas gavosi netikėtai didelis: maždaug 13–45 procentai masės, šiuo metu priskiriamos tamsiajai medžiagai. Tyrėjai modeliavo tarpžvaigždinius objektus kaip pasiskirsčiusius storame, maždaug 800 parsekų storio diske – panašiai, kaip ir didžioji Paukščių Tako žvaigždžių dalis. Apskaičiuota bendra masė galėtų siekti net 50 milijardų Saulės masių, panašiai, kiek ir visa disko žvaigždžių masė. Aišku, tyrimas turi esminę silpnybę: jis ekstrapoliuoja vienintelės kometos 3I/ATLAS savybes visai Galaktikos populiacijai, o viršutinė gauto intervalo riba reikalauja labai jau optimistiško medžiagos kiekio, išmetamo iš planetinių sistemų į tarpžvaigždinę erdvę. Vis dėlto šie skaičiavimai aktualūs tamsiosios medžiagos paieškoms. Detektoriai, tokie kaip LZ ir XENONnT, kuriais bandoma aptikti tamsiosios medžiagos daleles tiesiogiai, kol kas rezultatų nedavė. Tačiau jų jautrumas vertinamas remiantis tikėtinu vietiniu tamsiosios medžiagos tankiu. Jei pastarasis būtų bent 13 procentų mažesnis nei manyta, reikėtų perskaičiuoti tiek instrumentų jautrumą, tiek jų duodamų neigiamų rezultatų implikacijas. Naujos kartos dangaus apžvalgos netrukus aptiks dešimtis ar net šimtus naujų tarpžvaigždinių objektų; tuomet paaiškės, kiek naujojo tyrimo rezultatai pagrįsti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Juodąją skylę prarijusios žvaigždės raida. Pirmykštės juodosios skylės yra kol kas hipotetiniai objektai, susidarę ne iš kolapsavusių žvaigždžių, o iš tankių medžiagos sankaupų pirmosiomis Visatos gyvavimo akimirkomis. Nežinome, kokia galėtų būti jų masė, tačiau jei ji palyginama su asteroidų masėmis – siekia iki šimto milijonų trilijonų kilogramų, – šie objektai gali būti reikšminga tamsiosios materijos komponentė. Tokiu atveju jų koncentracija galaktikose būtų milžiniška, o susidūrimai su žvaigždėmis – neišvengiami. Naujame tyrime mokslininkai pristato pirmą išsamų kompleksinį modelį, aprašantį, kas nutinka žvaigždei, pagavusiai tokią juodąją skylę. Tyrėjai nustatė, kad tiesioginis pagavimas, kai juodoji skylė vienu praskriejimu sulėtėja ir įstringa žvaigždės viduje, yra beveik neįmanomas. Tačiau trijų kūnų sąveikos su aplink žvaigždę besisukančiomis planetomis yra daug dėkingesnės. Planeta gali nukreipti juodąją skylę į orbitą, kertančią žvaigždę, o pakartotini praskridmai pamažu ją įstumia gilyn. Pasiekusi žvaigždės branduolį, juodoji skylė pradeda ryti žvaigždės medžiagą. Tolesnė eiga gali pasukti vienu iš dviejų kelių. Jei juodoji skylė prisirenka pakankamai besisukančių dujų, aplink ją susiformuoja akrecinis diskas. Tokiu atveju disko vėjai ir reliatyvistinės čiurkšlės, kurie per 10 sekundžių gali išskirti tiek energijos, kiek žvaigždės sprogimas supernova, sunaikina žvaigždę per vos kelias minutes. Toks sprogimas vadinamas Hawkingo žvaigždės tranzientu; jis būtų matomas kaip maždaug paros trukmės ultravioletinis ir mėlynas signalas, kurį galimai sektų radijo žybsnis ir, jei čiurkšlė prasiveržtų lauk, signalas, panašus į silpną gama spindulių žybsnį. Jei akrecija vyksta lėtai ir diskas nesusidaro, juodoji skylė tyliai suryja žvaigždę per ilgesnį laiką. Tokiu atveju žvaigždės šviesis ir vidinė struktūra keičiasi, bet sprogimas neįvyksta. Galiausiai iš žvaigždės lieka panašios masės juodoji skylė. Abiejų scenarijų liekanos – mažos masės, greitai besisukančios juodosios skylės – būtų unikalūs pirmykščių juodųjų skylių pėdsakai. Jei tokios sistemos susilietų su kitais kompaktiniais objektais, jas aptikti pajėgtų būsimi gravitacinių bangų detektoriai. Tai leistų ir patikrinti šias prognozes, ir apskritai įvertinti pirmykščių juodųjų skylių egzistavimo tikimybę. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsioji medžiaga kaupiasi prie juodųjų skylių? Tamsioji medžiaga sudaro didžiąją dalį Visatos masės, tačiau jos prigimtis lieka mįslė. Pagal standartinį modelį, ji sąveikauja tik gravitaciškai ir todėl yra nematoma. Teorija jau seniai prognozuoja, kad ši medžiaga turėtų telktis debesiu aplink bet kokį masyvų kūną, ypač supermasyvias juodąsias skyles. Priežastis paprasta: skirtingai nuo įprastos medžiagos – dujų ir dulkių, kurios akreciniame diske trinasi, praranda energiją ir spiralėmis krenta artyn į centrą – tamsioji medžiaga neturi būdo prarasti energiją, todėl tiesiog kaupiasi pakraščiuose. Ją panašiai traukia ir žvaigždės bei planetos, tačiau iš mažesnio kūno apylinkių tamsioji medžiaga lengviau pabėga, tad ir sankaupos neturėtų būti reikšmingos. Iki šiol sankaupų nebuvo aptikta ir prie supermasyvių juodųjų skylių, bet dabar astronomai skelbia pirmą kartą užfiksavę jų egzistavimo įrodymų. Jie panaudojo metodą, vadinamą reverberaciniu, arba aido, kartografavimu. Jis jau seniai naudojamas juodųjų skylių masei matuoti. Medžiaga, krisdama juodosios skylės link, skleidžia netolygų spinduliuotės srautą. Jis sklinda į išorę, kol pasiekia aplinkines dujas, kurios jį sugeria ir perspinduliuoja tolyn, tarsi aidu. Laiko tarpas tarp pirminio ir antrinio srautų intensyvumo pokyčių leidžia apskaičiuoti dujų atstumą nuo juodosios skylės. Išmatavę dujų judėjimo greitį galime apskaičiuoti, kokia masė jas išlaiko orbitoje. Lygindami kelis spinduliuotės signalus, generuojamus skirtingu atstumu nuo juodosios skylės, mokslininkai gali apskaičiuoti, kiek masės sukaupta skirtingo dydžio rutuliuose aplink juodąją skylę. Šie skaičiai parodo, ar aplink ją yra papildomos, tamsiosios medžiagos. Pritaikę metodą 14-ai tolimų galaktikų, tyrėjai penkiose iš jų rado požymių, kad masės susikaupę daugiau, nei galima paaiškinti vien matoma medžiaga ir juodąja skyle. Įvertintas tamsiosios medžiagos tankio profilis pasižymi vadinamuoju „smaigaliu“ – staigiu augimu centro link. Nuo teorinės maksimalios smaigalio vertės gautasis profilis nukrypsta tik dėl ilgalaikių gravitacinių sąveikų su aplink skrajojančiomis žvaigždėmis. Tiesa, apskaičiuota tamsiosios medžiagos masė pasirodė gerokai didesnė nei tikėtasi, o dabartiniai matavimai turi nemenkas paklaidas, todėl rezultatus kol kas geriau laikyti koncepcijos patikrinimu, o ne galutiniu įrodymu. Jei tamsiosios medžiagos sankaupų egzistavimas pasitvirtins, astronomai turės atsižvelgti į jų poveikį tirdami juodąsias skyles; jei paaiškės, kad iš tiesų jų nėra, dalelių fizikams teks permąstyti tamsiosios medžiagos modelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review D.

***

Aptiktas seniausias mirgantis kvazaras. Kvazarai – energingiausi aktyvūs galaktikų branduoliai; jie skleidžia tiek spinduliuotės, kad gali nustelbti visą supančią galaktiką. Energija jiems suteikia medžiagos kritimas į supermasyvią juodąją skylę, tačiau jis nevyksta visiškai tolygiai, taigi visi kvazarai mirga. Bent jau aplinkinėje Visatoje. Mirgesio analizė padeda daug geriau suprasti krentančios medžiagos savybes bei kokie fizikiniai procesai atsakingi už skirtingų spektro ruožų spinduliuotės generavimą. Per pastaruosius dvidešimt metų astronomai aptiko šimtus supermasyvių juodųjų skylių pirmajame Visatos milijarde metų, tačiau jos matomos tik kaip taškeliai, kurių struktūros niekaip neįžiūrėsi. Dabar astronomai pirmą kartą aptiko mirgantį kvazarą iš pačios Visatos aušros – vos 850 milijonų metų po Didžiojo Sprogimo. Užfiksuoti mirgėjimą taip toli buvo techninis iššūkis: dėl Visatos plėtimosi tolimų objektų šviesa ne tik paraudonuoja, bet ir išsitempia laike, todėl mirgėjimas, natūraliai vykstantis per kelias savaites, išsitęsia iki kelių mėnesių. Todėl tyrėjams reikėjo stebėti kvazarą infraraudonojoje srityje net keletą metų. Signalą jie rado NASA NEOWISE misijos duomenyse – kosminis infraraudonasis teleskopas skenavo visą dangų apie 14 metų. Per šį laikotarpį kvazaras mirgėjo atsitiktinai, tarsi žvakės liepsna be aiškaus ritmo, jo ryškumas svyravo apie 20 procentų amplitude. Vidutinis kvazaro šviesis prilygsta 12 trilijonų Saulių; toks didelis ryškumas padėjo užfiksuoti ir netolygumus net tokiu milžinišku atstumu. Tyrėjai sekė mirgėjimą skirtingais bangos ilgiais, kurie atspindi skirtingas medžiagos temperatūras ir atstumus nuo juodosios skylės, ir taip nustatė akrecinio disko formą. Paaiškėjo, kad diskas plonas ir plokščias kaip blynas; tokia struktūra paprastai būdinga aktyviems galaktikų branduoliams aplinkinėje Visatoje, taigi dabar žinome, kad analogiškai akrecija vyksta bent kai kuriose sistemose ir Visatos jaunystėje. Iš vienos pusės tai atrodo visai logiška, nes fizikos dėsniai prieš 13 milijardų metų juk buvo tokie patys, kaip dabar. Iš kitos, manoma, kad pirmosios supermasyvios juodosios skylės turėjo užaugti ekstremaliais augimo šuoliais, kurių metu dujų struktūra turėtų būti gerokai išpūsta ir netvarkinga. Tyrėjai daro išvadą, kad visos chaotiškos ir sparčios augimo fazės greičiausiai įvyko dar anksčiau, dar prieš mums pamatant šiuos objektus kaip ryškius kvazarus. Šis tyrimas veikia labiausiai kaip metodo pademonstravimas, o nauji teleskopai, tokie kaip Rubin ir Roman observatorijos, tolimų mirgančių kvazarų imtį padidins daugybę kartų. Tada sužinosime, kaip jie augo iš tiesų. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Maži raudonieji taškeliai auga sparčiai. Maži raudonieji taškeliai (angl. Little Red Dots, LRD) yra mįslingi kompaktiški objektai, kuriuos ankstyvoje Visatoje aptiko James Webb teleskopas. Jiems būdingas „V formos“ spektras: jie švyti ryškiai ultravioletinėje ir regimojoje spektro srityse, bet turi įdubimą per vidurį. Taip pat jie pasižymi plačiomis spinduliuotės linijomis, rodančiomis aktyviai į juodąsias skyles krentančią medžiagą. Iš kitos pusės, jų spektre nematyti aktyviai mintančioms juodosioms skylėms būdingos rentgeno, radijo bei infraraudonosios spinduliuotės. Taigi jie nepanašūs nei į įprastas, neaktyvias galaktikas, nei į kvazarus ar kitas aktyvių galaktikų rūšis. Naujame tyrime mokslininkai pasiūlė LRD prigimties paaiškinimą, kuris gražiai apjungia jas su bendru juodųjų skylių augimo paveikslu. Naudodami galaktikų formavimosi modelį, paremtą standartine, arba ΛCDM kosmologija, tyrėjai atrinko galaktikas, kurių spektras pasižymi LRD savybėmis, ir išnagrinėjo jų kilmę, savybes bei raidą iki šių dienų. Šiose galaktikose, kaip ir visose kitose (bent jau pagal šį modelį), juodosios skylės susiformavo kai Visatai buvo mažiau nei 200 milijonų metų, mirštant pirmosios kartos žvaigždėms. Šių sėklų masė tipiškai siekia kelis šimtus Saulės masių, tačiau tai gerokai per mažai, kad maitintų LRD. Iki stebimo laikotarpio – maždaug 500-900 milijonų metų po Didžiojo sprogimo – jos užauga dviem būdais: tolygiai ir ypatingai sparčiais trumpais epizodais. Pastarasis būdas vadinamas superedingtonine akreciją. Tokių trumpų epizodų metu aplink juodąją skylę prisirenka pakankamai medžiagos, kad ji galėtų kristi iki 10 kartų sparčiau nei teorinis maksimumas, apskaičiuotas darant sferinės simetrijos prielaidą. Šie epizodai sutampa su žvaigždėdaros žybsniais galaktikos centrinėje dalyje, kuriuos sukelia staigus gravitacinis sutrikdymas, pavyzdžiui, galaktikų susiliejimas. Būtent tokia kombinacija sukuria V formos spektrą: jaunos žvaigždės duoda mėlyną ultravioletinę šviesą, o superedingtoniškai auganti juodoji skylė – raudoną optinį švytėjimą. Iki stebimo laikotarpio šios juodosios skylės užauga iki kelių šimtų tūkstančių Saulės masių. Svarbus šio tyrimo rezultatas yra tai, kad LRD populiacija yra tiesiog natūrali viso ankstyvų galaktikų rinkinio dalis, nereikalaujanti specifinių, vien joms pritaikytų, augimo sąlygų. Taigi prognozuojama, kad matomi taškeliai yra tik ledkalnio viršūnė – egzistuoja kur kas didesnė lėčiau augančių, tad ir blausiau švytinčių juodųjų skylių populiacija toje pačioje augimo fazėje. Kol kas Webb teleskopu jų aptikti nepavyksta, bet ateityje, atlikus ilgesnius stebėjimus, turėtume bent dalį jų rasti. Iki šių dienų LRD turėjusios galaktikos vystosi labai įvairiai: kai kurios lieka kompaktiškos ir nedidelės, kitos išauga iki masyviausių šiandieninių arba tokiose paskęsta kada nors per milijardus metų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žvaigždėdaros kuras Visatos aušroje. Galaktikos auga versdamos dujas žvaigždėmis, o pagrindinis šio proceso kuras yra šaltos molekulinės dujos. Iki šiol astronomai įtarė, kad ankstyvosios ryškios, masyvios galaktikos turėjo milžiniškas dujų atsargas, tačiau niekam nepavyko jų tiesiogiai aptikti. Naujame tyrime mokslininkai pristato didžiulį šaltų molekulinių dujų telkinį galaktikoje REBELS-25, matomoje, kai Visatai buvo vos apie 700 milijonų metų – maždaug 5 procentai dabartinio amžiaus. REBELS-25 stebima giliai rejonizacijos epochoje – svarbiame ankstyvos Visatos laikotarpyje, kai pirmosios žvaigždės ir aktyvūs galaktikų branduoliai pavertė tamsią, neutralią Visatą tokia, kokią matome dabar, kupina jonizuotų tarpgalaktinių dujų. Tyrėjai pasitelkė radioteleskopą Labai didelį masyvą (VLA) Niu Meksiko valstijoje ir ALMA submilimetrinių bangų observatoriją Čilėje. VLA ieškojo silpnos anglies monoksido (CO) molekulių radijo spinduliuotės, kuri gerai parodo molekulinių dujų egzistavimą. Stebėjimai aptiko žemos energijos CO liniją; tai tolimiausias kada nors aptiktas toks signalas. Signalo ryškumas rodo, kad REBELS-25 jau turėjo labai didelę žvaigždėdaros medžiagos atsargą – maždaug 100 milijardų Saulės masių molekulinių dujų. Tai reiškia, kad net 95% galaktikoje esančios įprastos medžiagos buvo dujos. Tokius silpnus žemos energijos CO signalus aptikti taip toli ypač sunku dėl kosminės mikrobangės foninės spinduliuotės – relikto iš laikų netrukus po Didžiojo Sprogimo. Ankstyvesniais laikais spinduliuotė buvo intensyvesnė ir vis labiau užgožė šaltų dujų spektrą. Komandai pavyko atskirti spinduliuotės komponentus naudojantis giliais VLA stebėjimais. Tiesiogiai aptikę patį žvaigždėdaros kurą astronomai gali geriau suprasti, kaip pirmosios galaktikos per pirmąjį Visatos milijardą metų tapo tokios masyvios – kai kurios pasiekė praktiškai Paukščių Tako masę. REBELS-25 greičiausiai yra tik ledkalnio viršūnė; planuojamas naujos kartos VLA (ngVLA) leis tokius matavimus atlikti 10 kartų greičiau ir tirti kur kas blausesnes bei tolimesnes sistemas. Tyrimo rezultatai publikuojami MNRAS.

***

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

Laiqualasse