Kai už lango jau taikosi atslinkti žiema, smagu pagalvoti apie šilumą. Pavyzdžiui, šilumą Mėnulio gelmėse, kurią praeityje sugeneravo Žemės gravitacija, keldama potvynius palydove. Jos užteko, kad dar prieš porą milijardų metų ten kartais veržtųsi lava. Marse vulkanizmas, pasirodo, galimai aktualus netgi dabar, o koks nors ugnikalnis gali ir išsiveržti. Net ir mažytėje Cereroje šiluma svarbi, tik kitaip: Saulė šildo kai kurių kraterių šlaitus, išgarina ten vandens ledą ir palieka druskos klodus. Kitose naujienose – iš mažų galaktikų pabėga deguonis; robotas sumontavo konstrukciją kosmose; o pirmųjų žvaigždžių spiečiai galėjo efektyviai gaminti juodąsias skyles. Gero skaitymo!

***

Robotinių orbitinių statybų pradžia. Didelių konstrukcijų dydį kosmose šiandien riboja raketų matmenys. Iki šiol buvo tik du būdai orbitoje turėti ką nors didesnio, nei raketos krovinių skyriaus gabaritai: sulankstyti konstrukciją paleidimui ir išskleisti ją kosmose arba surinkti ją rankomis iš dalių, atskraidintų per kelis skrydžius. Pirmojo būdo pavyzdys – James Webb teleskopas, antrojo – Tarptautinė kosminė stotis. Ateityje tikimasi orbitinę infrastruktūrą plėsti – turėtų atsirasti daugiau kosminių stočių, teleskopų, galbūt ir kosminių viešbučių, gamyklų ar erdvėlaivių aptarnavimo punktų. Juos statyti norėtųsi autonomiškai, su kuo mažiau žmonių įsikišimo. Būtent tam 2022 metais JAV gynybos pažangiųjų tyrimų agentūra DARPA pradėjo programą NOM4D. Dabar Kalifornijos technologijos instituto sukurtas robotas ASTRA, vykdantis šią programą, pirmą kartą autonomiškai surinko konstrukciją orbitoje be astronautų pagalbos. Maždaug kubinio metro dydžio įrenginys šių metų kovo 30 dieną kartu su dar devyniais kroviniais buvo iškeltas į žemąją Žemės orbitą. Jame buvo dvi iš anksto surinktos santvaros sekcijos, robotinė ranka ir kompozitinių pluoštų vamzdeliai bei aliuminio jungtys. Iš jų robotas turėjo vieną po kitos surinkti 11 vienodų sekcijų, prie jų pritvirtinti tinklelio formos atspindinčią plėvelę ir taip pagaminti 1,4 metro skersmens reflektorinę anteną. Plėvelė, kurią sukūrė patys tyrėjai kartu su kolegomis iš Pensilvanijos universiteto, yra perforuota, todėl jai reikia mažesnio įtempimo nei įprastam metaliniam tinkleliui, o konstrukcijos gali būti lengvesnės. Orbitoje pasitaikė daug netikėtų problemų. Jų sprendimą apsunkino tai, kad su įrenginiu įmanoma susisiekti tik per kelis langus per parą, kurių kiekvieno trukmė tėra apie 15 minučių. Taigi kiekvieną gedimą komanda pirmiausia atkartodavo laboratorijoje su identišku įrenginio dvyniu, o rastą sprendimą siųsdavo į orbitą. Per šešis mėnesius robotui pavyko išstumti abi paruoštas sekcijas ir surinkti trečiąją, tačiau iki misijos pabaigos gruodį visos antenos užbaigti greičiausiai nepavyks. Vis dėlto tyrėjai teigia, kad demonstracija įrodė, jog toks surinkimo būdas veikia. Ateityje jį bus galima išplėsti iki labai didelių konstrukcijų, nors dizainą dar reikės supaprastinti ir patobulinti. Daugiau apie NOM4D programą skaitykite DARPA puslapyje.

***

Žemės potvyniai šildė jauną Mėnulį. Mėnulis, kaip manoma, susiformavo iš medžiagos, kurią prieš maždaug 4,5 milijardo metų iš jaunos Žemės išmušė Marso dydžio kūnas. Kadangi Mėnulis nedidelis, jo vidinė šiluma turėjo gana greitai išsisklaidyti, o ugnikalniai – užgesti. Tačiau kinų zondo Chang’e-5 parskraidinti bazaltai – vulkaninės kilmės uolienos – iš Audrų vandenyno pasirodė esą vos maždaug dviejų milijardų metų amžiaus. Vadinasi, Mėnulio gelmės dar ilgai po susiformavimo buvo pakankamai karštos, kad jose lydytųsi magma. Radioaktyvių elementų skilimas, susiformavimo metu sukaupta šiluma ir asteroidų smūgiai nesuteikia pakankanai energijos, kad taip ilgai išlaikytų gelmes pakankamai karštas. Dar vienas, anksčiau menkai ištirtas, energijos šaltinis yra potvyninis šildymas. Kai kūnas skrieja ištęsta orbita aplink didesnį kūną, gravitacija jį periodiškai suspaudžia ir ištempia, o trintis gelmėse virsta šiluma; ryškiausias pavyzdys yra vulkaninis Jupiterio palydovas Ijo. Seniau Mėnulis buvo arčiau Žemės, o jo orbita – pailga, todėl potvyniai buvo stipresni. Tačiau iki šiol jų poveikis buvo skaičiuojamas laikant Mėnulio vidų gana vienalyčiu, nors žinoma, kad ties branduolio ir mantijos riba yra santykinai paslankių uolienų sluoksnis. Dabar mokslininkai sudarė tikroviškesnį potvyninio šildymo modelį ir parodė, kad jo šilumos pakako paaiškinti vėlyvą Mėnulio vulkanizmą. Tyrėjai įvertino, kaip potvyninė šiluma pasiskirstė Mėnulio viduje prieš maždaug 3,2 milijardo metų, atsižvelgdami į to laikmečio orbitos parametrus ir netolygią mantijos klampą. Paaiškėjo, kad ties branduolio ir mantijos riba, priešingose palydovo pusėse, susidaro dvi simetriškos potvyninio šildymo anomalijos zonos. Jos užima tik apie 2,5 procento mantijos tūrio, tačiau išskiria apie 150 gigavatų galios – dešimteriopai daugiau, nei tuometinis radioaktyvusis šildymas. Tokios zonos turėjo sukelti nuo branduolio kylančius mantijos pliumus – magmos burbulus, kurie gelmių šilumą perkėlė arčiau paviršiaus. Šis procesas galėjo suteikti šilumos, reikalingos sukurti titano turtingus bazaltus, kuriuos parskraidino Apollo 11 ir Apollo 17 misijos. Papildoma šiluma arti branduolio galėtų paaiškinti ir kodėl Mėnulio magnetinis dinamas veikė apie 500 milijonų metų – ilgiau, nei numatė ankstesni modeliai. Naujojo modelio rezultatus patvirtinti ar paneigti padės būsimos Mėnulio misijos. Tyrimo rezultatai publikuojami žurnale Planet.

***

Marso vulkanizmas tik snaudžia. Marse stūkso didžiausi Saulės sistemos ugnikalniai, tačiau ilgai buvo manoma, kad visi jie jau užgesę. Bet pastaraisiais metais daugėja ženklų, kad taip nėra. Orbitiniuose vaizduose matyti požymiai, rodantys ugnikalnių aktyvumą per pastaruosius kelis ar keliasdešimt milijonų metų, o paviršinis zondas InSight užfiksavo marso drebėjimus, kurie kartais kyla ir dėl tektoninių judesių. Iš kitos pusės, naujų lavos srautų ar išsiveržimų niekada nestebėta, o sieros dioksido, kuris liudytų apie vykstančius išsiveržimus, Marso atmosferoje nerasta. Aktyvus magmos židinius po paviršiumi galėtų išduoti kitos dujos, pavyzdžiui, vandenilio chloridas, kuris Žemėje dažnai sunkiasi iš vulkaninių angų. ESA zondas ExoMars Trace Gas Orbiter jį Marso atmosferoje aptiko dar 2021 metais, bet tuo metu Marsas buvo arčiau Saulės ir manyta, kad dujos išsiskyrė iš dulkių ar vandens ledo. Naujame tyrime astronomai pristato vandenilio chlorido dujų signalą, kurio kilmė beveik neabejotinai vulkaninė. Šaltuoju sezonu, šiaurės pusrutulio vasaros pradžioje, kai vandenilio chlorido paprastai beveik nebūna, zondo atmosferos chemijos spektrometrai jį pakartotinai aptiko vis toje pačioje vietoje – virš Albos ugnikalnio šiaurinių šlaitų. Detalios zondu darytos nuotraukos šioje vietovėje atskleidė šviežius, siauresnius nei metras, bet kai kur šimtų metrų ilgio plyšius. Aplink juos paviršiaus spalva pakitusi, panašiai kaip aplink fumaroles Žemėje, kur kaupiasi iš gelmių kylančių dujų nuosėdos. Tyrėjų manymu, magminės dujos kyla šiais plyšiais iš gilaus snaudžiančio magmos židinio. Žiemą, kai temperatūra nukrenta iki minus 120 laipsnių, plyšius užkemša ledas, o vasaros pradžioje jam sublimavus dujos ištrūksta į atmosferą. Kruopščiai išnagrinėjus visus galimus atmosferos cheminius procesus, geriausiu paaiškinimu išliko tebevykstantys magminiai reiškiniai Marso viduje. Vadinasi, Marsas iki šių dienų išlaikė pakankamai vidinės šilumos, kad vulkaninis aktyvumas tebesitęstų. Tai svarbu ir gyvybės paieškoms: jei kylanti magma susiliečia su popaviršiniu vandeniu, gali susidaryti šiltos hidroterminės nišos, kuriose mikroorganizmai būtų apsaugoti nuo atšiaurių paviršiaus sąlygų. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Marso dulkės – glotnesnės, bet smulkesnės. Paviršiaus dulkės yra viena didžiausių kliūčių žmonėms tyrinėjant kitus pasaulius. Tą puikiai patyrė „Apollo“ astronautai: aštrios Mėnulio dulkių dalelės braižė šalmų antveidžius ir gadino skafandrus, o grįžus į nusileidimo modulį, prie skafandrų prilipusios dalelės teršė orą ir pateko astronautams į plaučius, kai kuriems sukeldamos šienligę primenančius simptomus. Marse problema dar sudėtingesnė, nes regioninės ir visos planetos dulkių audros nuolat kelia grėsmę uždengti įrangą ar gyvenamuosius statinius. Ankstesnių misijų metu surinkti duomenys davė informacijos apie didesnių nei maždaug trys mikrometrai dalelių cheminę sudėtį, tačiau smulkesnių dulkelių savybės liko beveik nežinomos. Pastarosios yra dar pavojingesnės, nes gali giliai prasiskverbti į žmonių organizmus. Dabar mokslininkai jas ištyrė tiesiogiai Marse. Marsaeigis Perseverance ant korpuso turi mažus, kelių kvadratinių centimetrų ploto, skafandrų medžiagų ir teflono pavyzdžius, ant kurių kaupiasi dulkės. Jo rentgeno fluorescencijos prietaisu PIXL tyrėjai išanalizavo šias dulkes ir sukūrė metodą atskirų dalelių dydžiui įvertinti. Gera žinia ta, kad po 1645 Marso parų pavyzdžiai beveik nenusidėvėjo. Marso dulkės milijardus metų nešiojamos vėjo, todėl jų dalelės apvalios, tarsi upės akmenukai, ir mažiau braižo įrangą. Taip pat jos turėtų mažiau nei aštrios Mėnulio dulkės dirginti ir astronautų plaučius. Tačiau kai kurios dalelės pasirodė itin smulkios – vos 100–200 nanometrų skersmens. Patekusios į plaučius, jos prasiskverbtų giliai į alveoles, patektų į kraują ir net smegenis, pakenktų gyvybiškai svarbiems organams. Pagal cheminę sudėtį dulkės yra fosforo, geležies ir sieros turtingas silikatai, tarp jų yra ir perchloratų bei kitų galimai toksiškų junginių. Dulkės dėl elektrostatinės sąveikos ilgam prilimpa prie medžiagų, panašių į tas, iš kurių planuojama gaminti būsimų skafandrų ir buveinių išorinius sluoksnius. Aišku, astronautai Marso atmosfera tiesiogiai nekvėpuos, tačiau jos gali patekti į gyvenamąsias patalpas, taigi tokias daleles reikės įvertinti kuriant oro filtrus bei nustatant įgulos saugos standartus. Tyrimo rezultatai publikuojami Proceedings of the National Academy of Sciences.

***

Ledas Cereroje slepia druskas. Cerera yra didžiausias Asteroidų žiedo kūnas; ji klasifikuojama kaip nykštukinė planeta. 2015–2018 metais ją tyrinėjo NASA zondas Dawn, kurio vaizduose pastebėtos ryškios šviesios dėmės, pavyzdžiui, Okatoro krateryje. Jos pasirodė esančios natrio karbonato druskų sankaupos, paliktos iš gelmių išsisunkusio sūraus vandens. Be to, Dawn aptiko devynias geologiškai jaunas vandens ledo atodangas, nors ledas santykinai šiltame Cereros paviršiuje ilgai išlikti negalėtų, nes greitai sublimuoja, tai yra iš kieto virsta tiesiai garais. Ryšys tarp šių ledo atodangų ir druskų sankaupų iki šiol kėlė klausimų: nebuvo aišku, ar druskingos sankaupos tokios susiformavo iš pat pradžių, ar druskomis praturtėjo vėliau. Dabar mokslininkai pateikė atsakymą: druskos klodai susiformavo garuojant vandens ledui. Tyrėjai išanalizavo Dawn regimosios šviesos vaizdus ir infraraudonųjų spindulių spektrus devyniose įvairaus dydžio atodangose, o spektrų modeliais įvertino ledo kiekį, kristalų dydį ir jų susimaišymą su gruntu. Paaiškėjo, kad ledo savybės priklauso nuo apšvietimo ir temperatūros: šešėliuose ledo daugiau ir jo kristalai stambesni, o Saulės apšviestose vietose jo mažiau. Atodangose ledas sudaro iki pusės paviršinės medžiagos tūrio. Kai kuriose vietose per kelis mėnesius ar metus, kol veikė Dawn, ledo kiekis pastebimai pakito. Svarbiausias atradimas yra ledo ir druskų išsidėstymas tuose pačiuose krateriuose. Į ašigalį atgręžti, statesni ir šaltesni šlaitai yra padengti ledu, o į pusiaują atgręžtuose, šiltesniuose ir lėkštesniuose šlaituose aptinkamas tik natrio karbonatas. Tai rodo, kad ryškios druskų sankaupos iš pradžių buvo sūraus ledo telkiniai. Šiltesnėse vietose ledas sublimuoja greičiau, o druska lieka paviršiuje ir pamažu kaupiasi. Nuošliaužos vis atidengia šviežią ledą, kuris vėl sublimuoja, kol ledo nebelieka arba jį uždengia likęs sluoksnis, ir tada paviršiuje lieka tik ryški druska. Tyrėjai taip pat pastebėjo, kad spektro matavimai gali neparodyti druskos net tada, kai jos lede yra net 30–50% pagal tūrį, taigi sūraus ledo Cereroje gali būti daugiau, nei galime aptikti. Tai išsprendžia ilgametį klausimą, kaip Cereros paviršiuje susiformuoja druskomis turtingos sankaupos. Tyrimo rezultatai publikuojami JGR Planets.

***

Enceladas – turbūt žinomiausias Saturno palydovas, ypač dėl geizerių prie pietų ašigalio. Čia matome juos apšviestus Saulės šviesos, o pats Enceladas skendi tamsoje. Fone – Saturno žiedai ir mažytis palydovas Pandora, kurio naktinę pusę blausiai apšviečia nuo Saturno atsispindėjusi šviesa.

***

Urano ir Neptūno magnetizmo kitimas. Zondas Voyager 2 prieš keturis dešimtmečius praskriejo pro Uraną ir Neptūną ir padarė kol kas vieninteles šių planetų nuotraukas iš arti. Jose mokslininkai aptiko keistenybę: šių planetų magnetiniai laukai visiškai nepanašūs į kitų. Žemės laukas primena juostinį magnetą su aiškiais šiauriniu ir pietiniu poliais, o jo ašis nuo sukimosi ašies nukrypusi tik apie 11 laipsnių. Panašiai yra ir Jupiteryje bei Saturne. Urano magnetinė ašis pasvirusi 59 laipsniais, Neptūno – 47 laipsniais, be to, abiejų planetų laukai yra netaisyklingi ir nesimetriški. Planetų magnetinius laukus kuria dinamas – elektrai laidaus skysčio judėjimas jų gelmėse. Žemėje tai skystos geležies konvekcija išoriniame branduolyje, o Urano ir Neptūno gelmes, kaip manoma, daugiausia sudaro vanduo, amoniakas, metanas ir uolienos. Kodėl jų dinamai sukuria tokius neįprastus laukus, iki šiol nebuvo aišku. Dabar mokslininkai, naudodami skaitmeninius modelius, pateikė galimą atsakymą: netaisyklingumo kaltininkas – nevienodas elektrinis laidumas skirtingame gylyje. Ledo milžinių gelmėse slėgis ir temperatūra tokie aukšti, kad vandens molekulės skyla į jonus, todėl einant gilyn terpė turėtų tapti vis laidesnė elektrai. Tyrėjai sukūrė skaitmeninius dinamo modelius, kuriuose priklausomai nuo gylio kinta skysčio judėjimas, temperatūra ir magnetinis laukas, ir išbandė įvairias vidinės sandaros konfigūracijas. Paaiškėjo, kad būtent elektrinio laidumo kitimas su gyliu, kurį lemia planetų sudėtis ir temperatūra, yra esminis veiksnys, leidžiantis atkurti Voyager 2 stebėtus didelio mastelio laukų bruožus. Be to, tokie magnetiniai laukai pasirodė esą labai nepastovūs. Kai kuriais laikotarpiais magnetinės ašies polinkis per kelis dešimtmečius pasikeičia dešimtimis laipsnių, kitais beveik nekinta. Palyginimui, Žemės magnetinės ašies polinkis per 50 metų pakinta vos laipsniu. Vadinasi, per dešimtmečius, praėjusius nuo Voyager 2 praskridimo, Urano ir Neptūno laukų stiprumas ar kryptis galėjo gerokai pasikeisti. Kiek būtent, nežinoma, nes neturime naujų duomenų. Šie rezultatai gali paaiškinti naujus pašvaisčių vaizdus, užfiksuotus James Webb teleskopu, ir planuojant būsimas misijas į ledo milžines. Tyrimo rezultatai publikuojami Communications Physics.

***

Kodėl nerandame ateivių? Atsakymo neturime, bet gal jie tiesiog visi numirę? O ką jie paliktų po savęs? Apie „nekropėdsakus“ pasakoja John Michael Godier:

***

Nykštukinės galaktikos neišlaiko deguonies. Deguonis yra gausiausias Visatoje elementas po vandenilio ir helio. Jį pagamina žvaigždės, o mirdamos paskleidžia aplink save. Vėliau galaktikų vėjai, kuriuos sukelia masyvių žvaigždžių spinduliuotė ir supernovų sprogimai, jį išnešioja po galaktikas ir už jų ribų. Deguonį palyginti lengva aptikti ir išmatuoti, todėl jis puikiai tinka sekti, kaip žvaigždžių pagaminti elementai juda Visatoje. Tačiau iki šiol buvo neaišku, kiek pagaminto deguonies galaktikos iš tiesų išlaiko. Ankstesni tyrimai rodė, kad į Paukščių Taką panašios galaktikos didelę jo dalį išmeta į aplinkgalaktinę dujų terpę. Mažose galaktikose, kur žvaigždžių grįžtamasis ryšys turėtų būti ypač efektyvus, jį buvo sunku įvertinti. Dabar astronomai suskaičiavo deguonies balansą 37 nykštukinėse galaktikose ir nustatė, kad jos deguonį išlaiko labai prastai. Visos jos yra arčiau nei šeši megaparsekai, todėl Hablo teleskopas gali išskirti atskiras jų žvaigždes. Bendra žvaigždžių masė siekia nuo kelių milijonų iki kelių milijardų Saulės masių. Iš atskirų žvaigždžių ryškių ir spalvų tyrėjai atkūrė kiekvienos galaktikos žvaigždėdaros istoriją, o iš jos – kiek deguonies per visą laiką pagamino žvaigždės. Tada jie, pasitelkę Spitzerio infraraudonųjų spindulių teleskopo ir radijo teleskopų duomenis, išmatavo, kiek deguonies dabar yra galaktikų dujose, dulkėse ir žvaigždėse. Paaiškėjo, kad galaktikos išlaikė tik 4-25% pagaminto deguonies, vidutiniškai apie 11 procentų; be to, beveik visas jose išlikęs deguonis yra dujose, o ne žvaigždėse ar dulkėse. Hidrodinaminiai modeliai, nors ir sėkmingai atkuria bendrą metalingumo – už helį sunkesnių elementų gausos – raidą galaktikose, prognozuoja daug didesnę deguonies gausą mažose galaktikose. Vadinasi, galaktikų vėjai deguonį pašalina efektyviau, nei numato modeliai. Deguonies išlaikymą lemia du dalykai: kiek dujų vėjai išneša, palyginti su suformuotomis žvaigždėmis, ir kiek tose išmestose dujose deguonies. Be to, panašu, kad mažos galaktikos prisitraukia mažiau medžiagos iš aplinkos, nei galima tikėtis pagal medžiagos tankį tarpgalaktinėje erdvėje. Įdomu ir tai, kad daugiau galaktikų turinčioje aplinkoje bei arti masyvių galaktikų esančios nykštukės kartais išlaiko daugiau deguonies, taigi aplinka greičiausiai padeda deguoniui sugrįžti į galaktiką ar įkristi iš kitų galaktikų. Kur dingo didžioji dalis deguonies, kol kas neaišku: jonizuoto deguonies aptinkama aplinkgalaktinėje terpėje, bet nežinoma, kiek ten jo pasilieka, lyginant su tarpgalaktine erdve. Tyrimo rezultatai publikuojami The Astrophysical Journal.

***

Pirmieji žvaigždžių spiečiai – juodųjų skylių lopšiai. Ankstyvojoje Visatoje, praėjus mažiau nei milijardui metų po Didžiojo Sprogimo, jau buvo supermasyvių juodųjų skylių, kurių masė viršijo milijardą Saulės masių. Kaip jos spėjo taip greitai užaugti? Modelių esama įvairių, o vienas populiariausių remiasi vadinamaisiais masyviais pradmenimis. Tai juodosios skylės, kurių masė siekia nuo kelių šimtų iki šimto tūkstančių Saulės masių, kurios galėjo susiformuoti tiesiogiai, pavyzdžiui susidūrinėjant žvaigždėms. Taip galėjo nutikti itin tankiuose žvaigždžių spiečiuose, kuriuose žvaigždės susiduria daugybę kartų, susilieja ir galiausiai sudaro vieną milžinišką žvaigždę, o ši subliūkšta į juodąją skylę. James Webb teleskopu jau aptikta būtent tokių tankių sistemų. Pavyzdžiui, gravitaciškai lęšiuotose galaktikose „Kosminiai brangakmeniai“ (Cosmic Gems), matomoje praėjus maždaug 460 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, ir „Jonvabalio žybsnis“ (Firefly Sparkle), matomoje praėjus apie 600 milijonų metų, matomi 0,1-10 milijonų Saulės masių žvaigždžių spiečiai. Jų pusės masės spinduliai siekia vos nuo 0,4 iki 15 parsekų: tai reiškia, kad žvaigždžių koncentracija ten aukštesnė nei bet kur kitur Visatoje. Naujame tyrime mokslininkai įvertino, kokios masės juodąsias skyles galėjo pagimdyti šių galaktikų spiečiai. Tiesiogiai sumodeliuoti tokius masyvius spiečius skaičiuojant kiekvienos žvaigždės judėjimą neįmanoma, todėl tyrėjai panaudojo supaprastintą statistinį žvaigždžių dinamikos modelį kartu su analitiniu susidūrimų ir žvaigždžių vėjų sukelto masės praradimo aprašymu. Šis metodas patikrintas tiesioginiais mažesnių kompaktiškų spiečių modeliavimais. Skaičiavimai parodė, kad tokiuose spiečiuose turėtų susiformuoti maždaug 100-4000 Saulės masių juodosios skylės, jomis virstų keli procentai spiečiaus masės. Masyviausius pradmenis, 1600-2700 Saulės masių, kuria labiausiai koncentruoti, maždaug parseko spindulio „Kosminių brangakmenių“ spiečiai. Labai svarbus ir žemas metalingumas – už helį sunkesnių cheminių elementų gausa. Ten ji tėra mažiau nei dvi šimtosios Saulės vertės. Tokių žvaigždžių vėjai silpni, todėl augančios žvaigždės nepraranda daug masės. Didesni ir mažesnės masės „Jonvabalio žybsnio“ spiečiai pagimdytų mažesnes, maždaug 180–810 Saulės masių juodąsias skyles. Autoriai pabrėžia, kad daugelis spiečių savybių, pavyzdžiui, jų sukimasis ir vidinė sandara, nežinomos, ir jos galėtų sumažinti gaunamas juodųjų skylių mases. Kita vertus, jei pirmykštėse sistemose masyvių žvaigždžių formuodavosi santykinai daugiau nei dabar, rezultatas būtų dar palankesnis masyviems pradmenims. Taigi tankūs, sunkiųjų elementų stokojantys ankstyvieji spiečiai gali būti puikios masyvių pradmenų gamyklos, iš kurių galėjo išaugti ir supermasyvios juodosios skylės. Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.

***

Juodųjų skylių poros jaunoje Visatoje? Praėjus mažiau nei milijardui metų po Didžiojo sprogimo jau egzistavo juodųjų skylių, kurių masė milijardus kartų viršijo Saulės. Kaip jos taip greitai užaugo, iki šiol neaišku. Viena galimybė yra susiliejimai, o prieš susiliejant juodosios skylės kurį laiką sukasi poroje. Taigi svarbu žinoti, ar tuo metu buvo supermasyvių juodųjų skylių porų. Dvi viena apie kitą besisukančios supermasyvios juodosios skylės skleidžia gravitacines bangas, kurių vienas svyravimas trunka maždaug metus – per ilgai, kad jas užfiksuotų antžeminiai detektoriai. Jų ieškoma pulsarų laiko matavimo tinklais. Pulsarai yra sparčiai besisukančios neutroninės žvaigždės, kurių impulsai pasikartoja tikslumu, prilygstančiu geriausiems laikrodžiams, o praskriejanti gravitacinė banga visiems tinklo pulsarams sukelia būdingą impulsų laiko poslinkį. Tačiau įprastinės paieškos neatsižvelgia į Visatos plėtimąsi, kuris ištempia bangas joms keliaujant, todėl jos taikomos tik artimajai Visatai. Naujame tyrime mokslininkai pristato metodą, įskaitantį šį raudonąjį poslinkį, ir parodo, kad bent jau labai masyvių juodųjų skylių porų jaunoje Visatoje nebuvo. Iš tolimos poros atėjusi banga Žemėje turi žemesnį dažnį, nei paskleidimo metu, taigi iš tikrųjų ją skleidė glaudesnėje orbitoje besisukanti ir stipriau spinduliuojanti pora, nei apskaičiuotume neatsižvelgę į plėtimąsi. Paaiškėjo, kad šis efektas gali atsverti bangų silpimą dėl atstumo, todėl apskaičiuojamų juodųjų skylių masių ribos tolimoje Visatoje yra platesnės, nei manyta iki šiol. Metodą tyrėjai pritaikė 18 metų trukmės 30 pulsarų stebėjimams Australijos Parkeso radijo teleskopu. Jie nukreipė paiešką į du konkrečius tolimus objektus: itin šviesų kvazarą J0100+2802, kurį matome praėjus maždaug 900 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, ir Webb teleskopu aptiktą galaktiką JADES-GS-z14-0, matomą praėjus mažiau nei 300 milijonų metų. Abiem atvejais buvo atmestos dešimčių milijardų Saulės masių ar didesnės juodųjų skylių poros. Tai pirmieji tiesioginiai gravitacinių bangų apribojimai supermasyvių juodųjų skylių poroms kosminėje aušroje ir kol kas griežčiausi apribojimai pirmajam Visatos milijardui metų. Kol kas jie nėra labai praktiški, nes neapima realiai stebimų to laikmečio juodųjų skylių masių, bet turint daugiau duomenų metodą bus galima taikyti vėl ir vėl. Duomenys bus gaunami sujungus Parkeso duomenis su kitų tinklų duomenimis ir pradėjus veikti Kvadratinio kilometro radijo teleskopų tinklui. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

Ar raudonųjų taškelių juodosios skylės – pirmykštės? James Webb teleskopu ankstyvojoje Visatoje aptikta daug kompaktiškų, rausvų objektų, pavadintų mažaisiais raudonaisiais taškeliais (LRD). Manoma, kad juose slypi supermasyvios juodosios skylės, o šių masė gerokai viršija tą, ko tikėtumėmės pagal LRD žvaigždžių masę ir aplinkinės Visatos dėsningumus. Tokią sandarą sunku suderinti su standartiniais ankstyvųjų galaktikų formavimosi modeliais. Viena egzotiška galimybė paaiškinti LRD yra pirmykštės juodosios skylės. Tokie hipotetiniai objektai galėjo susiformuoti iš tankio svyravimų pačiomis pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo, dar prieš atsirandant bet kokioms žvaigždėms. Tiesioginių  jų egzistavimo įrodymų kol kas nėra. Naujame tyrime fizikai parodė, kad pirmykštėms juodosioms skylėms virsti LRD įmanoma, bet reikia gana specifinių sąlygų. Tyrėjai išnagrinėjo tris scenarijus. Pirmasis – tiesioginis formavimasis ankstyvojoje Visatoje. Jį paneigia kosminės foninės spinduliuotės matavimai: tokios masyvios pirmykštės juodosios skylės, kaip stebima LRD, būtų palikusios šioje spinduliuotėje iškraipymų, kurių nematome. Antrasis scenarijus yra masyvių juodųjų skylių susidarymas iš mažesnių, kurių egzistavimą stebėjimai leidžia, per susiliejimų grandinę. Jis įmanomas, tačiau sunkiai paaiškina stebėjimus, nes pakankamai gausiems susiliejimams reikėtų tokių masyvių tamsiosios materijos halų, kokie tokioje ankstyvoje epochoje turėtų susidaryti itin retai. Labiausiai tikėtinu pasirodė trečiasis scenarijus, kai vidutinės masės pirmykštė juodoji skylė užauga, rydama aplinkines dujas. Tyrėjai kartu su juodosios skylės masės kitimu sekė ir aplinkos metalingumo augimą ir rado parametrų sritis, kuriose toks augimas atkuria stebimas LRD savybes. Ypač atidžiai jie išnagrinėjo gravitaciškai lęšiuotą objektą QSO1, matomą praėjus maždaug 700 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Jis išsiskiria didele juodosios skylės mase ir tuo, kad sudarytas beveik vien iš vandenilio ir helio; tokia sandara labai griežtai apriboja galimus formavimosi scenarijus. Šie atradimai dar neįrodo, kad pirmykštės juodosios skylės egzistuoja. Tam reikėtų rasti juodąją skylę, kuri yra per maža, kad galėtų susiformuoti iš žvaigždės. Tačiau tyrimas rodo, kuris kelias galėtų jas susieti su LRD. Toliau tyrėjai ketina įvertinti, kiek žinomų LRD galėtų turėti pirmykštės kilmės juodąsias skyles. Tyrimo rezultatai publikuojami Physical Review Letters.

***

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

Laiqualasse