Nekoreguojami

Nekoreguojami

Nekoreguojami

2019. 01. 22

Kastytis Zubovas, "Konstanta 42". Kąsnelis Visatos CCCLXIII: Chaosas

Nors astronominius reiškinius nulemia, atrodytų, paprasti fizikos dėsniai – gravitacija, magnetiniai laukai, spinduliuotės sąveika su medžiaga – jų vaizdas dažnai atrodo chaotiškas. Štai kad ir asteroidų smūgiai: juos nulemia vien gravitacija, bet sudėjus į vieną katilą milijonus akmenukų, nuolaužos žyra taip, kad prognozuoti sudėtinga. Bet staiga ima ir paaiškėja, kad prieš beveik 300 milijonų metų asteroidų smūgių į Žemę ir Mėnulį staiga pagausėjo. Kodėl? Nežinia. Kitoje Visatos pusėje randame gama spindulių žybsnius, kurių energingą spinduliuotę turbūt sukuria magnetinio lauko ir plazmos sąveika, bet spinduliuotės savybės kinta ganėtinai chaotiškai, tad turbūt taip kinta ir magnetinis laukas. Kodėl taip yra – nežinia, bet tokie atradimai yra maži žingsneliai išsiaiškinimo link. Šios ir kitos naujienos – žemiau. Gero skaitymo!

***

Asteroidų smūgių dažnio pokytis. Žemė ir Mėnulis per savo gyvenimus patyrė daugybę asteroidų ir meteoroidų smūgių. Žemėje šių smūgių išmuštus kraterius po truputį ardo tektoninių plokščių judėjimas ir erozija, taigi sudėtinga tyrinėti jų savybes, ypač – nustatyti kaip dažnai vyko smūgiai. Mėnulyje šių problemų nėra, taigi mūsų palydovas puikiai pasitarnauja ir Žemės istorijos nagrinėjimui. Dabar pristatyta stebėjimų duomenų analizė, rodanti, kad prieš maždaug 290 milijonų metų smūgių dažnumas reikšmingai išaugo. Atradimas padarytas apskaičiavus daugybės Mėnulio kraterių amžius – paaiškėjo, kad kraterių, kurių amžius mažesnis nei 290 milijonų metų, per milijoną metų atsirasdavo 2,6 karto daugiau, nei senesnių kraterių. Šis pokytis atitinka ir Žemėje esančių kraterių duomenis – jaunesnių nei 300 milijonų metų kraterių planetoje yra gerokai daugiau, nei senesnių. Tačiau tokį skirtumą Žemėje galėjo sukelti ir erozija, todėl neturint Mėnulio duomenų nebuvo galima teigti, kad pasikeitė kraterių atsiradimo dažnumas. Kas nulėmė šį pokytį – neaišku; gali būti, kad tuo metu kažkur Saulės sistemoje susidūrė du asteroidai, o jų nuolaužos iki šiol skraido pro Žemės apylinkes. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Medvilnė Mėnulyje. Kinijos zondas Chang'e-4, pačioje sausio pradžioje nusileidęs Mėnulyje, netruko pradėti eksperimentus. Vienas iš jų vadinasi Mėnulio mikro ekosistema (Lunar Micro Ecosystem, LME) ir susideda iš hermetiško cilindro, kuriame įdėta šiek tiek žemės, keleto augalų sėklos bei vabzdžių kiaušinėliai. Eksperimento tikslas – nustatyti, kaip augalai ir gyvūnai auga Mėnulio sąlygomis – silpnoje gravitacijoje, veikiant stipriam energingų spindulių bei dalelių srautas. Prieš maždaug savaitę pranešta, kad dar sausio septintą dieną eksperimente sėkmingai išdygo medvilnė. Po keleto dienų išdygo ir rapsai bei bulvės. Deja, eksperimentui nebuvo lemta tęstis ilgai – jis nutrauktas sausio 12 dieną, šeštadienį, kai Chang'e-4 nusileidimo vietą apgaubė naktis. Pats zondas irgi užmigo dviem savaitėms, per kurias temperatūra Mėnulio paviršiuje nukris iki -170 laipsnių Celsijaus. Eksperimento cilindre temperatūra turėtų nukristi iki -52 laipsnių, taigi visi augalai sušals į ledą. Ateityje ketinama parengti ir ilgesnių biologinių eksperimentų Mėnulyje, tačiau tam reikėtų gerokai didesnės ir sudėtingesnės aparatūros, kuri galėtų išlaikyti augalus šiltnamio sąlygomis per Mėnulio naktį.

***

Saulės žybsnių evoliucija. Saulės žybsniai yra labai didelės energijos spinduliuotės pliūpsniai, kylantys Saulės dėmių formavimosi vietose. Per daugybę metų tyrimų pavyko išsiaiškinti, kad jie kyla dėl magnetinio lauko linijų nutrūkimo ir kitokio susijungimo – šio proceso metu labai daug magnetinės energijos pavirsta į šiluminę ir kinetinę (judėjimo). Visgi dar labai daug proceso detalių tebėra neaiškios. Išsiaiškinti jas reikia ne tik dėl mokslinio smalsumo, bet ir dėl praktinių paskatų: suprasdami Saulės žybsnių kilmę ir evoliuciją galėsime geriau prognozuoti kosmoso orus, kurie turi reikšmingą įtaką Žemę supantiems palydovams ir už magnetosferos ribų keliausiantiems astronautams. Dabar pristatyti skaitmeninio modelio rezultatai, kuriuose pirmą kartą suskaičiuota vieno žybsnio evoliucija nuo Saulės dėmės formavimosi pradžios iki išsiveržimo pabaigos. Modelyje įtraukta Saulės gravitacijos, spinduliuotės ir magnetinio lauko įtaka ir suskaičiuota, kaip Saulės dėmėje susisuka magnetinio lauko linijos, kaip jos persijungia, išmesdamos stipriai įkaitintos medžiagos pliūpsnį, ir kaip ta medžiaga tolsta bei pabėja nuo Saulės. Modelio rezultatai puikiai atitinka daugumą Saulės žybsnių stebėjimų: rentgeno spinduliuotės srauto kitimą laikui bėgant, medžiagos srautą tolyn nuo Saulės ir jos link, bei susisukusių medžiagos „kaspinų“ judėjimą arti Saulės paviršiaus. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Saturno paros trukmė. Išmatuoti dujinių planetų sukimosi greitį yra labai sudėtinga, nes sunku atskirti atmosferos masių judėjimą nuo visos planetos judėjimo. Taigi viršutinių planetos atmosferos sluoksnių stebėjimas atsakymo į šį klausimą neduoda. Voyager is Cassini misijų metu buvo tyrinėtas Saturno magnetinio lauko judėjimas ir nustatytas jo sukimosi periodas, tačiau šis rezultatas irgi nebūtinai yra tikslus. Dabar pristatytas naujas būdas apskaičiuoti Saturno sukimosi periodą. Metodas remiasi bangų, sklindančių Saturno žieduose, stebėjimu. Šias bangas sukelia netolygumai Saturno gravitaciniame lauke, kurie juda kartu su planeta. Taigi ir bangos, valdomos tų netolygumų, juda nuspėjamais greičiais bei periodais. Apskaičiavę, kaip bangų profiliai turėtų priklausyti nuo gravitacinio lauko savybių, mokslininkai nustatė ir Saturno sukimosi periodą – truputį daugiau, nei 10 valandų 33 minutės. Įdomu, kad šis rezultatas yra trimis minutėmis mažesnis, nei anksčiau Voyager ir Cassini gauti rezultatai, tyrinėjant magnetinį lauką. Taigi atrodo, kad Saturno magnetosfera sukasi truputį lėčiau, nei pati planeta. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Lietus Titane. Saturno palydovas Titanas yra vienintelis mėnulis Saulės sistemoje, turintis reikšmingą atmosferą. Kai 2004 metais zondas Cassini atskrido į Saturno sistemą, Titano pietiniame pusrutulyje buvo vasara, ir stebėjimai parodė, kad ten vyksta metano garavimas ir kondensacija. Skaitmeniniai Titano atmosferos modeliai prognozuoja, kad šiauriniame pusrutulyje vasarą šie procesai turėtų būti daug stipresni – lyti metano liūtys. Visgi kai Titano šiaurės pusrutulyje 2011 metais prasidėjo vasara, lietaus neaptikta. Tačiau nauja Cassini duomenų analizė atskleidė, kad lietus ten greičiausiai lyja. Nenuginčijamo lietaus įrodymo nerasta, tačiau aptikti du susiję reiškiniai: debesys ir Saulės šviesos atspindys nuo balų. Būtent pastarasis rezultatas yra įdomiausias – 2016 metų birželį arti Titani šiaurės ašigalio aptiktas maždaug 120 tūkstančių kvadratinių kilometrų ploto regionas, atspindintis Saulės šviesą, o po metų tokio atspindžio nebebuvo. Panašius atspindžius matome nuo Titano ežerų paviršiaus, taigi pagrįstai galime galvoti, kad stebėtas reiškinys buvo laikinas metano telkinys, atsiradęs po lietaus, o vėliau išgaravęs arba nutekėjęs į žemesnius regionus. Kitaip tariant, užfiksuota Saulės apšviesta bala, plotu dvigubai didesnė už Lietuvą. Tai yra ne tik pirmas kartas, kai Titano šiaurės pusrutulyje aptikti lietaus požymiai, bet ir pirmas kintančio atspindžio („apšviestos balos“) efekto panaudojimas skysčiams kitame dangaus kūne aptikti. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Titanas infraraudonuosiuose spinduliuose. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/University of Nantes/University of Arizona

Saturno palydovą Titaną gaubia tanki atmosfera, nepraleidžianti regimųjų spindulių, taigi plika akimi jo paviršiaus pamatyti neturime galimybės. Tačiau infraraudonuosiuose spinduliuose atsiveria kitoks vaizdas. Praeitą savaitę paskelbta iš Cassini zondo surinktų duomenų sudėliota mozaika, atskleidžianti kol kas geriausią viso palydovo paviršiaus vaizdą. Rusvos spalvos žymi kopas, sudarytas iš angliavendenilių smėlio, o melsvos – vandens ledo turinčius regionus. Ežerų ir jūrų šiose nuotraukose nematyti, nes jų paviršius šviečia panašiai, kaip ir aplinkinė sausuma.

***

Gyvybė ledinėse planetose. Viena iš artimiausių Saulei žvaigždžių – raudonoji nykštukė Barnardo žvaigždė – turi bent vieną planetą. Barnardo b yra maždaug trigubai masyvesnė už Žemę, o nuo žvaigždės nutolusi maždaug 0,4 astronominio vieneto. Toks atstumas panašus į Merkurijaus atstumą nuo Saulės, bet Barnardo žvaigždė yra daug blausesnė už Saulę, todėl Barnardo b pasiekia tik maždaug tiek žvaigždės spinduliuotės, kiek Saulės spinduliuotės pasiekia Jupiterį. Ir visgi tai nereiškia, kad Barnardo b nėra tinkama gyvybei. Praeitą savaitę vykusiame JAV Astronomų draugijos susitikime pristatyti skaičiavimai, rodantys, kad Barnardo b gali būti sąlygos polediniam vandenynui egzistuoti. Toks vandenynas, panašiai kaip Jupiterio ar Saturno palydovų vandenynai, galėtų būti tinkamas gyvybei. Būdama masyvi, Barnardo b gali išlaikyti žymiai daugiau šiluminės energijos savo gelmėse, taigi geoterminis (planetoterminis?) šildymas gali atitirpinti didžiulius vandens kiekius ir išlaikyti juos skystus daugybę milijardų metų. Barnardo žvaigždė yra senesnė už Saulę, maždaug 8,5 milijardo metų amžiaus, bet ir per tiek laiko Barnardo b gelmės dar tikrai neatvėso. Tokie skaičiavimai yra labai svarbūs, nes padeda geriau suprasti, kokia gali būti įvairių egzoplanetų struktūra ir kurios iš jų iš tiesų gali būti tinkamos gyvybei. Tyrimo rezultatus pristatantį plakatą rasite čia.

***

Apsivertęs protoplanetinis diskas. Kone kiekviena žvaigždė gyvenimo pradžioje turėtų turėti protoplanetinį diską – dujų ir dulkių telkinį, iš kurio formuojasi planetos. Dažniausiai disko plokštuma beveik tiksliai atitinka žvaigždės pusiaujo plokštumą – taip yra, pavyzdžiui, mūsų Saulės sistemoje. Teoriškai dvinarėse sistemose diskas gali išlikti stabilus ir statmenas žvaigždžių tarpusavio orbitos plokštumai, o dabar pirmą kartą tokia sistema aptikta realybėje. HD 98800 yra keturnarė sistema, susidedanti iš dviejų dvinarių. ALMA milimetrinių bangų teleskopu aptiktas aplink vieną dvinarę besisukantis protoplanetinis diskas, o jo plokštuma yra tiksliai statmena pačios dvinarės plokštumai – kaip ir prognozuojama remiantis teoriniais skaičiavimais. Taip pat diske aptikti dulkių gumulų augimo požymiai – jie yra pirmoji planetų formavimosi stadija. Taigi ir tokioje neįprastai atrodančioje sistemoje planetos gali formuotis. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Supermasyvių juodųjų skylių augimas. Supermasyvios juodosios skylės, esančios daugumos galaktikų centruose, auga rydamos aplinkines dujas, o kartais ir suardydamos pro šalį lekiančias žvaigždes. Žvaigždės suardymas sukelia trumpą, keletą mėnesių matomą, žybsnį prie juodosios skylės, o dujų rijimo spinduliuojamas šviesis reikšmingai kinta tik tūkstančių metų ir ilgesniais laiko tarpais. Dabar paskelbta apie net tris neseniai aptiktus juodųjų skylių žybsnius, kurie iš pradžių atrodė tarsi žvaigždžių suardymo pasekmės, bet ir jų spektrai, ir ilgiau nei metus nekintantis šviesis byloja, jog tai yra dujų rijimo padariniai. Seniau žinojome, kad kai kurios juodosios skylės įsijungia ar išsijungia per laiko tarpus, kuriuos galime stebėti tiesiogiai, bet jie vis tiek buvo skaičiuojami dešimtmečiais. Šie trys atradimai – pirmieji, kai įsijungimas įvyko per mažiau nei du mėnesius, o vėliau nauja būsena išliko nepakitusi ilgiau nei metus. Kol kas neaišku, kas sukėlė tokį staigų pokytį, bet panašių reiškinių egzistavimas prognozuotas dar prieš tris dešimtmečius: tai gali būti dujų srautų ar telkinių tarpusavio sąveikos padarinys, kai jų gravitacija nukreipia dalį dujų beveik tiksliai juodosios skylės link. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Chaotiški gama spindulių žybsniai. Kartais, sprogstant labai masyvioms ir greitai besisukančioms žvaigždėms, didelė dalis supernovos energijos išmetama siaura energingų spindulių čiurkšle – gama spindulių žybsniu. Tyrinėti juos yra sudėtinga, nes jų savybės priklauso nuo įvairių menkai suprantamų fizikinių procesų, pavyzdžiui medžiagos savybių ypatingai aukštoje temperatūroje, gerokai aukštesnėje, nei pasiekiamos Žemėje esančiuose dalelių greitintuvuose. Vienas iš būdų gauti daugiau informacijos apie žybsnius – išmatuoti jų spinduliuotės poliarizaciją, t.y. kryptis, kuriomis svyruoja sklindančios elektromagnetinės bangos. Poliarizuotos šviesos bangos visos svyruoja viena kryptimi, nepoliarizuotos – įvairiomis. Dabar pristatyti penkių gama žybsnių spinduliuotės poliarizacijos matavimai. Jie rodo, kad spinduliuotė yra stipriai poliarizuota keleto sekundžių intervalais, tačiau ilgesniais laiko tarpais poliarizacija išnyksta, nes momentinės poliarizacijos kryptis nuolatos kinta. Poliarizuotą spinduliuotę žybsniai turėtų skleisti tokiu atveju, jei ji kyla dėl tvarkingo magnetinio lauko sąveikos su žvaigždės išmetama medžiaga, o nepoliarizuotą – jei spinduliuotę sukelia karštos medžiagos tarpusavio smūgiai. Nauji rezultatai nepatvirtina nei vieno modelio; kaip tik panašu, kad spinduliuotę gali kelti magnetinis laukas, bet pats laukas turbūt sparčiai kinta. Galutinių atsakymų dar reikės palaukti. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Astronomy.

***

Mažų galaktikų žvaigždėdara senovėje. Visos galaktikos formuoja žvaigždes, tik tą daro nevienodai sparčiai. Daugumos galaktikų žvaigždėdaros sparta yra beveik tiesiogiai proporcinga galaktikoje jau esančių žvaigždžių masei. Tačiau mažose galaktikose šis proporcingumas pasikeičia – jos formuoja mažiau žvaigždžių, nei būtų galima spręsti ekstrapoliuojant didesnių galaktikų duomenis. Dabar pristatyti stebėjimų duomenys, rodantys, kad šis skirtumas egzistavo ir tuomet, kad Visata buvo dvigubai jaunesnė, nei šiandien. „Mažomis“ šiuo atveju vadinamos galaktikos, kuriose yra mažiau nei dešimt milijardų žvaigždžių; palyginimui Paukščių Take jų yra apie dešimt kartų daugiau. Ištyrę 179 tokias galaktikas, kurių spinduliuotė iki mūsų keliavo 1,5-7,5 milijardo metų, mokslininkai apskaičiavo priklausomybę tarp jų masės ir žvaigždėdaros spartos. Paaiškėjo, kad priklausomybė ir artimose, ir tolimose galaktikose yra praktiškai tokia pati. Praeityje visos galaktikos žvaigždes formavo šiek tiek sparčiau, nei šiandien, nepriklausomai nuo masės. Įdomu tai, kad nuo masės priklausančio skirtumo kol kas nepavyksta atkurti skaitmeniniais galaktikų evoliucijos modeliais. Tai greičiausiai reiškia, kad mažų galaktikų evoliucijai yra svarbus kažkoks grįžtamojo ryšio procesas, neįtrauktas į modelius ir nereikšmingas masyvesnėse galaktikose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsioji materija ir tamsioji energija yra labai skirtingi daykai, nors jų pavadinimai yra truputį panašūs. Bet galbūt, iš tiesų, jie kyla iš to paties šaltinio? Neseniai paskelbtame teoriniame darbe nagrinėjama tokia galimybė, o šios savaitės filmuke siūlau susipažinti su PBS Space Time pristatymu apie šią idėją:

***

Konstanta 42 yra FTMC dirbančio astrofizikos mokslų daktaro Kastyčio Zubovo blogas apie Visatą, kuriame pristatomi įvairūs dalykai, susiję su fizika ir kitais mokslais. Taip pat kartais pasitaiko įrašų apie fantastiką, tolkinizmą, istoriją. Kodėl Konstanta 42? Tai yra atsakymas į visus gyvenimo klausimus.