Nekoreguojami

Nekoreguojami

Nekoreguojami

2019. 04. 23

K. Zubovas, "Konstanta 42". Kąsnelis Visatos CCCLXXVIII: Gelmės

Dažnai į astronominių objektų gelmes pažiūrėti tiesiogiai negalime. Ar tai būtų planeta, ar žvaigždė, ar netgi dujų debesis – išoriniai sluoksniai užstoja vidinius ir apie pastaruosius kažką išsiaiškinti galime tik netiesiogiai. Būtent tokie netiesioginiai būdai padeda nustatyti Merkurijaus struktūrą, Titano ežerų gylį, o ateityje galbūt padės ištirti Neptūno palydovą Tritoną. Visai kitais masteliais, ankstyvojoje Visatoje egzistavusius milžiniškus dujų debesis tiriame irgi netiesioginiais būdais – pagal tai, kiek spinduliuotės jie sugeria. Kitose praėjusios savaitės naujienose – pirmykštės molekulės aptikimas, ilgo periodo egzoplanetos ir palydovų-kubiukų nauda Saulės tyrimams. Gero skaitymo!

***

Palydovai-kubiukai stebi Saulę. Mūsų Saulė, kaip ir daugelis kitų žvaigždžių, turi retų dujų vainiką, daug karštesnį už žvaigždės paviršių. Saulės paviršiaus (fotosferos) temperatūra yra 5700 laipsnių, o vainiko – bent milijonas, žybsnių metu – net dešimt milijonų laipsnių. Kol kas neaišku, kaip Saulės vainikas įkaista iki tokios aukštos temperatūros. Viena iš reikšmingų vainiko savybių yra nuolatinis spartus temperatūros kitimas įvairiose vietose. Norint sekti šiuos pokyčius, reikia stebėti vainiko skleidžiamą rentgeno spinduliuotę iš įvairių pusių, bet didelių kosminių Saulę stebinčių teleskopų turime nedaug. Čia į pagalbą ateina palydovai-kubiukai. Per pastaruosius keletą metų jie tapo įvairių kosminių astronominių misijų dalimi, o praeitą savaitę pristatyti Saulės stebėjimų projekto MinXSS rezultatai. MinXSS sudaro du kubiukai, kurie dešimčių sekundžių intervalais fotografuoja Saulės vainiką rentgeno spindulių diapazone. Pirmasis MinXSS palydovas paleistas 2015 metų gruodį, antrasis – 2018-ųjų gruodį. Pirmieji jų rezultatai kol kas tik patvirtina ankstesnių stebėjimų duomenis, tačiau laikui bėgant jų surinkta informacija papildys Saulės vainiko stebėjimus ir turėtų paaiškinti, kaip vainikas įkaista iki tokių aukštų temperatūrų. Tyrimo rezultatai pristatyti Amerikos fizikų draugijos konferencijoje.

***

Merkurijaus branduolio struktūra. Artimiausia Saulei planeta Merkurijus gerokai skiriasi nuo kitų uolinių planetų Saulės sistemoje: jos branduolys yra labai didelis. Merkurijaus branduolys sudaro apie 85% planetos masės, kai tuo tarpu Žemėje šis santykis yra maždaug 1/3. Dar 2007 metais pastebėta, kad Merkurijus, sukdamasis aplink savo ašį, truputį „linguoja“ – tai reiškia, kad jis turi skystą branduolį. Bet tik dabar įrodyta, kad po skystu branduoliu yra ir kietas. Tyrimui panaudoti 2011-2015 metais aplink Merkurijų ratus sukusio zondo MESSENGER telemetrijos duomenys. Zondo judėjimo trajektorija priklauso nuo planetos tankio netolygumų, taigi analizuojant trajektoriją galima nustatyti ir planetos gelmių struktūrą. Mokslininkai nustatė, kad geriausiai zondo judėjimą atkuria Merkurijaus struktūros modelis, susidedantis iš 2000 kilometrų skersmens kieto branduolio, kurį supa 1000 km storio skystas branduolys, o jį – beveik 500 km storio mantija ir pluta. Apskritai stebėjimų duomenis statistiškai atitinka modeliai, kuriuose kieto branduolio spindulys sudaro 30-70% viso branduolio spindulio. Taigi nors nėra tiksliai aišku, kokio dydžio kietas Merkurijaus branduolys, galima pagrįstai teigti, kad toks branduolys ten yra. Šis atradimas padės geriau suprasti uolinių planetų įvairovę ir galimus jų evoliucijos kelius. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Gilūs Titano ežerai. Kad Titane yra ežerų, sužinojome dar praeitame amžiuje. Zondas Cassini, skraidydamas aplink Saturną ir jo palydovus, padarė ne vieną Titano paviršiaus nuotrauką, kurioje matyti ežerų, upių ir jūrų tinklas. Dabar, ištyrę paskutinius Cassini darytus Titano stebėjimus, astronomai nustatė, kad jo šiauriniame pusrutulyje esantys ežerai yra labai gilūs ir pilni skysto metano. Anksčiau buvo žinoma, kad gana gilios yra Titano jūros, tačiau vienintelis anksčiau ištirtas ežeras buvo Ontarijo ežeras pietiniame pusrutulyje. Jis pasirodė esąs seklus, o dominuojantis skystis jame buvo etanas. O štai šiaurinio pusrutulio ežerai yra panašesni į jūras, nepaisant gerokai mažesnio ploto ir didesnio aukščio virš vidutinio palydovo paviršiaus. Kai kurių ežerų kraštai iškilę šimtus metrų virš jūrų lygio, o jų gylis kai kur viršija šimtą metrų. Taip pat nustatyta, kad ežerų paviršiaus lygis sparčiai kinta, tai gali reikšti, kad ežerai yra trumpalaikiai dariniai. Gali būti, kad jie susiformuoja per liūtis, o vėliau išteka per įtrūkimus paviršiaus uolienose. Šie atradimai leidžia teigti, kad popaviršiniai skysčio srautai yra reikšminga skysčių apytakos Titane dalis. Tyrimo rezultatai publikuojami dviejuose straipsniuose Nature Astronomy.

***

Misija į Tritoną. Uranas ir Neptūnas šiuo metu yra mažiausiai ištirtos Saulės sistemos planetos. Net nykštukinės planetos Plutonas ir Cerera susilaukė daugiau dėmesio. O Neptūnas turi labai įdomų palydovą Tritoną, kuris greičiausiai kažkada buvo nykštukinė planeta, kurią pagavo Neptūno gravitacija. Gali būti, kad po Tritoną dengiančiu ledu egzistuoja skysto vandens vandenynas; taip pat gali būti, kad tame vandenyne yra gyvybei tinkamos sąlygos. Kovo viduryje vykusioje Mėnulio ir planetų mokslo konferencijoje grupė NASA mokslininkų pristatė Tritono tyrimams skirtos misijos planą, o dabar šis pristatymas paskelbtas viešai. Planuojama misija galėtų išskristi 2026 metais – taip ji galėtų pasinaudoti Veneros ir Jupiterio gravitacija, kad Neptūną pasiektų nedidelėmis kuro sąnaudomis. Tai būtų praskridimo misija – zondas neįeitų į orbitą aplink Neptūną ar Tritoną, o pralėktų pro sistemą per keletą valandų. New Horizons skrydžių pro Plutoną ir Ultima Thule sėkmė leidžia tikėtis, kad praskridimo metu surinkti duomenys atpirks misijos biudžetą. Planuojama, kad zondas, preliminariai pavadintas Trident, galėtų priartėti per 500 kilometrų nuo Tritono paviršiaus, pro retą palydovo atmosferą. Taip būtų galima nustatyti, ar po ledu tikrai yra vandenynas, išmatuoti Tritono magnetinį lauką ir panašiai. Skrydis iki Neptūno užtruktų 12 metų, taigi kažką apie tolimiausią Saulės sistemos planetą sužinotume tik 2038-aisiais. Bet planuoti reikia jau dabar. Misijos aprašymas PDF formatu.

***

Aptiktas helio hidrido jonas. Pati pirmoji molekulė, susiformavusi praėjus vos 100 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, turėjo būti helio hidridas – junginys iš neutralaus helio atomo ir vandenilio branduolio (t. y. protono). Šios molekulės yra gana nestabilios, tačiau jaunoje Visatoje, kur elektronai negalėjo išlikti sukibę su pavieniais protonais, ji turėjo formuotis ir netgi paskatinti vėlesnį vandenilio molekulių formavimąsi. Nors teoriškai šių molekulių egzistavimas tarpžvaigždinėje erdvėje buvo svarstomas dar praeito amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, pirmą kartą helio hidrido jonas HeH+ aptiktas tik dabar. Maždaug kiloparseko atstumu nuo mūsų esančiame planetiniame ūke NGC 7027 užfiksuotas 149,1 mikrometro bangos ilgio signalas, atitinkantis vieną iš helio hidrido spektrinių linijų. Šis atradimas įrodo, kad helio hidridas tikrai egzistuoja astronominėse terpėse, taip pat leis suprasti, kaip ši molekulė formuojasi ir suyra. Šios žinios, savo ruožtu, pagerins supratimą apie pirmųjų žvaigždžių formavimąsi Visatos jaunystėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.

***

Penkios ilgo periodo egzoplanetos. Egzoplanetos aptikimui dažniausiai reikia sulaukti, kol ji apsuka bent vieną, o geriau du, ratus aplink savo žvaigždę. Taigi dauguma žinomų egzoplanetų yra labai arti savo žvaigždžių, o jų metai trunka mažiau, nei Žemės. Visgi ilgalaikiai stebėjimai irgi duoda vaisių – neseniai paskelbta apie penkias naujas egzoplanetas, kurių orbitų periodai yra nuo 15 iki daugiau nei 40 metų. Jos aptiktos analizuojant daugiau nei 20 metų stebėjimų duomenis, surinktus Čilėje esančiu Ženevos universitetui priklausančiu EULER teleskopu. Nuo 1998 metų, kai egzoplanetų tyrimai buvo dar visiškai šviežia sritis, teleskopas naudojamas būtent šiam tikslui. Kas dvi savaites juo matuoti daugiau nei pusantro tūkstančio žvaigždžių spektrai, kuriuose ieškota planetos sukeliamo žvaigždės judėjimo pėdsakų. Šis metodas, vadinamas radialinių greičių metodu, leidžia labai tiksliai išmatuoti ir planetos periodą, ir jos masę. Dabar pristatytoje analizėje paskelbta apie penkių naujų planetų atradimą ir dar keturių anksčiau žinomų planetų savybių patikslinimą. Visos planetos yra masyvesnės už Jupiterį – nuo pustrečios iki 27 Jupiterio masių. Masyviausios planetos iš tiesų yra rudosios nykštukės, t. y. tarpiniai objektai tarp planetų ir žvaigždžių, bet panašu, kad jos susiformavo taip, kaip planetos, ir sukasi aplink savo žvaigždes tolimomis orbitomis. Iki šiol buvo žinomos tik 26 planetos, kurių metai trunka daugiau nei 15 Žemės metų, tad šis atradimas reikšmingai papildo jų gretas. Be to, tokie atradimai padeda geriau suprasti, kaip vystosi išorinės planetinių sistemų dalys. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Trečia planeta dvižvaigždėje sistemoje. Tarp daugiau nei 4000 šiuo metu žinomų egzoplanetų vos kelios dešimtys yra dvinarėse žvaigždžių sistemose. Iš jų tik devynios sukasi plačia orbita aplink abi sistemos žvaigždes; kitos sukasi arti kažkurios vienos žvaigždės tik aplink ją. Ir vos viena sistema, Keplerio-47, turi daugiau nei vieną tokią planetą. Dabar šioje sistemoje aptikta jau trečia planeta, Keplerio-47d, įsiterpusi tarp dviejų anksčiau žinomų. Keplerio-47 žvaigždės yra labai arti viena kitos, o dvinarės žvaigždės periodas nesiekia net aštuonių Žemės parų – būtent tai ir leidžia planetoms suktis pakankamai trumpais periodais, kad galėtume jas aptikti. Vidinė planeta aplink žvaigždes ratą apsuka per 50 parų, išorinė – per 303, o naujoji, vidurinė – per 187 paras. Planetos anksčiau aptikti nepavyko todėl, kad jos orbitos plokštuma buvo šiek tiek pasvirusi, lyginant su kitomis, ir planeta neuždengdavo žvaigždžių, žiūrint iš Žemės. Laikui bėgant, tokiose sistemose esančių planetų orbitos šiek tiek kinta, todėl Keplerio-47d tranzito signalas sustiprėjo ir planeta buvo aptikta. Ši planeta greičiausiai yra masyviausia iš trijų – jos masė gali siekti net 43 Žemės mases; planeta greičiausiai yra vandeninė arba ledinė. Šis atradimas padės geriau suprasti, kaip evoliucionuoja planetinės sistemos prie dvinarių žvaigždžių. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pietinis krabo ūkas. Šaltinis: NASA, ESA, STScI

Poryt, trečiadienį, kosminis teleskopas Hablas minės 29-ąjį gimtadienį. Į kosmosą jis išskrido 1990-ųjų balandžio 24 dieną ir nuo tada džiugina mus astronominių objektų nuotraukomis ir atradimais nuo Saulės sistemos iki Visatos pakraščių. Šioje specialioje gimtadieninėje nuotraukoje matome Pietinį krabo ūką, susidariusį sąveikaujant jo centre esančioms raudonajai milžinei ir baltajai nykštukei. Milžinė nusimetinėja išorinius sluoksnius, o judėjimas poroje su nykštuke susuka medžiagą į spiralines struktūras, kurias mes matome kaip smėlio laikrodžio formos darinį.

***

Labai stiprus žybsnis nykštukėje. Visos žvaigždės yra aktyvios – kartais sužimba žybsniais. Kuo žvaigždė mažesnė, tuo silpnesni ir jos žybsniai, nors žybsnių energijos ir vidutinio spinduliuotės intensyvumo santykis mažoms žvaigždėms yra didesnis. Taigi labai mažų žvaigždžių, kurių masė nedaug viršija minimalią 8% Saulės masės ribą, reikalingą termobranduolinėms vandenilio reakcijoms palaikyti, žybsniai turėtų būti ir blausūs, ir reti. Bet štai viena tokia maža žvaigždė neseniai sužibo dešimt kartų ryškiau, nei bet koks ankstesnis Saulėje užfiksuotas žybsnis. Šios žvaigždės paviršiaus temperatūra nesiekia 2000 laipsnių (Saulės temperatūra yra 5700 laipsnių); jos masė tiksliai nežinoma, bet turėtų būti apie 8% Saulės masės, o gal net mažiau, taigi gali būti, kad objektas net nėra žvaigždė, o tik rudoji nykštukė. Ir visgi joje 2017 metų rugpjūtį įvyko žybsnis, kurio metu objekto šviesis išaugo 10 tūkstančių kartų. Žybsnio metu išspinduliuota maždaug tiek energijos, kiek Saulė iš viso išspinduliuoja per sekundę – skamba nedaug, bet reikia nepamiršti, kad žybsnį sudaro energingi (ultravioletiniai ir rentgeno) fotonai. Užfiksuoto žybsnio energija dešimt kartų viršija didžiausio žinomo Saulės žybsnio išspinduliuotą energiją. Šis atradimas parodo, kad net ir tokie maži objektai gali būti labai aktyvūs. Kodėl kilo šis žybsnis, nežinome, bet šie rezultatai padės patikrinti ir patobulinti žvaigždžių struktūros modelius, o tobulesni modeliai leis geriau prognozuoti ir mūsų Saulės aktyvumą. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Tamsioji materija sudaro penkias šeštąsias visos medžiagos Visatoje. Deja, apie ją kol kas beveik nieko nežinome. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad tamsioji materija telkiasi į galaktikų dydžio telkinius, kuriuose dažniausiai formuojasi galaktikos. Bet kartais šie telkiniai – halai – lieka tamsūs. Apie tamsias galaktikas, galimybes jas aptikti ir jų reikšmę kosmologiniams tyrimams žiūrėkite savaitės filmuke:

***

Kvazarų šviesio koreliacija. Kvazarai yra ypatingai ryškiai šviečiantys aktyvūs galaktikų branduoliai, sudaryti iš supermasyvios juodosios skylės ir aplinkinių dujų. Seniai žinoma, kad juodosios skylės masė koreliuoja su galaktikos mase. Juodosios skylės masė apriboja maksimalų branduolio šviesį, taigi tikėtina, kad bent ryškiausių branduolių šviesis taip pat turėtų koreliuoti su galaktikos mase. Dabar tokia koreliacija aptikta nagrinėjant galaktikų tamsiosios materijos halų poveikį kosminės foninės mikrobangės spinduliuotės fotonams. Masyvūs galaktikų halai iškreipia pro šalį lekiančių fotonų trajektorijas, todėl aplink juos matomi išsikreipimai foninėje spinduliuotėje. Išmatavę kosminės foninės spinduliuotės savybes daugiau nei 200 tūkstančių kvazarų aplinkoje, tyrėjai patvirtino ankstesnį rezultatą, kad iškreipimai tikrai egzistuoja, ir nustatė, kad iškreipimai yra stipresni prie šviesesnių kvazarų. Pastarąjį rezultatą galima išreikšti kaip sąryšį tarp kvazaro šviesio ir galaktikos halo masės: šviesis auga maždaug kaip masė, pakelta 4/3 laipsniu. Sąryšis stipriausias ryškiausiems kvazarams, kurie greičiausiai skleidžia beveik maksimalią įmanomą spinduliuotę. Tai greičiausiai reiškia, kad koreliacija iš tiesų egzistuoja tarp halo masės ir supermasyvios juodosios skylės masės, kaip ir prognozuoja galaktikų evoliucijos modeliai. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Netolygi Visatos rejonizacija. Praėjus 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, Visatos medžiaga tapo neutrali – elektronai susijungė su atomų branduoliais. Dabar didžioji dalis medžiagos Visatoje yra jonizuota, vadinasi kažkada elektronus nuo branduolių vėl atplėšė žvaigždžių ir aktyvių galaktikų branduolių spinduliuotė. Pastaruosius du dešimtmečius bandoma išsiaiškinti, kada būtent vyko šis rejonizacijos procesas. Jis prasidėjo maždaug 180 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, kai susiformavo pirmosios žvaigždės, o baigėsi per maždaug milijardą metų. Prieš keletą metų nustatyta, jog rejonizacija ne visur baigėsi tuo pačiu metu: skirtingomis kryptimis stebimų tolimų galaktikų šviesą tarpgalaktinė medžiaga sugeria nevienodai. Yra dvi hipotezės, kas sukelia netolygumą: arba skyrėsi medžiagos tankis skirtingose Visatos dalyse, arba skyrėsi jonizuojančios spinduliuotės intensyvumas. Dabar pasiūlytas kol kas tvirčiausias įrodymas, kad priežastis yra nevienodas medžiagos tankis. Labai detaliu skaitmeniniu modeliu išnagrinėtas spinduliuotės sklidimas nuo ankstyvos Visatos iki mūsų dienų. Geriausiai stebėjimų duomenis – ir tolimų galaktikų spinduliuotės sugertį, ir kosminės foninės mikrobangų spinduliuotės sugertį – paaiškina modelio variantas, kuriame medžiaga Visatoje pilnai jonizuojama praėjus 1,1 milijardo metų po Didžiojo sprogimo. Tai yra keliais šimtais milijonų metų vėliau, nei prognozuoja dauguma rejonizacijos modelių. Pagal naujuosius skaičiavimus, vėlyvą rejonizacijos pabaigą nulemia santykinai didelio tankio medžiagos telkiniai, kurie jonizuojami labai vėlai. Būtent jie sudaro nevienodus sugerties signalus, stebint galaktikas skirtingomis kryptimis. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

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.