Nekoreguojami

Nekoreguojami

Nekoreguojami

2019. 06. 04

K. Zubovas, "Konstanta 42". Kąsnelis Visatos CCCLXXXIV: Susidūrimai

Praėjusią savaitę buvo daug kalbama apie SpaceX paleistus Starlink palydovus ir jų keliamą šviesinę taršą. Bet buvo ir gerų bei įdomių naujienų – nuo atkurto pirmojo astronominio vaizdo įrašo, iki daugybės naujų supernovų aptikimo. Taip pat – susidūrimai tarp žvaigždžių ir protoplanetiniuose diskuose, netikėtų savybių egzoplaneta, daug žemiškų egzoplanetų, naujos žinios apie žvaigždžių sukimosi evoliuciją ir dar šis tas. Gero skaitymo!

***

XIX a. pabaigoje atsiradę fotografijos ir kinematografijos menai ir technologijos netrukus rado panaudojimą ir astronomijoje. 1887 metais Karališkoji astronomų draugija (RAS) pradėjo sistemingai rinkti astronomines nuotraukas, o netrukus pradėjo galvoti ir apie astronominių reiškinių filmavimą. Natūraliu taikiniu tapo Saulės užtemimai. 1898 metais Draugijos finansuotos ekspedicijos į Indiją metu Johnas Nevilis Maskelyne`as nufilmavo pirmąjį užtemimo įrašą, bet grįžtant juosta buvo pavogta ir pradingo. Po dviejų metų jam pavyko pakartoti pasiekimą Šiaurės Karolinos valstijoje JAV, juosta nedingo ir nukeliavo į RAS archyvą, o neseniai buvo atrasta ir restauruota. Savaitės filmukas yra būtent šis 119 metų senumo įrašas:

***

Pasiruošimai ilgiems astronautų skrydžiams. Žmonių kelionė į Marsą kelia daug iššūkių – ir technologinių, ir biologinių. Daugybei jų sprendimų ieškoma Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS). Apie kai kuriuos tyrimus girdime daug – tai ir kaulų bei raumenų silpimo mikrogravitacijoje tyrimai, ir akių deformacijų bei kraujospūdžio pokyčių analizė. Bet tyrimų yra ir daugiau. Pavyzdžiui, viena astronautė šiuo metu dėvi sensorius, kurie tikrina jos cirkadinius ritmus – kosmose, kai nėra natūralaus dienos-nakties ciklo, žmonių organizmai truputį „pasimeta“ laike, todėl reikia suprasti, kaip šiuos pokyčius minimizuoti. Taip pat tiriamas ląstelių senėjimas, kuris kosmose irgi spartesnis, nei Žemėje. Tyrinėjant raumenų ląstelių mėginius ieškoma tinkamų maisto papildų, kurie padėtų organizmui kovoti su senėjimo procesais. Spinduliuotė, prasiskverbianti pro TKS sienas, matuojama jau septynerius metus be paliovos – šie duomenys padeda suprasti, kiek labai astronautus ir įrangą reikės saugoti skrydžio į Marsą metu. Įrangos, ypač elektroninės, apsauga irgi svarbi, todėl TKS reguliariai tikrinamos mikroschemos, atsparios kosminiams spinduliams, bet ieškoma būdų, kaip išvengti bakterijų ir grybų augimo uždaroje kosminės stoties aplinkoje. Visų šių naujovių reikės, norint užtikrinti, kad žmonių kelionė į Marsą praeitų kuo sklandžiau.

O kelionė yra būtina – taip interviu Phys.org teigia Šveicarijos Marso draugijos prezidentas Pierre`as Brissonas. Ir ne tik dėl to, kad Marsas kada nors gali tapti „Planeta B“ žmonijai, turinčiai pasitraukti iš Žemės, bet ir dėl gerokai paprastesnių priežasčių. Žmonių buvimas Marse žymiai paspartintų mokslinius tyrimus, lyginant su dabartiniais robotiniais zondais. Iš tokios misijos taip pat gautume daugybę žinių apie žmonių sveikatą ir jos pokyčius ekstremaliomis sąlygomis, kurios galėtų padėti ir Žemėje. Šiuo metu jau turime technologiją, kuri iš principo leistų žmonėms nukeliauti į Marsą, taigi turime ja pasinaudoti. Požiūris tikrai sveikintinai optimistiškas.

***

Vakarinis Jezero kraterio kraštas. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/ASU

Liko tik kiek daugiau nei metai iki sekančio NASA marsaeigio, Marso 2020, skrydžio į Raudonąją planetą. Jis nusileis Jezero krateryje šiaurės pusrutulyje netoli pusiaujo ir ieškos ten dabartinės ar praeityje egzistavusios gyvybės pėdsakų. Jezero krateris kadaise buvo ežeras (pats pavadinimas reiškia „ežerą“ keliomis pietų slavų kalbomis), ir dar dabar jo dugne matomi vandens palikti pėdsakai. Tą puikiai iliustruoja ši nuotrauka, kurioje aiškiai matyti senovinės upės delta, o žaliai pavaizduotuose regionuose spektroskopiškai aptikta daug molio. Mars 2020 ne tik ieškos gyvybės, bet apskritai apie tai, kaip Marso paviršius keitėsi, veikiamas vandens, taigi Jezero krateris yra puiki vieta misijos tikslams pasiekti.

***

Amoniakas Plutono paviršiuje. Pastaruoju metu keli tyrimai priėjo išvadą, kad po Plutono paviršiumi gali būti skysto vandens. Prie jų prisideda dar vienas naujas rezultatas – Plutono paviršiuje aptikta amoniako. Išnagrinėję New Horizons surinktus spektrinius duomenis, mokslininkai aptiko amoniako pėdsakų Vergilijaus griovyje (Virgil Fossa). Šis regionas greičiausiai susiformavo dėl tektoninio ar vulkaninio aktyvumo, o tyrimui pasirinktas dėl rausvai-rudos spalvos, kuri gali žymėti amoniaką. Apskritai amoniakas yra labai retai aptinkamas junginys, nes jis greitai suyra veikiamas Saulės spindulių. Taigi jo egzistavimas reiškia, kad amoniakas į paviršių pateko palyginus neseniai, nors pasakyti tiksliai, kada tai įvyko – neįmanoma. Amoniakas, sumišęs su vandeniu, labai pažemina ledėjimo temperatūrą, tad jei šioje Plutono vietoje po paviršiumi yra vandens ir amoniako mišinys, jis gali būti skystas. Amoniako išsidėstymas regione sufleruoja, kad jį į paviršių iškėlė kriovulkanizmas – amoniaku praturtinto vandens išmetimas į paviršių per vulkanines ertmes. Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.

***

Tarpžvaigždiniai objektai – gana dažni. Kai 2017 metų pabaigoje buvo aptiktas objektas ‘Oumuamua, atskridęs į Saulės sistemą iš už jos ribų, kilo didelis susidomėjimas, kiek dažni tokie objektai galėtų būti Visatoje. Dabar naujame tyrime analizuojama, kaip žvaigždės nedideliame jauname spiečiuje gali sutrikdyti mažų objektų orbitas aplink kaimynes. Labai detaliu skaitmeniniu modeliu išnagrinėtas žvaigždžių ir jas supančių Kuiperio žiedą primenančių telkinių judėjimas. Paaiškėjo, kad artimi žvaigždžių prasilenkimai, kokie vyksta jaunuose spiečiuose, į tarpžvaigždinę erdvę išmeta daugybę mažų kūnų. Dar daugiau kūnų pereina nuo vienos žvaigždės prie kitos, o jų galutinės orbitos statistiškai nesiskiria nuo prie tos žvaigždės susiformavusių objektų orbitų. Be to, po tokio praskridimo mažųjų objektų orbitos gali supanašėti tarpusavyje – išsitempti ta pačia kryptimi. Saulės sistemos pakraščiuose kai kurių objektų orbitos yra būtent taip išsitempusios – ši savybė laikoma vienu iš įrodymų, kad sistemos pakraštyje egzistuoja Devintoji planeta. Šio tyrimo rezultatai rodo, kad Devintosios planetos visai gali ir nebūti. Mūsų Saulė taip pat gimė spiečiuje, taigi jaunystėje galėjo patirti tokių susidūrimų, kurių palikimas vis dar aptinkamas sistemos pakraščiuose. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Pražūtingi susidūrimai protoplanetiniuose diskuose. Aplink jaunas žvaigždes egzistuojantys protoplanetiniai diskai yra sudaryti iš dujų ir dulkių. Dulkės – mikrometro dydžio daugiausiai anglies bei silicio junginiai – laikui bėgant jungiasi į vis didesnius darinius, todėl jų turėtų nuolatos mažėti. Visgi stebėjimai rodo ką kita – net ir stipriai evoliucionavę diskai turi daugybę dulkių. Dabar nauju skaitmeniniu modeliu parodyta, kodėl taip gali atsitikti: susiformavusios jaunos masyvios planetos padidina pražūtingų susidūrimų skaičių. Tyrimui pasirinkta jauna žvaigždė HD 163296, turinti diską ir bent dvi masyvias planetas. Skaitmeniniame modelyje apjungti planetų bei protoplanetinių objektų orbitų skaičiavimas, susidūrimų statistinė ir empirinė analizė. Nustatyta, kad susiformavusios planetos sukelia perturbacijas visame diske, o ypač centrinėje jo dalyje; padažnėję protoplanetinių objektų susidūrimai iš naujo išaugina dulkių kiekį diske. Gauti rezultatai gerai atitinka ne tik bendras, bet ir lokalias stebimas žvaigždės disko savybes. Juos nesunkiai galima pritaikyti ir kitoms žvaigždėms – tai bus daroma ateityje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Karšta Neptūno dydžio egzoplaneta. Egzoplanetų žinome jau kelis tūkstančius, o jų įvairovė – milžiniška. Dabar paskelbta, jog atrasta nauja egzoplaneta, į kurią panašių anksčiau nebuvome aptikę. Planetos NGTS-4b masė 20 kartų viršija Žemės, o spindulys – trigubai didesnis, nei mūsų planetos. Pagal šias savybes ji yra labai panaši į Neptūną ir greičiausiai susideda beveik vien iš vandens arba iš kieto branduolio, supamo storos atmosferos. Būtent ši savybė yra labai netikėta, nes planeta skrieja labai arti savo žvaigždės, vieną ratą apsukdama per mažiau nei pusantros Žemės paros. Temperatūra planetos paviršiuje turėtų siekti apie 1650 laipsnių – tokiame karštyje nei vanduo, nei dujinė atmosfera ilgai neišlieka. Jau senokai pastebėta, kad labai arti žvaigždžių randame tik uolines Žemės dydžio arba dujines Jupiterio dydžio planetas, o tarpinių – nėra. Šis parametrų erdvės regionas netgi pavadintas „Neptūnine dykuma“, bet dabar paaiškėjo, kad ir dykumoje būna gyventojų. Planeta greičiausiai tik neseniai atmigravo taip arti žvaigždės ir neteks savo atmosferos per kelis milijonus metų bei taps uoline planeta, panašia į Žemę ar dar mažesne. Tiesa, taip pat gali būti, kad ši planeta tiesiog turi neįprastai masyvų uolinį branduolį, kuris leidžia jai išlaikyti atmosferą; anksčiau tokių planetų nesame aptikę, bet Visata pilna netikėtumų, tad NGTS-4b gali būti vienas iš jų. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Žemiškos egzoplanetos Keplerio duomenyse. Keplerio teleskopas, veikęs nuo 2009 iki 2018 metų, stebėjo daugiau nei 200 tūkstančių žvaigždžių, ieškodamas aplink jas besisukančių planetų. Paieškas jis vykdė tranzitų metodu – atidžiai sekė žvaigždės šviesio kitimą ir ieškojo trumpų nedidelių priblėsimų, įvykstančių planetai skrendant (tranzituojant) tarp mūsų ir žvaigždės. Šiuo metu daug lengviau aptikti dideles planetas, panašias į Jupiterį ar Saturną – būtent tokios didžiąja dalimi ir sudaro daugiau nei 4000 Keplerio radinių. Tačiau dabar pasiūlytas naujas duomenų analizės metodas, leidžiantis aptikti daug mažesnes planetas. Metodas remiasi tikslesniu įvertinimu, kaip kinta žvaigždės šviesis tranzito metu. Ankstesnėje analizėje buvo daroma prielaida, kad prasidėjus tranzitui, žvaigždė greitai pritemsta iki mažesnio šviesio, tada beveik visą tranzitą šviečia vienodai, o prieš pat jo pabaigą vėl paryškėja, planetai nuslenkant nuo žvaigždės disko. Toks scenarijus yra daugmaž teisingas planetų-milžinių tranzitų metu, bet mažosioms planetoms nelabai tinka. Jų tranzitai žvaigždę pritemdo tolygiai po truputį, o mažiausias šviesis pasiekiamas tik labai trumpą laiko tarpą ties tranzito viduriu. Taip yra todėl, kad žvaigždės disko kraštai yra blausesni, nei vidurys, o maža planeta uždengia tik nedidelę disko dalį, tad ir sukeliamas pritemimas (vadinamas tranzito gyliu) priklauso nuo to, kuri disko dalis pridengta. Naujame metode tranzitų ieškoma įvertinant šį nevienodą nuolat kintantį gylį. Taip atrastos 18 naujų planetų, mažesnių už Neptūną. Kai kurios iš jų mažesnės ir už Žemę. Nors 18 – nedidelis skaičius, lyginant su keturiais tūkstančiais jau žinomų planetų, šis atradimas yra tik pirmas žingsnis pritaikant naująjį metodą. Tyrimo rezultatai arXiv – vienas straipsnis ir antras.

***

Žvaigždžių sukimosi evoliucija. Jaunos žvaigždės įprastai sukasi sparčiau, nei senos, mat vėjas, sujungtas su žvaigžde magnetiniu lauku, labai efektyviai ją stabdo. Iki šiol apie šį procesą žinojome nedaug, bet Gaia kosminio teleskopo duomenys leido geriau išnagrinėti žvaigždžių sukimosi ir šviesio kitimo tarpusavio priklausomybę. Šviesio kitimas leidžia įvertinti žvaigždės magnetinio lauko stiprumą, taigi duomenys padeda suprasti, kaip ir kodėl kinta žvaigždžių sukimosi greitis. Panaudoję beveik 150 tūkstančių labai jaunų panašios į Saulę masės žvaigždžių duomenis, mokslininkai aptiko, kad jos evoliucionuoja dviem būdais. Dauguma jų, kaip ir manyta anksčiau, po truputį lėtėja, o jų magnetinis laukas – silpsta. Tačiau dalis, pradėdamos savo gyvenimus, kaip tik stipriai pagreitėja ir ima suktis aplink savo ašį 2-3 kartus per dieną. Toks greitis yra artimas maksimaliam įmanomam – jei žvaigždė pradėtų suktis dar greičiau, ji tiesiog išsilakstytų į šalis. Taip greitai besisukanti žvaigždė tarsi įsitempia ir tampa daug tvarkingesnė, nei besisukančios lėčiau, taigi jos šviesis tampa labai pastovus. Vėliau, laikui bėgant, ir šios žvaigždės sulėtėja, tačiau jų šviesis niekada nebepradeda kisti tiek daug, kiek pačioje pradžioje. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Galaktikas palikusios dvinarės žvaigždės. Absoliuti dauguma žvaigždžių randamos galaktikose, bet kartais pasitaiko žvaigždžių, kurios buvo išmestos iš savo galaktikos ir skrajoja tarpgalaktinėje erdvėje. Vienas tikėtinas tokių hipergreitųjų žvaigždžių atsiradimo mechanizmas yra dvinarių žvaigždžių suardymas, šioms praskrendant pro supermasyvią juodąją skylę galaktikos centre. Tokiu atveju viena žvaigždė lieka pririšta prie juodosios skylės, o kita nulekia tolyn didžiuliu greičiu, kartais užtektinu, kad pabėgtų iš galaktikos. Bet pastaruoju metu aptinkama ne tik pavienių, bet ir dvinarių pabėgėlių žvaigždžių, tad kyla klausimas, kaip iš galaktikų pabėga jos. Naujas tyrimas gali padėti į šį klausimą atsakyti. Jame nagrinėjama centrinė Krosnies galaktikų spiečiaus dalis ir kataloguojami ten esantys rentgeno spindulių šaltiniai. Tokie šaltiniai dažniausiai yra dvinarės sistemos, susidedančios iš neutroninės žvaigždės ir aplink ją besisukančios kompanionės. Neutroninė žvaigždė siurbia kaimynės medžiagą, o ta medžiaga, krisdama neutroninės žvaigždės link, skleidžia energingus spindulius. Iš viso atrasti 1177 rentgeno šaltiniai, tarp kurių daugiau nei 180 yra nutolę nuo centrinės galaktikos daugiau, nei tos galaktikos žvaigždės. Dauguma šių šaltinių yra galaktikos pakraščiuose, bet kelios dešimtys nutolusios gerokai toliau. Tyrimo autoriai teigia, kad šaltinių padėtis galima paaiškinti dviem scenarijais: galaktikos pakraščiuose esančios dvinarės žvaigždės ten užsiliko po kitos galaktikos praskridimo ar suardymo. Įprastos žvaigždės galbūt jau seniai numirė po supernovų sprogimų, tuo tarpu neutroninės žvaigždės, kurios jau pačios yra supernovos sprogimo paliekami objektai, išliko ilgiau. O toli tarpgalaktinėje terpėje esančias dvinares žvaigždes galėjo išsviesti tie patys supernovų sprogimai, kurie ir sukūrė neutronines žvaigždes. Supernovų sprogimai yra nesimetriški, taigi neutroninė žvaigždė išsviedžiama labai dideliu greičiu tolyn. Kartais ji gali kartu nusitempti ir kompanionę bei palikti galaktiką poroje. Toks mechanizmas teoriškai nagrinėjamas jau seniai, bet nauji atradimai – ir šis, ir kiek ankstesnis Mergelės spiečiuje – stipriai prisideda prie mechanizmo populiarumo. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Aktyvaus branduolio maitinimas. Aktyvūs branduoliai yra supermasyvios juodosios skylės galaktikų centruose ir jas supančios dujų struktūros. Iki pasiekdamos juodąją skylę, dujos turi iš galaktikos pakraščių ar net tarpgalaktinės erdvės nukristi į centrą. Pakeliui nemaža dalis jų gali pavirsti žvaigždėmis, bet šio proceso detalės ir balansas tarp įkrentančių ir žvaigždes formuojančių dujų kol kas nėra aiškus. Nauji gana artimos aktyvios galaktikos NGC 1068 stebėjimai padeda atsakyti į šiuos klausimus. Ši galaktika turi aktyvų branduolį, bet jį supa tankios dulkės, todėl tiesioginės spinduliuotės nematome. Nauja detali spektroskopinė informacija leido atskirti dujų, dulkių bei žvaigždžių spinduliuotę, ir nustatyti kiekvienos komponentės savybes. Žvaigždės išsidėsčiusios 250 parsekų spindulio telkinyje aplink galaktikos centrą, o jų amžius yra maždaug 120 milijonų metų. Tai gali reikšti, kad dujos, judėjusios į galaktikos centrą, maždaug prieš tiek laiko suformavo žvaigždžių populiaciją, o likusios lėtai sukrito į patį centrą ir įjungė aktyvų branduolį. Skaitmeniniai modeliai rodo, kad tarp žvaigždėdaros žybsnio ir aktyvaus branduolio įsijungimo galaktikose turėtų praeiti apie šimtą milijonų metų ar daugiau, taigi čia gali būti tokio reiškinio pavyzdys realybėje. Dulkės, supančios aktyvų branduolį, yra įkaitusios iki 800 laipsnių temperatūros – nepakankamai aukštos, kad visiškai išgaruotų, bet gerokai aukštesnės, nei įprastinės tarpžvaigždinės dulkės. O dujos juda tolyn nuo centro, taigi aktyvus branduolys jau kuria reikšmingą tėkmę. NGC 1068 gali būti labai neseniai įsižiebęs aktyvus branduolys – manoma, kad jie iš pradžių būna apgaubti dulkių, bet laikui bėgant išsivalo aplinką ir paryškėja. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Padvigubintas tolimų supernovų skaičius. Tolimos supernovos – ypač viena jų rūšis, vadinama Ia tipu – yra labai svarbios matuojant kosminius atstumus. Jos taip pat padeda nustatyti, kaip sparčiai plečiasi Visata. Bet iki šiol žinojome mažiau nei 60 Ia tipo supernovų sprogimų, kurių šviesa iki mūsų keliavo 7,5 milijardo metų ir daugiau. Dabar pristatytas naujas tyrimas, kuriame aptiktos dar 58 taip toli esančios Ia tipo supernovos. Apskritai stebėjimų, trukusių dešimt mėnesių, metu aptiktos 1824 supernovos, iš kurių 433 yra Ia tipo, taigi padės patikslinti Visatos plėtimosi ir tolimų galaktikų atstumų duomenis. Penkios aptiktos supernovos yra ypatingai ryškios – tolesni jų stebėjimai padės geriau suprasti, kaip sprogsta išskirtinai retos labai masyvios žvaigždės. 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.