Nekoreguojami

Nekoreguojami

Nekoreguojami

2019. 09. 30

K.Zubovas „Konstanta 42“. Kąsnelis Visatos CDI

Kosminiai kūnai ir struktūros dažniausiai formuojasi taip lėtai, kad tiesiogiai šių procesų tyrinėti negalime – tenka pasikliauti daugelio skirtingose stadijose esančių objektų stebėjimais irba skaitmeniniais modeliais. Praėjusios savaitės naujienose susiduriame su keletu formavimosi procesų ar jų pasekmių: čia ir cheminiai junginiai tarpžvaigždinėje terpėje, ir planetos, ir galaktikų spiečiai. Taip pat sužinosite šį tą apie SpaceX erdvėlaivį Starship, tarpžvaigždinę kometą bei neįprastai ramias dujas vienos galaktikos hale. Gero skaitymo!

***

SpaceX Starship pristatymas. Šeštadienį Teksase esančiame SpaceX bandymų poligone įvyko naujausio kompanijos erdvėlaivio – Starship – pristatymas. Taip pat tai buvo pirmojo sėkmingo Falcon raketos skrydžio 11 metų sukaktis. Nuo tada SpaceX tapo viena iš pagrindinių NASA partnerių privačiame sektoriuje, išvystė daugkartinio naudojimo raketas-nešėjas, šiuo metu baigia kurti Crew Dragon įgulos kapsulę ir netrukus ketina pradėti testuoti Starship, kuris galėtų žmones skraidinti į Mėnulį, Marsą bei dar toliau. Pristatytas erdvėlaivis šiek tiek skiriasi nuo ankstesnių vizualizacijų – vietoje trijų fiksuotų sparnų gale jis turi po du valdomus sparnus priekyje ir gale – bet šie skirtumai turėtų tik pagerinti jo valdymą. Artimiausiu metu ketinama pagamintąjį erdvėlaivį išbandyti „šuolių“ sąlygomis: pakylant šiek tiek virš Žemės ir nusileidžiant atgal. Tokie šuoliai gali siekti apie 20 kilometrų. Vėliau, po maždaug pusės metų, tikimasi surengti pirmąjį bandomąjį skrydį, o žmones skraidinti Starship galėtų gal net nesibaigus 2020 metams. Aišku, tokie planai yra gana optimistiški, bet net jei jų laikytis nepavyks, pasiekimai yra didžiuliai, o žmonių kelionė į Marsą atrodo truputį artimesnė, nei prieš savaitę.

***

Tarpžvaigždinės kometos tyrimai. Prieš mėnesį aptikta kometa, judanti labai ištęsta orbita, dabar jau patvirtinta kaip antrasis žinomas tarpžvaigždinis objektas Saulės sistemoje. Jai suteiktas oficialus pavadinimas 2I/Borisov: raidė I reiškia „Interstellar“, skaičius rodo tarpžvaigždinio objekto numerį, o pavardė žymi objektą atradusį astronomą. Kometų pavadinimas pagal jų atradėjus yra ilgalaikė tradicija – prisiminkime kad ir Halio (Halley’s) kometą ar 67P/Čuriumov-Gerasimenko. Prieš kiek daugiau nei savaitę grupė mokslininkų 2I/Borisov aplinkoje aptiko anglies nitrido (CN) molekulių. Tai yra pirmas atvejis, kai identifikuotos dujos, sklindančios iš tarpžvaigždinio objekto – pirmojo objekto ‘Oumuamua išmetamų dujų aptikti nepavyko. Kol kas gautieji duomenys rodo, kad 2I/Borisov yra labai panaši į Saulės sistemos kometas, bet ateityje detalesni duomenys gali atskleisti skirtumų. Tyrimo rezultatai arXiv.

Apskritai tarpžvaigždinių objektų Saulės sistemoje turėtų būti daug. Naujame tyrime skaičiuojama, kad po keleto metų pradėsiantis veikti apžvalginis teleskopas LSST turėtų aptikti po keletą ‘Oumuamua dydžio ir didesnių objektų kasmet, o metro dydžio ir didesnių – po šimtą kasmet. Tokie skaičiai gauti modeliuojant iš planetinių sistemų išmetamas kometų nuolaužas ir panašius smulkius objektus. Kartu įvertinta, kad prie kitų žvaigždžių gana dažnai turėtų egzistuoti Neptūno masės ir didesnės planetos, nutolusios bent penkis kartus toliau, nei Žemė nuo Saulės. Tokių planetų gravitacija galėtų išmesti smulkius objektus iš žvaigždės gravitacinio lauko bei sukurtų stebimus tarpus protoplanetiniuose diskuose. Kol kas panašių planetų beveik nėra aptikta, bet šiandieninės paieškų misijos nėra labai jautrios jų signalams. Hipotezę apie tokių pasislėpusių planetų egzistavimą būtų galima patikrinti ir tolesnėmis egzoplanetų paieškomis, ir ieškant tarpžvaigždinių objektų Saulės sistemoje bei nustatant, kokia yra jų populiaciją. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Didžiausio Mėnulio kraterio kilmė. Didžiausias Mėnulyje ir vienas didžiausių Saulės sistemoje krateris, Pietų poliaus – Aitkeno baseinas, susiformavo, kai į jauną Mėnulį trenkėsi didelis asteroidas. Kraterio dugne Mėnulio pluta yra maždaug 30 kilometrų storio, o kitur – maždaug 40, taigi akivaizdu, kad smūgio būta stipraus. Šių metų pradžioje, remdamiesi Chang’e-4 misijos mėnuleigio Yutu-2 surinktais duomenimis, mokslininkai padarė išvadą, kad kraterį suformavęs smūgis pramušė plutą ir į paviršių iškėlė Mėnulio mantijos medžiagą. Mantija ir pluta skiriasi chemine sudėtimi, o Pietų poliaus – Aitkeno kraterio medžiagos spektroskopinė analizė lyg ir bylojo, kad jame yra daug olivino ir įvairių piroksenų – su mantija siejamų mineralų. Visgi nauja tos pačios misijos duomenų analizė sukėlė abejonių ankstesne išvada. Naujai analizei pasirinkti ne tik Yutu-2 surinktų mėginių duomenys, bet ir paties Chang’e-4 zondo atlikti atspindžio spektro matavimai. Panaudoti kitokie algoritmai, nei ankstesniame tyrime, leido susieti duomenis su labiausiai tikėtinais paviršiaus mineralais, įvertinant jų granulių dydžius bei kosmoso orų poveikį. Nustatyta, kad pagrindinis mineralas kraterio paviršiuje yra plagioklazė – stingstančios lavos sukuriama uoliena, sudaranti pagrindinę visos Mėnulio plutos dalį. Nors aptikta ir piroksenų bei olivino, bendras jų kiekis yra daug mažesnis, nei plagioklazės, taigi hipotezė apie plutos pramušimą atrodo labai abejotina. Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

***

Marsas, nuo ašigalio iki ašigalio. Mars Express zondo nuotrauka. Šaltinis: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Žemės paviršius yra be galo įvairus – nuo vandenynų gelmių iki kalnų, nuo plikų uolienų ir dykumų iki vešlių miškų ir pievų. Kitos planetos tokia įvairove pasigirti negali, bet reikšmingų skirtumų jų paviršiuose irgi randame. Šioje Marso nuotraukoje, kurią padarė Europos kosmoso agentūros zondas Mars Express, matome planetos šiaurinį ir pietinį ašigalius bei regioną tarp jų. Nesunku pastebėti, kad šiauriniame pusrutulyje yra daug mažiau kraterių, nei pietiniame; manoma, kad taip yra todėl, kad šiaurinis pusrutulis yra gerokai jaunesnis. Marso jaunystėje į jį galėjo atsitrenkti labai didelis asteroidas, ištirpdęs didžiąją dalį plutos šiaurės pusrutulyje ir sunaikinęs ten buvusius senesnius kraterius. Plutai kietėjant, susiformavo šiandieninė didžiulė šiaurinė žemuma. Pietų pusrutulyje nieko panašaus nebuvo, todėl ten matome daug daugiau kraterių.

***

Nukleobazių formavimasis tarpžvaigždiniame lede. Gyvybė Žemėje neatsirado iš nieko – ji buvo ilgo proceso pabaiga, vainikuojanti vis sudėtingėjančių cheminių junginių ir reakcijų tinklų formavimąsi. Dalis junginių galėjo susiformuoti ne Žemėje, o Saulę supusiame protoplanetiniame diske ar netgi tarpžvaigždinėje terpėje, ir į planetą atkeliauti tik vėliau. Dabar laboratoriniais eksperimentais parodyta, kad tarpžvaigždinėmis sąlygomis gali formuotis įvairios nukleobazės. Tarpžvaigždinės dulkės, susidedančios daugiausiai iš anglies junginių bei silikatų, šaltoje aplinkoje gali pasidengti ledo mantijomis, sudarytomis iš vandens, anglies monoksido, amoniako bei metanolio. Ultravioletinė spinduliuotė šiose mantijose gali sukelti įvairias sudėtingas chemines reakcijas. Tyrimo metu laboratorijoje sukurtos panašios sąlygos: iki 10 kelvinų temperatūros atšaldytame vakuuminiame kambaryje patalpintos dulkės padengtos ledo mantijomis, o tada paveiktos ultravioletiniais spinduliais. Atšildžius gautas medžiagas iki kambario temperatūros, aptiktos net šešios nukleobazės: citozinas, timinas, uracilas, adeninas, ksantinas ir hipoksantinas. Taip pat aptiktos įvairios amino rūgštys ir dviejų amino rūgščių junginiai dipeptidai. Dar 2011 metais hipoksantinas ir kelios kitos nukleobazės aptiktos meteorituose, taigi hipotezė, kad jos gali formuotis kosmose, yra ne visiškai nauja. Tačiau šiuo eksperimentu parodyta, kad nukleobazių susiformavimas gali būti visai dažnas reiškinys tarpžvaigždinėje terpėje. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Communications.

***

Žemė yra tinkamiausia planeta žemiškai gyvybei, nes mes esame prisitaikę prie savo planetos savybių. Bet apskritai gyvybei ir jos įvairovei gali būti ir geresnių planetų. Apie tokias – supergyvybines – planetas savaitės filmuke pasakoja Fraser Cain:

***

Mažos žvaigždės didelė egzoplaneta. Standartinė planetų formavimosi teorija teigia, kad jos auga protoplanetiniuose diskuose prie jaunų žvaigždžių, dulkėms po truputį jungiantis į vis didesnius darinius. Jei planetos masė viršija 20 Žemės masių, ji prisitraukia storą dujų apvalkalą ir tampa dujine milžine. Šis modelis neblogai paaiškina planetų formavimąsi prie žvaigždžių, panašių į Saulę ir didesnių; prie mažų žvaigždžių pagal modelio prognozes dujinių milžinių turėtų nebūti, masyviausios planetos būtų maždaug Neptūno masės. Bet dabar pranešta apie didžiulę planetą, aptiktą prie labai mažos žvaigždės. Raudonoji nykštukė GJ 3512 yra aštuonis kartus mažesnė už Saulę, o aplink ją besisukančios planetos masė siekia bent pusę Jupiterio masės. Tokia masyvi planeta prie tokios mažos žvaigždės yra labai netikėtas atradimas. Be to, planeta skrieja elipsine orbita; tokia konfigūracija beveik neabejotinai reiškia, kad planeta praeityje gravitaciškai sąveikavo su kitu panašaus dydžio objektu. Duomenyse aptiktas ir galimas kitos, truputį toliau esančios, planetos signalas, bet jis nėra pakankamai stiprus, kad būtų galima skelbti apie atradimą. Standartinis planetų formavimosi modelis negali paaiškinti tokių planetų egzistavimo, taigi atradėjai teigia, kad galbūt šiuo atveju planeta susiformavo toli nuo žvaigždės dėl gravitacinio nestabilumo protoplanetiniame diske. Nestabilus disko regionas gali palyginus greitai susitelkti į masyvią planetą, kuri vėliau gali numigruoti arčiau prie žvaigždės. Toks planetų formavimosi modelis laikomas mažiau tikėtinu, bet, panašu, gali būti reikšmingas bent jau prie mažų žvaigždžių. Turint omenyje, kad mažos žvaigždės, tokios kaip GJ 3512 ir panašios, yra gerokai dažnesnės Visatoje, nei masyvesnės, šis atradimas gali būti reikšmingas siekiant suprasti egzoplanetų savybių įvairovę. Neseniai paskelbti skaičiavimai rodo, kad masyvios planetos toli nuo savo žvaigždžių, panašios į Jupiterį ar Saturną, turėtų dažniau formuotis būtent dėl gravitacinio nestabilumo. Iki šiol aptikti šių planetų nepavykdavo dėl jų didelio atstumo nuo žvaigždės. Nauji teleskopai, pradėsiantys veikti artimiausiais metais, turėtų padėti jas aptikti; jei paaiškės, kad jų yra daug, tai prisidėtų prie gravitacinio nestabilumo modelio svarbos patvirtinimo. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Suardomos žvaigždės žybsis. Žvaigždė, priartėjusi pernelyg arti masyvios juodosios skylės, gali suirti ir tapti dujų srautu. Dalis dujų įkrenta į juodąją skylę ir sukelia žybsnį, trunkantį keletą mėnesių ar metų ir pasižyminti charakteringa šviesio priklausomybe nuo laiko. Dabar paskelbta apie tokį žybsnį, kurį aptikti ir ištirti padėjo ir planetų paieškos teleskopas TESS. Žybsnis aptiktas automatizuotos paieškos ASASSN teleskopais šių metų sausio 21 dieną, bet iš tiesų objekto šviesis ėmė augti aštuoniomis dienomis anksčiau. Tą nustatyti leido TESS duomenys, mat žybsnio padėtis danguje patenka į vieną iš plotų, kuriuos TESS stebi visą laiką. Apskritai TESS bei kelių kitų observatorijų duomenys daro žybsnį ASASSN-19bt geriausiai prieš šviesio maksimumą ištirtu žvaigždės suardymo įvykiu. Šviesio maksimumą žybsnis pasiekė kovo pradžioje, o vėliau ėmė blėsti. Įdomu, kad žybsniui dar nepasiekus maksimumo, dujų temperatūra per keletą dienų sumažėjo dvigubai – nuo 40 tūkstančių iki 20 tūkstančių laipsnių. Toks pokytis prognozuotas teoriškai, bet anksčiau nebuvo aptiktas stebėjimais. Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal.

***

Juodosios skylės masės nustatymas. Yra ne vienas būdas apskaičiuoti juodosios skylės, esančios kurios nors galaktikos centre, masę. Galima išmatuoti atskirų dujų debesų judėjimą juodosios skylės aplinkoje, galima matuoti dujų spinduliuotės pokyčius, pasikeitus spinduliuotei pačioje juodosios skylės aplinkoje, galima naudoti žinomus sąryšius tarp juodosios skylės masės ir spinduliuotės intensyvumo skirtinguose spektro ruožuose santykius. Dabar pasiūlytas dar vienas būdas, paremtas nuo juodosios skylės besidriekiančios čiurkšlės forma. Čiurkšles sukuria magnetinis laukas, susisukantis medžiagai krentant į juodąją skylę. Čiurkšlėje medžiaga įgreitinama beveik iki šviesos greičio ir iš pačių juodosios skylės prieigų gali išlėkti net iš galaktikos. Čiurkšlė yra siaura, bet, toldama nuo centro, plečiasi. Plėtimasis vyksta netolygiai, todėl čiurkšlės forma arti juodosios skylės yra parabolinė, o toliau pereina į kūginę. Naujajame tyrime sukurtas modelis, paaiškinantis šį formos pokytį: arti juodosios skylės čiurkšlės formą nulemia dominuojanti magnetinė energija; tam tikru atstumu magnetinė energija nuslopsta ir tampa lygi dujų kinetinei energijai; šis balansas išlieka ir toliau. Atstumas, ties kuriuo pasikeičia energijos skirstinys, priklauso nuo keleto parametrų, tarp jų ir juodosios skylės masės. Pritaikę metodą galaktikai M87, tyrėjai įvertino, kad jos masė yra apie 4-8 milijardus kartų didesnė, nei Saulės. Ši vertė yra truputį mažesnė, nei ankstesni įvertinimai, paremti dujų judėjimu, bet puikiai atitinka pavasarį paskelbtą įvertinimą, gautą padarius pirmąją juodosios skylės nuotrauką. Naujasis metodas neleidžia masės nustatyti labai tiksliai, bet, apjungtas su kitais metodais, leis geriau pažinti centrinius galaktikų objektus. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Triguba supermasyvi juodoji skylė. Įprastai kiekviena galaktika turi po vieną centrinę supermasyvią juodąją skylę. Kai dvi galaktikos susijungia, dar kelis šimtus milijonų metų naujai susiformavusioje galaktikoje egzistuoja dvi supermasyvios juodosios skylės, kurios po truputį suartėja ir galiausiai taip pat susijungia į vieną. Per šį laikotarpį galaktika gali patirti dar vieną susiliejimą – tada joje kurį laiką egzistuos trys supermasyvios juodosios skylės. Dabar pirmą kartą toks trejetas aptiktas. Galaktikoje katalogo numeriu SDSS J084905.51+111447.2, kuri jau seniau nustatyta kaip trijų galaktikų susiliejimo produktas, aptikti trys aktyvūs branduoliai – juodosios skylės, maitinamos sparčiai krentančių dujų srautų. Atstumai tarp bet kurių dviejų juodųjų skylių yra mažesni, nei tarp Saulės ir Galaktikos centro, taigi visi šaltiniai tikrai yra toje pačioje galaktikoje. Spektrinė aplinkinių dujų analizė rodo, kad visi šaltiniai tikrai yra aktyvūs branduoliai, o ne, pavyzdžiui, žvaigždes formuojančių dujų telkiniai. Trys supermasyvios juodosios skylės, sąveikaudamos tarpusavyje, suartėti ir susijungti gali daug greičiau, nei dvi, ypač kai jau yra labai arti viena kitos. Galutinis juodųjų skylių susijungimas, vadinamas paskutinio parseko problema, kol kas nėra išspręstas uždavinys, bet trigubų aktyvių branduolių egzistavimas gali prie jo reikšmingai prisidėti. Paaiškėjus, kad tokie objektai egzistuoja ir realybėje, ne tik skaitmeniniuose modeliuose, jų tyrimai turėtų paspartėti. Tyrimo rezultatai arXiv.

***

Ypatingai ramus galaktikos halas. Kiekvieną galaktiką supa karštų dujų halas. Dujos, įvairių energingų procesų įkaitintos ir išmestos iš galaktikos, nuolat papildo halą, o vėsdamos halo dujos krenta atgal į galaktiką. Teoriniai modeliai prognozuoja, kad halo dujos turėtų būti labai turbulentiškos, bet tiesiog jas stebėti ir nustatyti savybes yra labai sudėtinga, nes dujos yra labai karštos ir labai retos. Naujame tyrime vienos galaktikos halas ištirtas analizuojant pro jį einantį greitąjį radijo žybsnį (FRB). FRB yra labai trumpi radijo impulsai, kartais aptinkami įvairiose dangaus vietose. Jie greičiausiai atsklinda iš tolimų galaktikų; kai kurie yra vienkartiniai, kiti pasikartoja daug kartų. Pernai lapkritį aptiktas FRB 181112 atsklido iš galaktikos, kuri danguje yra visai šalia kitos, daug artimesnės. Taigi FRB signalas mūsų link atkeliavo pro artimesnės galaktikos halą. Turbulentiškos dujos, panašiai kaip oras karštą dieną, turėjo iškreipti ir išplėsti signalo trukmę, bet taip neįvyko. Žybsnį sudarė trys impulsai, kiekvieno trukmė nesiekė 40 mikrosekundžių. Toks mažas išplėtimas leido nustatyti viršutinę galaktikos halo tankio ribą – vienas atomas dešimtyje kubinių centimetrų. Be to, radijo signalas beveik nebuvo poliarizuotas – tai reiškia, kad halo magnetinis laukas yra labai silpnas. Išmatuotas tankis yra panašus į žinomus ir teoriškai prognozuojamus panašių galaktikų halo tankius, bet maža turbulencija ir magnetinis laukas yra netikėti rezultatai. Taigi nepaisant procesų, vykstančių galaktikoje, halo dujos greičiausiai išlieka ramios. Tyrimo rezultatai publikuojami Science.

***

Seniausias galaktikų protospiečius. Aplinkinėje Visatoje dauguma galaktikų susitelkusios į grupes ir spiečius, kuriuose gali būti šimtai narių. Spiečių formavimosi procesas išlieka vienas iš neatsakytų klausimų apie Visatos struktūrų evoliuciją. Dabar paskelbta apie seniausio galaktikų telkinio, vadinamo protospiečiumi, atradimą. Protospiečius yra galaktikų telkinys, kuris laikui bėgant virs spiečiumi, bet stebimu metu dar tik formuojasi. Atrastasis telkinys z660D matomas tuo metu, kai Visatos amžius buvo vos 800 milijonų metų, mažiau nei dešimtadalis dabartinių 13,8 milijardo. Jį sudaro bent 12 galaktikų, aptiktų išmatavus jų spektrus. Viena iš galaktikų, pati masyviausia šiame protospiečiuje, aptikta dar 2009 metais, bet kitos – tik dabar. Įdomu, kad masyviausioji galaktika yra ne telkinio centre, o jo pakraštyje. Įprastai spiečiuose masyviausi objektai yra centre – taip gali įvykti dėl to, kad jie aplink save sutelkia kitas galaktikas, arba dėl to, kad spiečiui evoliucionuojant centre esančios galaktikos patiria daugiausiai susiliejimų. Naujojo telkinio konfigūracija sufleruoja, kad spiečiai nebūtinai formuojasi aplink masyviausią objektą. Tolesni šio protospiečiaus ir kitų panašių objektų tyrimai padės geriau suprasti, kaip vystosi šios, pačios didžiausios Visatoje, struktūros. 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.