Kastytis Zubovas, rašantis mokslo populiarinimo tinklaraštį „Konstanta-42“, pateikia plačiajai visuomenei suprantamu būdu naujausius tyrimus apie egzoplanetas, žvaigždžių formavimąsi, aktyvias galaktikas ir juodąsias skyles.
***
Keturios artimos egzoplanetos. Egzoplanetos paprastai aptinkamos netiesiogiai – išmatuojant jų poveikį motininei žvaigždei ir tinkamai interpretuojant tuos matavimų duomenis. Interpretacijai dažnai trukdo matavimų paklaidos, kitų procesų nei planetos judėjimas kuriami signalai ir panašūs reiškiniai. Bet gerėjant supratimui apie tuos reiškinius, gerėja ir interpretacijų galimybės: praeitą savaitę paskelbta apie dvi naujas planetas prie Banginio Tau žvaigždės. Jau seniau prie šios, artimiausios Saulei į ją panašios žvaigždės, buvo aptiktos dvi planetos. Nauja analizė patvirtino ir patikslino šių planetų parametrus bei leido aptikti dvi naujas. Planetų periodai yra 20, 49, 160 ir 642 paros – pirmosios dvi yra arčiau žvaigždės, nei Merkurijus prie Saulės, trečioji Saulės sistemoje įsiterptų tarp Merkurijaus ir Veneros, o ketvirtosios orbita panaši į Marso. Visų planetų minimalios masės yra mažesnės, nei keturios Žemės masės, taigi yra nemaža tikimybė, kad šios planetos – uolinės. Nors nei viena iš jų nepatenka į žvaigždės gyvybinę zoną (trečioji yra šiek tiek per arti, ketvirtoji – šiek tiek per toli), atradimas vis tiek yra labai įdomus, nes patvirtina, kad planetų Galaktikoje yra daugybė, ir netgi uolinės planetos tikrai nėra išimtis. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Karšto Jupiterio stratosfera. Planetų atmosferos gali turėti labai įvairias struktūras. Viena galima struktūra yra stratosfera – sluoksnis, kuriame temperatūra kyla, tolstant nuo planetos paviršiaus. Dabar pranešta apie pirmą aptiktą egzoplanetą su stratosfera. Planeta, kodiniu pavadinimu WASP-121b, yra karštasis Jupiteris – apie 20 % už Jupiterį masyvesnis objektas, besisukantis labai arti savo žvaigždės. Planetos paviršiaus temperatūra siekia apie 2500 kelvinų (maždaug 2200 Celsijaus laipsnių). Stratosferą identifikuoti padėjo vandens garų spinduliuotės aptikimas – tai pirmas atvejis, kai vandens garai aptinkami karštojo Jupiterio atmosferoje. Stratosfera susiformuoti galėjo todėl, kad planetos atmosferos viršutiniai sluoksniai efektyviai sugeria žvaigždės spinduliuotę ir apsaugo žemesnius sluoksnius nuo per didelio įkaitimo. Tai gali reikšti, kad viršutiniuose atmosferos sluoksniuose yra metalų oksidų dujų, pavyzdžiui vanadžio ar titano oksido. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature.
***
Egzoplanetų gyvybingumo problemos. Kad planetoje būtų gyvybei tinkamos sąlygos, jos paviršiaus temperatūra turi būti tinkama skystam vandeniui egzistuoti. Ne visos planetos susiformuoja tinkamu atstumu nuo žvaigždės, kad turėtų tinkamas paviršiaus sąlygas, tačiau laikui bėgant žvaigždės šyla ir ryškėja, taigi net ir per toli esanti planeta po kurio laiko gali tapti tinkama gyvybei. Visgi perėjimas iš ledinės į gyvybingą stadiją gali būti pernelyg sudėtingas; bent jau taip teigiama naujame tyrime, kuriame buvo modeliuojama planetų atmosferų evoliucija. Modeliu įvertinta, kaip kinta planetos paviršiaus temperatūra ir atmosferos savybės, tolygiai augant žvaigždės skleidžiamai spinduliuotei. Paaiškėjo, kad jei planetos atmosferoje (ar ją dengiančiame lede) yra nedaug anglies dvideginio, planeta iš visiškai suledėjusios labai greitai pereina į pernelyg karštą, mat tirpstant ledui, atmosferą greitai užpildo daugybė vandens garų, kurie ją dar labiau kaitina. Taigi tam, kad planeta galėtų tapti gyvybinga, jai reikia ne tik šilumos, bet ir anglies dvideginio, kuris tą šilumą padėtų saugiai išlaikyti. Aišku, ne per daug, nes tada irgi gali pasireikšti pražūtingas šiltnamio efektas. Tyrimo rezultatai publikuojami Nature Geoscience.
***
Žvaigždės Galaktikos centre. Aplink Paukščių Tako centre esančią supermasyvią juodąją skylę Sgr A* sukasi keli šimtai jaunų žvaigždžių. Kai kurios iš jų praskrieja labai arti – taip arti, kad galime stebėti jų judėjimą, apskaičiuoti orbitų parametrus ir nustatyti juodosios skylės masę. Įprastai šie nustatymai daromi neatsižvelgiant į reliatyvistinius efektus, nes tos žvaigždės net ir arčiausiai juodosios skylės juda greičiais, gerokai mažesniais už šviesos. Dabar atlikta tikėtinų reliatyvistinių efektų, veikiančių šių žvaigždžių orbitas, analizė. Nustatyti skirtumai nuo klasikinio – nereliatyvistinio – sprendinio ir jų priklausomybė nuo žvaigždės orbitos dydžio santykio su juodosios skylės įvykių horizonto spinduliu. Šie skaičiavimai leidžia įvertinti juodosios skylės dydį, o kartu ir masę. Dabartiniai geriausi stebėjimų duomenys duoda rezultatą, kuris atitinka anksčiau iš žvaigždžių orbitų nustatytą juodosios skylės masę. Tiesa, naujai gauto rezultato paklaida yra labai didelė, apie 90 % nustatytos tikėtiniausios vertės, taigi rimtai patikrinti reliatyvumo teorijos prognozes bus galima tik atlikus daug detalesnius stebėjimus. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Juodosios skylės Galaktikoje. Kiek juodųjų skylių yra mūsų Galaktikoje? Skaičiuodami pagal tai, kiek žvaigždžių joje yra ir kurios žvaigždės virsta juodosiomis skylėmis, gauname apie 100 milijonų. Dabar patvirtinimas šiam rezultatui gautas ir įvertinus gravitacinių bangų signalų dažnumą. Pirmieji aptikti gravitacinių bangų signalai patvirtino maždaug 30 kartų už Saulę masyvesnių juodųjų skylių egzistavimą. Grupė mokslininkų, remdamiesi šiuo faktu ir statistine analize, įvertino, kad signalų aptikimas tikėtinas tuo atveju, jei Paukščių Tako masės galaktikose yra po maždaug šimtą milijonų juodųjų skylių. Tarp jų turėtų būti daugiau nei milijonas bent 30 kartų už Saulę masyvesnių objektų. Dar vienas parametras, nuo kurio priklauso gravitacinių bangų signalų aptikimas, yra laiko tarpas, per kurį dvinarės juodosios skylės komponentės suartėja ir susijungia. Dabartiniai duomenys dar nėra pakankami, kad būtų galima šią laiko skalę nustatyti tiksliai, tačiau per artimiausią dešimtmetį greičiausiai bus aptikta signalų iš masyvesnių nei 50 Saulės masių juodųjų skylių susiliejimų. Šių signalų šaltinių nustatymas jau turėtų leisti nustatyti ir susiliejimų laiko skalę. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Žvaigždėdara ir dvinarės. Santykinai netolima nykštukinė galaktika IC 10 labai sparčiai formuoja žvaigždes. Nors jos plotas danguje nesiekia net vienos šimtosios Paukščių Tako disko ploto dalies, žvaigždes ji formuoja maždaug 50 kartų mažesne sparta, nei mūsų Galaktika; kitaip tariant, žvaigždžių formavimosi sparta, tenkanti ploto vienetui, šioje galaktikoje yra bent kokius keturis kartus didesnė, nei Paukščių Take. Tai padaro šią galaktiką puikiu taikiniu ateities gravitacinių bangų paieškų projektams, mat žvaigždes formuojančiose galaktikose formuojasi ir juodosios skylės bei jų poros.
Kuo sparčiau galaktika formuoja žvaigždes, tuo daugiau ten netrunka atsirasti juodųjų skylių bei neutroninių žvaigždžių, liekančių masyvioms žvaigždėms sprogus supernovomis. IC 10 žvaigždžių populiacija yra paties tinkamiausio amžiaus, kad dvinarės žvaigždės dar būtų matomos: jos šiuo metu yra sudarytos iš juodosios skylės arba neutroninės žvaigždės, aplink kurią sukasi pagrindinės sekos žvaigždė. Sąveikaudamos kompanionės keičiasi medžiaga, ir pagrindinės sekos žvaigždės dujos, krisdamos ant kompaktiško objekto, įkaista bei ima spinduliuoti. 110 rentgeno spindulių šaltinių galaktikoje IC 10 aptikta Chandra kosminiu teleskopu, jų analizė parodė, kad daugeliu atvejų (16 iš 42, kuriuose pavyko apskritai identifikuoti kaimynę) regimoji kompanionė yra mėlynoji supermilžinė – didžiausio ir masyviausio tipo žvaigždė Visatoje. Būtent tokios žvaigždės gali po savęs palikti kelias dešimtis kartų už Saulę masyvesnes juodąsias skyles. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Galaktinių vėjų modeliai. Įvairiose galaktikose yra stebimi vėjai – medžiagos srautai, lekiantys tolyn nuo galaktikų centrų. Dažniausiai jie yra labai netolygūs, susidedantys iš šaltų tankių ir karštų retų dujų. Kol kas nėra vienareikšmio atsakymo, kaip tokie netolygūs vėjai susiformuoja, ir ar visais atvejais jie formuojasi vienodai. Praeitą savaitę pristatyti ypatingai detalaus skaitmeninio modelio rezultatai, rodantys, kaip supernovų sprogimų sukeltas vėjas gali net ir gana tolygius debesis paversti labai nevienodo tankio tėkmėmis. Modelyje skaičiuojamą procesą galima palyginti su vėjo tuneliu – dujų debesis, veikiamas mažo tankio, bet didelio greičio vėjo, yra išardomas į gabalus, kurie prisijungia prie tėkmės. Tankiausių ir rečiausių susiformavusios tėkmės sričių tankiai skiriasi daugiau nei 10 tūkstančių kartų, tačiau jos visos juda labai panašiais greičiais – tai stebima ir realiose galaktikose. Toliau tyrimo autoriai ketina modeliuoti tėkmės savybes realistiškoje galaktikoje. Tyrimo rezultatai arXiv.
***
Labai metalinga supernova. Supernovos – mirštančių žvaigždžių sprogimai – beveik visos sprogsta gana panašiai stipriai ir aplinkinei medžiagai suteikia panašų energijos kiekį. Tačiau kai kurios supernovos yra „superšviesios“ – apie šimtą kartų energingesnės, nei įprastinės. Šiemet gegužę aptikta viena tokia supernova; dabar paaiškėjo, kad ji sprogo spiralinėje galaktikoje, kurioje yra santykinai daug už helį sunkesnių cheminių elementų. Iki šiol superšviesios supernovos buvo randamos nykštukinėse galaktikose, o jose sunkių cheminių elementų yra nedaug.
Šis atradimas lemia, kad superšviesios supernovos dar keistesnės, nes tampa nebeįmanoma jas sieti vien su nykštukinėmis galaktikomis. Iš kitos pusės, ši supernova sprogo santykinai arti, todėl ją galima stebėti ilgą laiką po sprogimo. Šiuo metu Saulė yra pernelyg arti jos, taigi stebėjimų vykdyti neįmanoma, tačiau nuo rugsėjo vidurio vėl bus galima stebėti supernovos galaktiką ir sekti supernovos liekanos evoliuciją – tai bus ilgiausiai stebėta superšviesios supernovos liekana. Belieka tikėtis, kad ilgesni stebėjimai padės atskleisti, kodėl ši supernova buvo superšviesi. Tyrimo rezultatai arXiv.
NASA nuotr.
***
Mūsų Visata yra plokščia. Ką tai reiškia ir kaip galima tai nustatyti? Apie tai pasakoja „Minute Physics“:
