5 Minutės
Maždaug prieš 4,5 milijono metų dvi karštos ir masyvios žvaigždės – šiandien priskiriamos Canis Major (Didžiojo šuns) žvaigždyno regionui – praskriejo pakankamai arti Saulės sistemos, kad pakeistų vietinę tarpžvaigždinę aplinką. Naujos kosminių simuliacijų serijos rodo, jog jų intensyvi ultravioletinė spinduliuotė galėjo jonizuoti plonus dujų sluoksnius, kurie supa mūsų Saulę, palikdama stebimus „pėdsakus". Šie pėdsakai yra matomi kaip padidintas jonizuotų atomų frakcija vietiniuose tarpžvaigždinių debesų sluoksniuose ir šiuos signalus astronomai gali išmatuoti šiuolaikinėmis observavimo technikomis bei kosminiais aparatais.
Artimas žvaigždžių praskridimas ir kodėl tai svarbu
Astrofizikai atsekė netoliese esančių žvaigždžių judesius ir modeliavo Saulės kaimynystę per pastaruosius kelis milijonus metų. Komandai pavyko rekonstruoti trajektorijas taip, kad dvi B tipo žvaigždės — Epsilon Canis Majoris ir Beta Canis Majoris — greičiausiai praskriejo maždaug 32 šviesmečių atstumu nuo Saulės sistemos prieš maždaug 4,4–4,5 mln. metų. Tokiu atstumu šios melsvai baltos žvaigždės būtų buvusios akivaizdžiai ryškesnės už bet ką, ką mes matome šiandienos danguje; kaip pastebėjo Michael Shull iš Kolorado Universiteto Boulderyje, šios dvi žvaigždės būtų buvusios maždaug keturis–šešis kartus ryškesnės už dabartinį Sirių, t. y. aiškiai ryškiausios dangaus kūnai tuo metu.
Nors po to tos žvaigždės nutolo ir dabar yra maždaug 400–500 šviesmečių atstumu, tyrimas teigia, kad jų ultravioletinė spinduliuotė praskridimo metu būtų pakankamai stipri jonizuoti atomus artimuose tarpžvaigždiniuose debesis. Jonizacija įvyksta, kai aukštos energijos fotonai išmeta elektronus iš atomų, taip sukurdami įkrautas daleles — jonus ir laisvus elektronus — kuriuos galima aptikti spektriniais matavimais ir kosminių zondų duomenyse. Tokie duomenys leidžia rekonstruoti praeities radiacinius įvykius ir nustatyti, kurie šaltiniai prisidėjo prie siejamų jonizacijos lygių.
Jonizuotos kišenės Vietiniame burbule
Saulė ir planetos yra įsikūrusios mažos tankio ertmės Paukščių Tako diske viduje, vadinamoje Vietiniu burbulu (Local Bubble). Ši erdvė yra mažo tarpmolekulinio tūrio sritis, kurioje slėgis ir tankis yra žemesni nei aplinkiniame galaktiniame plote. Vis dėlto šio burbulo viduje yra mažesni, tankesni plotai, vadinami vietiniais tarpžvaigždiniais debesimis — šie debesys, kurių charakteristinis dydis yra maždaug 30 šviesmečių, apgaubia Saulės sistemą šiandien. Observacijos rodo netikėtai didelę jonizacijos dalį šiuose debesyse: maždaug 20 proc. vandenilio atomų ir iki 40 proc. helio atomų pasirodo esant įkrautiems vietoj neutralių būsenų. Tokie santykiai nėra lengvai paaiškinami vien tik vietinio plasmos ar supernovų liekanų poveikiu.
Minėtos jonizacijos frakcijos nurodo, kad neseniai erdvėje turėjo veikti stiprūs aukštos energijos fotonų šaltiniai. Tradiciniai kandidatai — pavyzdžiui, karštas plazmos sluoksnis ant Vietinio burbulo ribos ar netoliese esančios supernovų liekanos, kurios padėjo išfrezuoti tą burbulą — negalėjo pilnai pagrįsti matuojamų jonizacijos lygių. Todėl tyrėjai paleido detalias dinamines simuliacijas, įtraukiančias judančias žvaigždes, dreifuojančius debesų masyvus ir kintančias radiacijos lauko savybes. Į modelį buvo integruotos skirtingos radiacijos bei plazminės emisijos sudedamosios dalys, ir rezultatai parodė, kad dabartinį jonizacijos lygį tikriausiai nulėmė bent šeši reikšmingi šaltiniai: ribinė plazmos emisija, trys karšti baltieji nykštukai ir Canis Major žvaigždžių pora Epsilon bei Beta Canis Majoris.
Vietinio tarpžvaigždinio debesies diagrama
Ką simuliacijos atskleidžia apie laiką ir mechanizmus
Modeliai traktuoja vietinę erdvę kaip dinamišką dėlionę: Saulė sukasi aplink galaktikos centrą, šalia esančios žvaigždės migruoja, o dujų debesys pastoviai juda ir deformuojasi. Kai tyrėjai sugrąžino laikrodį atgal keliais milijonais metų, bendras ultravioletinis srautas iš minėtų šešių šaltinių gerai sutapo su šiandien matomais jonizacijos lygiais. B tipo žvaigždės, tokios kaip Epsilon ir Beta Canis Majoris, yra ypač efektyvūs jonizatoriai dėl savo aukštos paviršiaus temperatūros ir stipraus ultravioletinio spinduliavimo, kuris yra gerokai didesnis negu Saules emisija. Kertiniu mechanizmu tapo tai, kad judėdamos pro regioną šios žvaigždės galėjo iškirpti karštų, jonizuotų dujų taką vietiniuose debesyse, palikdamos ilgalaikius radiacinius pėdsakus.
Jonizacija nėra amžina būsena: laikui bėgant laisvi elektronai susijungia su jonais (rekombinacija) ir grąžina atomus į neutralią būseną. Todėl padidėjusios jonizacijos išlikimas suteikia gamtos „laikrodį" — ji riboja, kada įvyko jonizuojantys įvykiai. Panašu, kad aukštas jonizacijos laipsnis yra suderinamas su tokio praeities įvykio laiku — keliais milijonais metų atgal — o ne su daug senesniais reiškiniais. Be to, simuliacijose įtrauktos realistiškos rekombinacijos trukmės ir radiacijos sklaidos savybės, kas leido atskirti skirtingų šaltinių indėlį ir vertinti, kiek ilgai jų poveikis galėjo išlikti matomas šiandien.
Pasekmės Saulės sistemai ir ateities aplinkai
Šiuo metu būvimas Vietiniuose tarpžvaigždiniuose debesyse suteikia tam tikrą „izoliaciją": šie debesys padeda sureguliuoti tarpžvaigždinės terpės sąlygas, su kuriomis susiduria heliosfera — Saulės apsauginis burbulas. Debesies tankis, jonizacijos laipsnis ir radiacinis fonas tiesiogiai veikia heliosferos matmenis ir struktūrą, o tai savo ruožtu lemia, kiek kosminių spindulių prasiskverbia iki vietų ar objektų mūsų sistemoje bei kokios yra kosminės oro sąlygos prie heliosferos ribos. Tačiau Saulės sistema juda santykinai debesų atžvilgiu, ir dabartiniai vertinimai rodo, kad galime palikti šį vietinį burbulo kišenę per mažiau nei 2 000 metų. Kai tai įvyks, heliosfera susidurs su kitomis tarpžvaigždinėmis sąlygomis — skirtingais tankiais, chemine sudėtimi ir radiacijos laukais — o tai gali turėti pasekmių kosminių spindulių prasiskverbimui, radiacinei aplinkai ir net ilgalaikiams planetinės apsaugos parametrams.
Tyrimas, publikuotas žurnale The Astrophysical Journal, pabrėžia, kaip trumpalaikiai žvaigždžių praeinantys artėjimai — net ir santykinai dideliais atstumais — gali palikti ilgalaikius pėdsakus vietinėje galaktinėje aplinkoje. Tai aktualu tiek fundamentinei astrofizikai, tiek praktiniams planavimo aspektams, pavyzdžiui, kaip mes interpretuojame tarpžvaigždinių matavimų duomenis, gautus kosminėmis misijomis ar žemės observatorijomis, ir kaip tai įtakoja prognozes apie heliosferos elgseną ateityje.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Ramirez, astrofizikė, tyrinėjanti heliosferą, komentuoja: 'Šis darbas aiškiai parodo, kaip vietinę galaktinę ekosistemą formuoja judančios žvaigždės ir sprogstami įvykiai. Praskrendantis B tipo žvaigždė nebūtinai turi būti ypač arti, kad padarytų matomą įtaką — jos ultravioletinė spinduliuotė gali nukeliauti toli ir pakeisti vandenilio bei helio įkrovos būseną, kurią dabar stebime. Tai padeda paaiškinti painius jonizacijos skaičius ir suteikia aiškesnį vaizdą apie Saulės sistemos pastarąją galaktinę istoriją.'
Gilesnis šių procesų supratimas pagerina mokslininkų gebėjimą interpretuoti tarpžvaigždinius matavimus, atliktus tiek kosminiais zondais, tiek žemės paviršiaus instrumentais, ir patikslina prognozes, kaip heliosfera reaguos, kai Saulė tęsis savo kelią per dinamišką ir kintantį galaktinį kaimynystę. Tokie tyrimai taip pat pabrėžia, kad netgi atokūs žvaigždžių artėjimai gali turėti ilgalaikį poveikį vietinės erdvės jonizacijos balanso formavimuisi, o tai yra svarbu planuojant ilgalaikes kosmines misijas ir tiriant kosminės aplinkos evoliuciją per geologinius bei biologinius laiko mastus.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą