Visata, regis, turi tą pačią problemą, kaip ir aš. Dulkės, visur. Spausdindamas šiuos žodžius, dairausi aplink ir mąstau, iš kur po galais, jos randasi? Kaip jos nekviestos susikaupia ant kiekvieno paviršiaus, visuose kampuose ir užkaboriuose?
Kuo toliau, tuo dažniau kažką panašaus murmant girdime ir astronomus. Ne taip, kaip erzinančios, bet nereikšmingos krūvelės, kosminės dulkės yra labai svarbios. Jų smulkučiai grūdeliai, daugiausiai susiformavę iš amorfinės anglies, karbonatų ir silikatų, yra vos mikrometro dalies skersmens – maždaug dūmų dalelės dydžio. Jei jų nebūtų, naktinis dangus būtų daug šviesesnis dėl papildomai matomų tūkstančių žvaigždžių. Antra vertus, be dulkių tiek žvaigždžių negalėtų susidaryti: jos atvėsina tarpžvaigždinius dujų dujų debesis ir skatina jų susitraukimą į žvaigždes. Be to, mažos molekulės susitinka ir sukimba ant grūdelių paviršiaus, sudarydamos sudėtingesnes medžiagas, nei būtų įmanoma vien atsitiktinai susiduriant kosmose. Iš kosminių dulkių susidaro planetų ir kitų kūnų užuomazgos. Grįžkime tolėliau laiku atgal ir dulkės buvo tai, kas sudarė mus.
Tačiau su kosminėmis dulkėmis yra viena didelė problema, kurios negalime tiesiog sušluoti po kilimu: nežinome, kas jas padarė.
Ne taip seniai manėme, kad žinome. Ilgaamžės žvaigždės galutinėse savo egzistavimo stadijose būna dulkių fabrikai. Į Saulę panašioms žvaigždėms senstant, vidinės chemijos pokyčiai verčia jas pūstis ir virsti daugybę kartų didesnėmis raudonosiomis milžinėmis. Kai Saulė ims taip keistis, jos viduje išnyks Merkurijus, Venera ir galbūt Žemė, bet dulkių mylėtojams tai bus džiugus laikas. Mūsų išsipūtusios žvaigždės retoje atmosferoje bus idealios sąlygos iš karštų dujų kondensuotis kietiems grūdeliams, panašiai, kaip suodžiams kamine.
Paukščių Take toks scenarijus gana gerai atitinka faktus. Čia dulkių kiekis yra maždaug toks, kokio galėtume tikėtis iš apskaičiuoto susiformavusių ir mirusių raudonųjų milžinių skaičiaus per galaktikos 10-ies milijardų metų istoriją. Bet viena galaktika dar ne visas kosmosas. „Vos pažvelgus už Paukščių Tako ribų, išryškėjo problema,“ sako Mikako Matsuura'a, astronomė iš Londono universiteto koledžo.
Kritinis taškas pasiektas dešimtajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje, kai pasirodė teleskopai, gebantys įžvelgti dulkes labai tolimose galaktikose, vos po keleto šimtų milijonų metų nuo visatos gimimo. Žvaigždėms reikia bent milijardo metų pasiekti raudonosios milžinės fazę, tad šios galaktikos turėtų būti skaidrios ir be dulkių. Iš tiesų jos kimšte prikimštos dulkių. Tipiškas pavyzdys – galaktika J1148+5251. Vos po 900 milijonų metų nuo Didžiojo sprogimo šioje galaktikoje 10 kartų daugiau dulkių, nei Paukščių Take.
Naujagimės galaktikos – mažos ir hiperaktyvios
Tyrėjai iš Maxo Plancko Astronomijos instituto aptiko, kad žvaigždės formavosi mažuose naujagimių galaktikų branduolio regionuose
Su IRAM interferometru pavyko gauti labai ypatingus vaizdus: J1148+5251 skleidžiamą infraraudonajį spinduliavimą, siejamą su jonizuotais anglies atomais, kurie yra patikimi žvaigždžių formavimosi indikatoriai.
Gauti vaizdai rodo pakankamai detalių, leidžiančių įvertinti pačių ankstyviausiųjų žvaigždžių formavimosi regiono dydį. Su šia informacija nustatė, kad tuo laiku J1148+5251 centriniame regione žvaigždės formavosi rekordiškai greitai – maždaug 1000 kartų greičiau, nei dabar formuojasi žvaigždės mūsų galaktikoje – po 1 Saulės masę per metus. Dar kiek greičiau ir tai jau kirstųsi su fizikos dėsniais.
„Nebėra abejonės, kad praeityje visata buvo dulkinesnė, nei dabar,“ sako Larsas Mattssonas, astrofizikas iš Kopenhagos universiteto Danijoje. Savaime suprantama, tose tolimose galaktikose kažkas kitas, nei raudonosios milžinės gamina dulkes ir gamina labai gerai. Bet kas?
Stebėjimai teikia užuominą: trumpai gyvenančios ir jaunos mirštančios žvaigždės, kurioms lemta susprogti kaip supernovoms. Tokios žvaigždės prieš sprogdamos pergyvena trumpą raudonosios milžinės fazę ir joms visiškai pakaktų laiko susiformuoti ir mirti tokiose galaktikose, kaip J1148+5251. Be to, turint galvoje spartesnį jaunos visatos žvaigždžių formavimosi tempą, logiška manyti tada buvus daugiau supernovų ir tuo pačiu daugiau dulkių.
Tačiau problema ta, kad įnirtingi supernovų branduoliniai sprogimai bet kokias susiformavusias dulkes turėtų sudraskyti į skutelius, tiksliau – į jas sudarančius atomus. Kaip ten bebūtų, Matsuura ir jos kolegos sekė nuojauta ir nukreipė ESA „Herschel“ kosminės observatoriją į SN 1987A – prieš 25 metus kaimyniniame Didžiajame Magelano debesyje sprogusios žvaigždės liekanas. SN 1987A yra artimiausia supernova, įvykusi nuo teleskopo išradimo ir pagrindinė sprogstančių žvaigždžių teorijų tikrinimo aikštelė.
Supernovos šokas
Kai regimosios šviesos fotonas susiduria su dulkele, ši energiją absorbuoja ir šiek tiek įšyla. Šiluma vėl išspinduliuojama jau kaip infraraudonasis spinduliavimas. Turėdamas 3,5 metrų skersmens veidrodį, „Herschel“ yra kol kas didžiausias kosminis teleskopas ir jo padėtis idealiai tinka dulkių signalų gaudymui.
Matsuura ir jos komanda publikavo savo atradimus pernai ir jie visus nustebino. Įprasta manyti, kad supernovoje dulkėmis turėtų virsti daugių daugiausiai dešimtadalis žvaigždės masės. Bet stebėjimai rodė sprogimo vietoje jų esant 4 – 7 kartus daugiau – jų užtektų nulipdyti daugiau, nei 200 000 Žemių. Perkelkime tokį santykį į Paukščių Tako galaktikos mastelį ir galime užmiršti apie raudonąsias milžines: visos matomos dulkės galėjo atsirasti iš supernovų (Science, vol 333, p 1258).
Tad, regis, aišku: dulkės atsiranda iš supernovų, o ne iš raudonųjų milžinių ir tai įvertinant, mums tereikia pataisyti žvaigždžių formavimosi ir mirties teorijas.
Bet ne taip greitai.
„Tai daugybė dulkių supernovai,“ sako Mattssonas. Jis abejoja kai kuriomis Matsuura'os prielaidomis, kurias ji darė, siedama „Herschelio“ užfiksuotą šviesos kiekį su supernovos sukurtomis dulkėmis. Mattssonas mano, kad, nors supernova ir kuria dulkių gradientus, ji nesulipdo jų į kietas daleles, o palieka kaip dujų molekules.
Tačiau, jei tai būtų dujos, prieštarauja Matsuura'a, „Herschelio“ signalas tai parodytų. Anglis ir deguonis yra vieni labiausiai paplitusių supernovos sprogimo produktų ir jie iškart suformuoja anglies monoksido dujas (CO). Jų skleidžiamą būdingą infraraudonąjį spinduliavimą „Herschelis“ turėjo užfiksuoti. Dar nepublikuotuose matavimų duomenyse, Matsuura'a CO pėdsakų sako neradusi.
Net jei dulkės kaip kaip nors išgyvena supernovos sprogimo galią, toli gražu neaišku, ar jos ištveria pakankamai ilgai, kol pasiekia dulkių telkinius galaktikų erdvėje. Smūginės bangos supernovos kaimynystėje aidi šimtmečius ir tikriausiai skaldo dulkių daleles. „Dulkių išlikimas yra nežinomas dydis,“ sutinka Matsuura'a. „Viliamės, kad jos išlieka, bet tvirtai dar nežinome.“
1987 metų sprogimas dar pernelyg šviežias, kad galėtų mums tai parodyti, bet žvilgsnis į kitas netolimas supernovas nedrąsina. Antra pagal jaunumą yra prieš 300 metų mūsų galaktikoje įvykusio sprogimo liekana, vadinama Kasiopėja A (Cassiopeia A). Joje dulkių masė mažesnė, atitinkanti Mattssono vertinimą, nors tai priklauso nuo infraraudonojo spinduliavimo matavimų, kuriuos gali keisti kitos dulkės, esančios stebėjimo linijoje.
Jei dulkės tolimose galaktikose negali atsirasti iš raudonųjų milžinių, nes pačioje visatos jaunystėje jos dar neegzistavo, ir negali rastis iš supernovų, nes jos sunaikina didžiąją dalį to, ką sukuria, kas tada? Pastaruosius 20 metų Bruce'as Draine'as iš Princetono universiteto siūlo trečiąją alternatyvą: dulkės pačios sulimpa tuose santykinai tuščiose galaktikos erdvėse plotuose tarp žvaigždžių.
Šiuo požiūriu, taip turi būti, nes galaktiką skersai išilgai vagojančios supernovų smūginės bangos sunaikintų ne tik beveik visas pačių supernovų, bet ir raudonųjų milžinių sukurtas dulkes. Bet šiek tiek tankesni „molekuliniai debesys“ tarpžvaigždinėje erdvėje galėtų suteikti užuovėją nuo kraupiausių smūginės bangos siautėjimų. Dulkės ten galėtų palengva rinktis, kai tos kelios dalelės išlikusios po supernovų ar raudonųjų milžinių galbūt sudarytų branduolius tolesniam dulkių formavimuisi. Galiausiai dulkių debesys pasidarytų pakankamai tankūs, kad iš jų galėtų susidaryti naujos žvaigždės ir planetos.
Ar tai tikėtina alternatyva? Norint gauti galutinį atsakymą, teks paimti ir išanalizuoti šiek tiek pačių dulkių. Tai ne taip sunku, nors artimiausios supernovos ir raudonosios milžinės mūsų erdvėlaiviais nepasiekiamos. „Nuolatos atsitrenkiame į tas daleles,“ sako Antonas Kearsley'is, mineralogas iš Gamtos istorijos muziejaus Londone. Pati Saulės sistema skrieja apie galaktikos centrą, skrosdama visais būdais atsiradusių dulkių debesis.
Siekiant žvaigždžių dulkių
Nuo 2004-ųjų, Kearsley'is su kolegomis NASA'oje analizuoja „Stardust“ misijos metu sugautas daleles. Paleistas 1999 m., „Stardust“ skriejo aplink Saulę ir surinko dviejų kometų dulkių pėdsakus prieš nuleisdama surinktus pavyzdžius parašiutu į Jutos dykumą 2006 metais. Didžioji dalis surinktų dulkių yra iš kometos, tačiau visai nemažai buvo nuo pačio kosminio zondo atskilusių skeveldrų. Projekte stardust@home, kuriame 30 000 savanorių tyrė dulkių smūgių pėdsakus zondo kolektoriuose, keletas dulkelių buvo identifikuotos, kaip savo kelią pradėjusios už Saulės sistemos ribų.
Šių dulkelių sudėties analizė turėtų atskleisti jų tikrąją kilmę, kadangi žioruojančiame branduoliniame supernovų žaizdre ir vėstančiuose raudonųjų milžinių sluoksniuose susidaro gana skirtingi izotopų kokteiliai. Tuo tarpu grūdelių purumas turėtų papasakoti, kiek truko jų sulipimas ir tuo pačiu, kokį vaidmenį jų formavimesi suvaidino molekuliniai debesys. Kearsley'is pirmųjų rezultatų tikisi kitais metais. „Tai galiausiai mums suteiks bent kokį nors tiesos pagrindą, su kuriuo galėsime dirbti,“ tiksi jis.
Jei tai nepavyktų, turime ir kitų pasirinkimų. Čilėje duomenis jau renka ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), radioteleskopas, stebintis bangų diapazoną, kuriame dulkės švyti ryškiai. Japonija planuoja panašų į „Herschelį“ infraraudonųjų spindulių teleskopą SPICA paleisti 2018 metais ir tais pačiais metais turėtų būti paleistas Jameso Webbo kosminis teleskopas, ilgai atidėliotas, optimizuotas infraraudonųjų spindulių registravimui, NASA'os Hubble'o teleskopo įpėdinis.
Šie instrumentai turėtų gebėti tyrinėti senesnių supernovų ir tolimesnių galaktikų liekanų dulkes ir galbūt galiausiai išsklaidyti besikaupiančias mus sudarančios medžiagos paslaptis. Saulės spinduliui apšvietus besisukantį dulkių debesėlį mano biure, gera žinoti, kad tai yra problema, ant kurios dulkės nenusės.
Stuart CLARK, „New Scientist“ № 2876
Parengė Vytautas POVILAITIS
