Blog

Kosmosas kartais sugeba nustebinti net patyrusius stebėtojus. Dešimtmečius žvaigždė ASASSN-24fw, esanti maždaug už 3200 šviesmečių nuo Žemės, neatrodė išskirtinė: ji maždaug dukart masyvesnė už Saulę ir ilgą laiką buvo laikoma visiškai įprasta. Tačiau 2024 metų pabaigoje situacija staiga pasikeitė – žvaigždės šviesa beveik visiškai užgeso, o tai astronomams sukėlė didžiulę nuostabą.

Įprastai užtemimai trunka nuo kelių dienų iki kelių savaičių, o šiuo atveju tamsa užsitęsė neįprastai ilgai. Žvaigždės šviesis sumažėjo apie 97 proc. ir toks išliko beveik 200 dienų – tai vienas ilgiausių tokio tipo pritemimų, kada nors užfiksuotų astronomijoje. Būtent šis neįprastas trukmės rekordas tapo mįsle, kurią mokslininkai ėmėsi spręsti.

Žiedai didesni nei Merkurijaus orbita: modeliavimas atskleidė milžinišką sistemą

Tarptautinė tyrėjų komanda, vadovaujama dr. Sarangos Shah iš Indijoje veikiančio IUCAA, parengė detalius modelius, siekdama paaiškinti šią anomaliją. Remiantis jų išvadomis, labiausiai tikėtina pritemimo priežastis – masyvus palydovas: rudoji nykštukė arba vadinamasis super-Jupiteris, kurį supa milžiniška žiedų sistema. Manoma, kad būtent šis medžiagos diskas, slinkdamas priešais žvaigždę, ir uždengė jos šviesą tokiai ilgam laikui.

Struktūros mastas įspūdingas. Žiedų sistema, pagal skaičiavimus, tęsiasi maždaug 0,17 astronominio vieneto nuo centrinio kūno – tai apytikriai prilygsta maždaug pusei atstumo nuo Saulės iki Merkurijaus orbitos. Pats centrinis objektas taip pat masyvus: jo masė viršija tris Jupiterio mases, todėl jis atsiduria neaiškioje zonoje tarp didelės planetos ir „nepavykusios“ žvaigždės.

Tyrėjai pažymi, kad pritemimo eiga buvo nepaprastai „tvarkinga“. Iš pradžių retesnės, išorinės žiedų dalys sukėlė tik nedidelį šviesio sumažėjimą, o vėliau, kai priešais žvaigždę perėjo tankesnės zonos, šviesa buvo beveik visiškai užblokuota. Tokiam scenarijui reikėjo itin palankių geometrinių sąlygų – tiek pačioje sistemoje, tiek mūsų stebėjimo perspektyvoje iš Žemės.

Rudosios nykštukės ir jų paslaptingi žiedai: objektai tarp planetų ir žvaigždžių

Rudosios nykštukės – tai tarpiniai kosminiai kūnai: jos per masyvios, kad būtų laikomos planetomis, bet per lengvos, kad jų gelmėse įsipliekstų termobranduolinės reakcijos, būdingos tikrosioms žvaigždėms. Dėl to jos yra palyginti vėsios ir sunkiau tiriamos tiesioginiais metodais.

Plati žiedų sistema aplink tokius objektus iki šiol dažniau buvo teorinė prielaida nei patvirtintas faktas. Todėl ASASSN-24fw atvejis laikomas itin vertingu – jis suteikia retą galimybę pažvelgti į medžiagos ir galimų planetinių struktūrų formavimosi procesus už Saulės sistemos ribų, nors ir remiantis netiesioginiais stebėjimais bei modeliavimu.

Papildomos staigmenos: raudonoji nykštukė ir aplinkinė medžiaga

Tolesnė duomenų analizė atnešė ir daugiau netikėtumų. Paaiškėjo, kad ASASSN-24fw yra panirusi į vadinamąją aplinkžvaigždinę terpę – dulkių ir nuolaužų aplinką, kuri, tikėtina, susiformavo po senų, smarkių planetinių kūnų susidūrimų. Tyrėjams ypač įdomu tai, kad ši medžiaga yra neįprastai arti pačios žvaigždės, nors sistema, sprendžiant iš požymių, gali būti senesnė nei milijardas metų.

Be to, komanda, vadovaujama dr. Jonathano Marshallo iš Taivane veikiančios „Academia Sinica“, analizuodama pritemimo duomenis netikėtai aptiko netoliese esančią raudonąją nykštukę. Toks derinys – rudoji nykštukė su žiedais ir dar viena žvaigždė kaimynystėje – santykinai senoje sistemoje yra retas ir verčia iš naujo peržiūrėti galimus jos raidos scenarijus.

Kas toliau: planuojami stebėjimai ir ateities galimybės

Kitas astronomų žingsnis – kuo tiksliau apibūdinti pačią žvaigždę ASASSN-24fw: nustatyti jos temperatūrą, evoliucinę stadiją, cheminę sudėtį ir amžių. Šie duomenys yra būtini norint suprasti, kokiomis sąlygomis galėjo susiformuoti tokia neįprasta žiedų sistema.

Tam bus pasitelkti pažangūs prietaisai, įskaitant Europos Pietų observatorijos Čilėje valdomą Labai didį teleskopą (VLT) ir kosminį Jameso Webbo teleskopą (JWST). Jų stebėjimai gali leisti patikrinti dabartinius modelius ir tiksliau susieti šį atvejį su bendresnėmis planetų formavimosi teorijomis.

Ypač intriguoja ilgalaikė prognozė: remdamiesi turimais duomenimis, mokslininkai mano, kad kitas gilus ASASSN-24fw užtemimas turėtų įvykti maždaug po 42–43 metų. Tai reikštų retą galimybę ateityje pakartoti stebėjimus jau su dar pažangesnėmis technologijomis ir gauti tikslesnius atsakymus apie šio reiškinio prigimtį.

Milžiniškų žiedų aptikimas aplink rudąją nykštukę dar kartą primena, kiek daug įvairovės slypi planetinėse ir protoplanetinėse struktūrose Visatoje. Nors dabartinis paaiškinimas remiasi modeliavimu ir jam dar reikės papildomų patvirtinimų, šis atvejis akivaizdžiai praplečia mūsų supratimą apie tai, kaip gali atrodyti ir vystytis kitos žvaigždžių sistemos.

Liublino Sławinek rajone, prieš pradedant statybų projektą, archeologai aptiko įspūdingo masto senovinę laidojimo konstrukciją. Pirminiais vertinimais, tai gali būti vienas seniausių ir didžiausių megalitinių objektų Lenkijoje, todėl tyrėjai jį jau praminė „lenkiška piramide“.

Kapavietė gali būti net 6 tūkst. metų senumo

Naujai aptiktas objektas datuojamas neolito laikotarpiu ir, kaip manoma, gali būti 5–6 tūkst. metų senumo. Tai reikštų, kad jis pastatytas dar iki garsiausių Egipto piramidžių, o ši aplinkybė kapavietę daro itin reikšmingą šios Europos dalies monumentaliosios architektūros istorijai.

Konstrukcija yra maždaug 42 metrų ilgio ir daugiau nei 5 metrų pločio. Archeologai pabrėžia, kad jos mastą geriausiai iliustruoja palyginimas: tokioje erdvėje, jų vertinimu, tilptų du šarnyriniai autobusai, sustatyti vienas paskui kitą.

Tyrėjų teigimu, tokio dydžio statinys greičiausiai buvo skirtas vienam, ypač svarbiam asmeniui – galimam bendruomenės vadui arba šamanui. Pats faktas, kad akmens amžiuje pavyko pastatyti tokį didžiulį objektą, rodo aukštą tuometės visuomenės organizuotumą: reikėjo sutelkti daug žmonių, gabenti didelius medžiagų kiekius, nors metalinių įrankių dar nebuvo.

Skyrėsi nuo šiaurės Lenkijos megalitų

Įdomu tai, kad Liublino apylinkėse aptikta konstrukcija skiriasi nuo megalitų, būdingų kitiems Lenkijos regionams. Šiaurinėje šalies dalyje panašūs kapai dažniausiai buvo kraunami iš didelių riedulių. Tuo metu Liublino krašte, pasak archeologų, labiau dominavo medinės konstrukcijos: į žemę kalti poliai sudarydavo karkasą, o viršus būdavo užpilamas žemių sampilu.

Mediena iki šių dienų neišliko, tačiau tyrėjai aptiko būdingus stulpų pėdsakus ir palisadų griovius. Šie ženklai leido atkurti, kaip objektas galėjo atrodyti pradžioje.

Galėjo būti simbolinis kapas

Radinis siejamas su neolito piltuvėlinių taurių kultūra, gyvavusia šiame regione nuo IV iki III tūkstantmečio pr. Kr. Šios kultūros atstovai statė įspūdingus kapų kompleksus, neretai siekusius ir daugiau nei 100 metrų. Tokie statiniai turėjo ne tik laidojimo, bet ir simbolinę – atminties bei kulto – reikšmę.

Vis dėlto pačiame naujai aptiktos konstrukcijos viduje kol kas nerasta aiškių laidojimo pėdsakų. Dėl to mokslininkai svarsto, kad tai galėtų būti cenotafas – simbolinis kapas, pastatytas mirusiajam pagerbti, tačiau be palaikų.

Tyrimų metu taip pat aptikta keramikos fragmentų ir titnago įrankių. Dalis radinių, kaip nurodoma, pagaminti iš žaliavų, atkeliavusių iš tolimesnių vietovių, o tai liudija apie plačius to meto bendruomenių prekybinius ir kultūrinius ryšius.

Vieta gali slėpti daugiau radinių

Sławinek vietovė archeologams nėra naujiena. Netoli Botanikos sodo anksčiau jau buvo aptikta keli panašūs objektai, todėl manoma, kad čia galėjo būti didesnis megalitinis kapinynas. Naujausias radinys gali būti dar viena šio komplekso dalis, o tyrėjai neatmeta, kad po žeme gali slėptis ir daugiau, dar neatrastų struktūrų.

Šaltinis: „Lubelski Wojewódzki Konserwator Zabytków“

Viduržemio jūra ilgą laiką buvo laikoma palyginti saugia cunamių atžvilgiu, tačiau naujausi tyrimai šį įsitikinimą iš esmės keičia. Mokslininkų teigimu, daugėja įrodymų, kad regionas susiduria su realia ir, kaip pabrėžia tyrėjai, neišvengiama grėsme, galinčia paliesti milijonus žmonių, gyvenančių pietų Europos pakrantėse.

Viduržemio jūra – ne tokia rami, kaip gali pasirodyti

Analizėse, kurias cituoja mokslininkai ir tokios institucijos kaip „UNESCO“, teigiama, kad per artimiausius 30 metų Viduržemio jūros baseine praktiškai yra 100 proc. tikimybė sulaukti bent vieno metro aukščio cunamio. Toks vertinimas keičia požiūrį į riziką: klausimas nebe ar tai įvyks, o kada.

Problema ta, kad visuomenės sąmonėje cunamiai dažniausiai siejami su Ramiojo vandenyno ar Indijos vandenyno regionais. Tačiau Viduržemio jūra yra antra pasaulyje pagal istoriškai užfiksuotų cunamių skaičių. Praeityje šiame regione ne kartą formavosi stiprios bangos, smogusios Europos, Šiaurės Afrikos ir Artimųjų Rytų pakrantėms, nors jos dažnai buvo mažiau dramatiškos nei katastrofos, žinomos iš Japonijos ar Indonezijos.

Viena iš labiausiai pažeidžiamų vietovių laikoma pietų Prancūzija, įskaitant Nicą. Būtent ten mokslininkai ragina parengti detalius evakuacijos planus. Tai lemia ne tik didelis gyventojų tankis, bet ir galimų grėsmių pobūdis: jei cunamį sukeltų vietiniai šaltiniai, pavyzdžiui, povandeninės nuošliaužos ar žemės drebėjimai Ligūrijos jūros regione, pirmosios bangos krantą galėtų pasiekti greičiau nei per 10 minučių. Toks laiko tarpas yra kritiškai trumpas, todėl be išankstinio pasirengimo ir pratybų veiksminga reakcija būtų beveik neįmanoma.

Kur grėsmė didžiausia?

Bangos, kurios susidaro toliau, pavyzdžiui, prie Šiaurės Afrikos pakrančių, Europą galėtų pasiekti per maždaug 60–90 minučių. Nors tai suteiktų daugiau laiko, vis tiek reikėtų veikiančios perspėjimo sistemos ir gerai suplanuotos evakuacijos. Praktikoje tai reiškia signalizacijos infrastruktūrą, aiškiai pažymėtus pasitraukimo maršrutus bei nuoseklų gyventojų ir turistų švietimą.

Tyrėjai pabrėžia, kad grėsmė nėra vien teorinė. Regiono istorijoje užfiksuota dešimtys tokių įvykių, o kai kurie jų sukėlė reikšmingų nuostolių. Pavyzdžiui, XX amžiuje Prancūzijos Rivjeroje bangos kai kur siekė kelis metrus, buvo žuvusiųjų ir patirta materialinių nuostolių.

Kokie galimi cunamių šaltiniai Viduržemio jūroje? Jie įvairūs: tai gali būti tiek stiprūs žemės drebėjimai, tiek povandeninės nuošliaužos ar vulkaninė veikla. Šis regionas yra tektoninių plokščių sandūroje, todėl pasižymi didesniu geologiniu aktyvumu. Be to, kai kurios grėsmės, tokios kaip povandeninės nuošliaužos, yra sunkiai prognozuojamos ir gali sukelti bangas beveik iš karto po įvykio.

Dėl šios priežasties ekspertai vis dažniau kalba apie būtinybę keisti požiūrį į pakrančių saugumą. Daugelyje Europos pajūrio miestų cunamiai vis dar nelaikomi realia grėsme, o perspėjimo sistemos ir evakuacijos procedūros yra nepakankamos arba jų apskritai nėra. Analizių autoriai pabrėžia, kad veiksmingiausias būdas sumažinti aukų skaičių yra išankstinis pasirengimas ir greita reakcija. Nicos pavyzdys rodo, jog tokie veiksmai jau pradedami: miestas rengia evakuacijos planus, nustato saugias zonas ir vykdo gyventojų švietimą. Vis dėlto tai – tik pradžia.

Šaltinis: „The Conversation“

Pulsarai jau seniai laikomi vienais tvarkingiausių Visatos keistuolių. Tai mirusių žvaigždžių liekanos, suspaustos iki miesto dydžio, besisukančios beprotišku greičiu ir siunčiančios spinduliuotės pluoštus tarsi kosminiai švyturiai. Ilgą laiką atrodė, kad jų radijo „balsas“ gerai suprastas: signalas susidaro netoli paviršiaus, virš magnetinių polių, o visa kita priklauso nuo geometrijos ir stebėjimo kampo.

Nauja greitai besisukančių pulsarų analizė rodo, kad šis vaizdas buvo pernelyg supaprastintas. Tyrėjai peržvelgė milisekundinių pulsarų populiaciją ir padarė išvadą, kad daugelis jų radijo bangas skleidžia ne tik iš „klasikinės“ srities virš polių, bet ir iš zonos, esančios netoli vadinamojo šviesos cilindro ribos ar net už jos – srovės sluoksnyje, siejamame su gama spinduliuote. Būtent ši antroji signalo dalis, anot mokslininkų, galėtų paaiškinti keistus, tarpusavyje aiškiai atskirtus elementus, matomus dalies objektų radijo profiliuose.

Tai nėra menka teorijos korekcija. Jei toks aiškinimas pasitvirtins, teks iš naujo permąstyti, iš kur iš tikrųjų kyla radijo emisija greičiausiai besisukančiose neutroninėse žvaigždėse. Tai svarbu ne tik pulsarų fiziką tyrinėjantiems specialistams, bet ir projektams, kurie pulsarus naudoja kaip kosminius laikrodžius, pavyzdžiui, itin žemo dažnio gravitacinių bangų paieškoms.

Radijo signalas ne visada gimsta ten, kur manyta

Pagal klasikinį modelį pulsaro radijo emisija atsiranda palyginti žemai magnetosferoje – virš vadinamojo poliarinio dangtelio, t. y. srities aplink magnetinius polius. Toks aiškinimas buvo patogus, nes gerai aprašė nemažą dalį stebėjimų. Problemos prasidėdavo tada, kai kai kurių milisekundinių pulsarų profiliai atrodydavo pernelyg neįprastai: juose būdavo ryškiai atskirti komponentai, tarsi signalas ateitų iš dviejų skirtingų „siųstuvų“.

Naujo darbo autoriai teigia, kad tokie „atskirti“ profiliai pasitaiko netikėtai dažnai. Jų analizėje apie 39 proc. milisekundinių pulsarų turi atskirtus radijo komponentus, kai tuo tarpu lėčiau besisukančių pulsarų populiacijoje toks išsidėstymas aptinkamas tik maždaug 3 proc. objektų. Tai nebeatrodo kaip egzotiška išimtis – greičiau kaip ženklas, kad greitieji pulsarai „žaidžia“ pagal sudėtingesnes taisykles nei jų lėtesni giminaičiai.

Stipriausia užuomina veda į emisiją iš šviesos cilindro apylinkių – tai sąlyginė riba, kurioje magnetinis laukas, kad suktųsi kartu su žvaigžde, turėtų judėti šviesos greičiu. Už šios ribos paprastas vaizdas suyra, o magnetosfera tampa gerokai dinamiškesnė ir chaotiškesnė. Būtent ten, kaip manoma, gali gimti dalis radijo signalo, sutampanti su gama emisijos zona. Paprasčiau tariant, pulsaras transliuoja ne vien „iš švyturio“ prie žvaigždės, bet ir iš labai tolimos, audringos srities jo magnetosferos pakraštyje.

Dvi emisijos zonos vietoj vienos

Tyrėjai siūlo dvigubos kilmės modelį. Pirmasis komponentas – seniai žinomas: radijo emisija iš nedidelių aukščių virš magnetinių polių. Antrasis, pasak jų, kyla iš srovės sluoksnio netoli šviesos cilindro – ten, kur seniai buvo lokalizuojama gama spinduliuotė. Šis tolimas komponentas galėtų paaiškinti, kodėl dalis radijo impulsų faziškai išsidėsto panašiai kaip gama signalas, o dalis – ne.

Analizuotoje imtyje bent 61 iš 81 milisekundinio pulsaro, kuris aptinkamas ir gama ruože, rodo požymių, kad turi radijo emisiją, susijusią su šviesos cilindro sritimi. Autoriai netgi teigia, kad beveik visi tokio tipo gama pulsarai galėtų turėti šį komponentą – tiesiog ne visada jis pakankamai ryškus arba palankiai orientuotas mūsų regėjimo linijos atžvilgiu.

Tokie rezultatai keičia įprastą pulsaro vaizdinį, kuris ilgą laiką priminė preciziškai sureguliuotą švyturį. Vis labiau tinka modelis, kuriame objektas transliuoja vienu metu ir iš „centro“, ir iš labai tolimo, audringo savo magnetosferos pakraščio. Vienas „balsas“ gimsta arčiau žvaigždės, kitas – beveik ties riba, kur tvarka pereina į elektromagnetinį chaosą. Iš šio derinio ir susidaro signalas, kurį Žemėje bandome išskaidyti ir suprasti.

Kuo milisekundiniai pulsarai skiriasi nuo lėtesnių?

Milisekundiniai pulsarai yra ypatingi. Tai senos neutroninės žvaigždės, „įsuktos“ medžiaga, kurią jos perima iš palydovinės žvaigždės, todėl gali suktis šimtus kartų per sekundę. Jų šviesos cilindras yra gerokai arčiau žvaigždės nei lėtesnių pulsarų atveju, o visa magnetosfera labiau „suspausta“. Dėl to emisijos sritys, kurios kituose objektuose būtų tolimos ir sunkiai pastebimos, čia gali tapti daug ryškesnės.

Tyrimas taip pat rodo, kad su šviesos cilindru siejami komponentai dažnai pasižymi labai plokščia poliarizacijos kampo eiga. Ilgą laiką tai buvo viena labiausiai gluminančių detalių, trukdžiusių interpretuoti šių objektų geometriją. Jei dalis signalo iš tiesų gimsta toli nuo paviršiaus, daugelis ankstesnių sunkumų nustoja atrodyti kaip atsitiktinių anomalijų rinkinys ir ima dėliotis į nuoseklų paaiškinimą.

Yra ir dar vienas įdomus niuansas: autoriai teigia, kad šviesos cilindro komponentai vidutiniškai gali būti silpnesni už tuos, kurie sklinda iš polių zonos, tačiau kartu pasižymėti platesniu geometriniu „pasiekiamumu“. Tai reikštų, kad danguje gali būti daugiau radijo ruože aptinkamų milisekundinių pulsarų, nei manyta iki šiol – ne todėl, kad jie staiga šviečia ryškiau, o todėl, kad viena jų emisijos zona turi didesnę tikimybę „kirsti“ mūsų regėjimo liniją.

Šaltiniai: „Universe Today“; „Oxford Academy“.

Kvantinė mechanika jau daugelį metų erzina sveiką protą: ji teigia, kad dalelė gali elgtis kaip banga, kad du objektai gali išlikti susieti net būdami dideliu atstumu ir kad gamta mūsų intuicijos leidimo neprašo. Šį kartą fizikai pademonstravo dar vieną kasdienę logiką išbandantį reiškinį: jie stebėjo atomų poras būsenoje, kurioje jų judėjimas buvo kvantiškai susietas, o patys atomai elgėsi taip, tarsi vienu metu galėtų būti dviejose vietose.

Šviesa jau seniai yra mėgstamiausias eksperimentų apie nelokalumą ir susietumą objektas, tačiau fotonai šiuo požiūriu yra „patogūs“: jie neturi rimties masės, juos lengviau valdyti optinėmis sistemomis. Atomai yra masyvūs, juos veikia gravitacija, todėl panašų efektą pademonstruoti būtent su jais turi kitokį svorį – tiesiogine ir perkeltine prasme.

Dėl to naujasis rezultatas sulaukė didelio dėmesio. Tyrėjai pridėjo ypač svarbų eksperimentinį „dėlionės gabalą“ prie vaizdo, kurį teorija numatė seniai, bet masyvioms dalelėms praktiškai įrodyti buvo nepaprastai sudėtinga. Fizikoje dažnai nutinka taip, kad tai, kas lygtimis aprašyta dešimtmečius, vis dar laukia savo momento laboratorijoje. Šį kartą toks momentas, panašu, atėjo.

Ne apie paprastą „buvimą dviejose vietose“

Lengviausia šią temą suvesti į skambią frazę, kad atomas „yra dviejose vietose vienu metu“. Tai patrauklu, tačiau per daug supaprastina tai, kas iš tiesų buvo pademonstruota. Eksperimento esmė – susietumas judėjime, tiksliau, atomų impulse. Mokslininkai atliko Belo koreliacijų matavimą helio-4 atomų poroms, kurios buvo susietos būtent impulso atžvilgiu.

Dauguma ankstesnių nelokalumo demonstracijų buvo susijusios su dalelių vidinėmis būsenomis, pavyzdžiui, fotonų poliarizacija ar atomų sukinio (spino) būsena, o ne su tuo, kaip dalelės juda erdvėje. Šiuo atveju kalbama ne apie „bendrą paslaptį“ dalelių viduje, o apie kvantinį ryšį, susiejantį patį jų judėjimo būdą.

Kai tokios koreliacijos pažeidžia Belo nelygybes, klasikinis realybės vaizdas tampa per ankštas: rezultato nebeįmanoma paaiškinti paprastu lokalių, „paslėptų“ savybių rinkiniu. Todėl eksperimentas laikomas svarbiu – jis perkelia nelokalumo tyrimus į sritį, kur nelokalumo nešėju tampa masyvių dalelių judėjimas.

Helis pasirodė idealus „aktorius“ itin sudėtingam vaidmeniui

Eksperimentas atliktas su itin šaltais metastabilaus helio-4 atomais. Toks pasirinkimas nebuvo atsitiktinis: metastabilus helis leidžia labai tiksliai registruoti pavienius atomus ir jų impulsus po susidūrimų. Dėl to komanda galėjo sekti dalelių poras ir tikrinti, ar jų elgesys iš tiesų turi susietumo „parašą“, o ne tėra paprastas statistinis sutapimas.

Sunkumas tas, kad dirbant su masyviomis dalelėmis viskas tampa sudėtingiau nei su šviesa. Atomus reikia atšaldyti, paruošti, sukelti tinkamus susidūrimus, o vėliau iš duomenų ištraukti itin subtilias koreliacijas. Tai primena skirtumą tarp šviesos spindulio nukreipimo per veidrodžių sistemą ir bandymo tą pačią choreografiją atlikti su materijos „grūdeliais“, kurie turi inerciją ir neatleidžia eksperimentinių netikslumų.

Ankstesni bandymai ne visada duodavo vienareikšmius rezultatus. Nors teorinės prielaidos žinomos seniai, realių atomų judėjime tokį efektą ilgą laiką buvo sunku patikimai pademonstruoti. Šį slenkstį tyrėjams pavyko įveikti ir kartu sukurti pagrindą tolesniems bandymams.

Kodėl fizikai taip siekia susieti būtent atomus?

Ilgą laiką garsiausi kvantiniai eksperimentai rėmėsi fotonais, nes šviesa yra patogus tokių efektų nešėjas: ją lengva nukreipti, atskirti, išmatuoti, o fotonai puikiai tinka susietumui ir Belo nelygybių pažeidimams tikrinti. Tačiau šviesa neatspindi viso fizikinio pasaulio: ji neturi rimties masės, o gravitaciją „jaučia“ ne taip, kaip įprasta materija.

Todėl eksperimentai su atomais turi kitą prasmę: kai panašūs reiškiniai parodomi masyviose dalelėse, atsiveria įdomesnė erdvė naujiems testams. Tai jau pasakojimas ne vien apie subtilų šviesos elgesį, bet apie tai, kiek kvantinės gali būti medžiagos dalelės, iš kurių sudaryti mums įprasti objektai. Kuo labiau mokslininkai stumia šią ribą, tuo aštresnis tampa klausimas, kur baigiasi kvantinis pasaulis ir prasideda kasdienė tikrovė.

Tai taip pat reikšmingas žingsnis tyrimuose, siekiančiuose geriau suprasti mechanikos kvantų ir gravitacijos ryšį. Viena didžiausių šiuolaikinės fizikos problemų – šių dviejų teorinių „tvarkų“ suderinimas į vieną nuoseklų vaizdą. Susieti atomai šios užduoties neišsprendžia akimirksniu, tačiau suteikia naujo tipo eksperimentinę aikštelę, kurioje drąsias idėjas galima tikrinti praktiškai.

2009 metais Islandijos Krafloje įvyko tai, ko geologai ir inžinieriai paprastai bet kokia kaina stengiasi išvengti – dėl milžiniškos rizikos. Vykdant geoterminį gręžinį pagal projektą „IDDP-1“, grąžtas, užuot pasiekęs itin įkaitusius hidroterminius skysčius, netikėtai pataikė į magmą. Ir ne kažkur giliai po kelių kilometrų uolienų sluoksniais, o maždaug kiek daugiau nei 2 kilometrų gylyje. Manoma, kad magmos temperatūra siekė apie 900 laipsnių.

Šaltų gręžimo skysčių kontaktas su įkaitusiu lydalu akimirksniu dalį magmos pavertė stikliška medžiaga. Iškeltos nuotrupos atrodė kaip niekuo neišsiskiriantys vulkaninio stiklo „traškučiai“, tačiau iš tiesų jos buvo gerokai vertingesnės – beveik tiesioginis aktyvios magminės sistemos mėginys iš Žemės plutos.

Įdomiausia tai, kad istorija nesibaigė avariniu pasitraukimu. Komanda gręžinio neatsisakė kaip nesėkmės, o bandė suprasti, ką iš tiesų „atvėrė“. Iš šio neplanuoto susidūrimo su magma vėliau gimė vienas karščiausių geoterminių gręžinių, kokie kada nors buvo bandomi. Bandymų metu gręžinys tiekė perkaitintą garą, kurio temperatūra siekė apie 452 laipsnius, esant labai aukštam slėgiui – tuo metu tai buvo karščiausias veikiantis geoterminis gręžinys.

Kas iš tiesų nutinka, kai grąžtas pataiko į magmą?

Intuityviai gali atrodyti, kad toks įvykis turėtų baigtis „holivudine“ scena – sprogimu, ugnies fontanu ir projekto pabaiga. Tačiau realybė pasirodė sudėtingesnė ir dėl to dar įdomesnė. Krafloje magma nešovė į viršų kaip lava iš prakiurusio indo. Vietoj to įvyko staigus itin karšto lydalo kontaktas su gręžimo skysčiu: dalis medžiagos greitai atvėso ir virto vulkaniniu stiklu.

Tuo pat metu gręžinys pateko į ypač pavojingą zoną, kur susiduria ekstremalios temperatūros, agresyvi cheminė aplinka ir didžiulė apkrova visai infrastruktūrai. Svarbu suprasti skirtumą: pats „prisilietimas“ prie magmos nebūtinai reiškia neišvengiamą išsiveržimą, tačiau jis atveria sistemą, kuri jau nebėra įprastas geoterminis gręžinys.

Tai tampa darbu su nestabilia medžiaga, kuri išskiria dujas, keičia klampumą, o chemiškai gali būti itin arši vamzdžiams, cementui ir paviršiaus įrangai. „IDDP-1“ atveju garuose buvo komponentų, kurie skatino įrangos koroziją ir eroziją.

Būtent todėl šis incidentas tapo toks vertingas moksliškai. Dažniausiai magmą tyrinėjame netiesiogiai: analizuodami jau sustingusias uolienas, stebėdami išsiveržimus, seismiką ar grunto deformacijas. Čia mokslininkai gavo retą galimybę pažvelgti į magmą, esančią Žemės plutoje palyginti nedideliame gylyje. Tai tarsi skirtumas tarp pelenų apžiūros po gaisro ir žvilgsnio į židinį, kai ugnis dar rusena.

Naujausias posūkis: vulkaninis stiklas nepasako visos tiesos

Naujesnės šių stiklinių nuotrupų analizės atskleidė, kad net tokia išskirtinė „mėginio“ forma gali klaidinti. Tyrėjai nustatė, jog stiklas, susidaręs pataikius į magmą, neišsaugojo tikslaus tuometinių sąlygų „atspaudo“ po žeme. Problema ta, kad magma spėjo sureaguoti į patį gręžimą dar prieš visiškai sustingdama.

Vėsimo metu iš magmos pradėjo šalintis dujos, o tai iškraipė pradinę cheminę informaciją. Iš pirmo žvilgsnio vulkaninis stiklas turėtų būti idealus archyvas, nes greitas atšalimas tarsi „užfiksuoja“ būseną. Tačiau paaiškėjo, kad tarp momento, kai magma buvo pažeista, ir jos pilno virtimo stiklu praeina pakankamai laiko svarbiems pokyčiams įvykti. Manoma, kad dujų pasišalinimas galėjo tęstis kelias minutes, kol medžiaga galutinai tapo stikliška.

Tai reiškia, kad tokius mėginius reikia „skaityti“ kitaip: ne kaip idealią nuotrauką iš ugnikalnio vidaus, o veikiau kaip svarbiausiu momentu šiek tiek sulietą kadrą. Informacijos jame vis tiek daug, tik būtina atskirti tai, kas yra natūrali magmos būsena, nuo žmogaus intervencijos sukelto efekto. Šiuo požiūriu gręžinys ne tik „pažvelgė“ į magmą – jis pats tapo istorijos dalimi, kurią vėliau bandyta atkurti.

Ateities energija ar žaidimas su ugnimi po Žemės pluta?

Islandijos atvejis kursto ne vien geologų smalsumą. Jau seniai žinoma, kad itin karšti skysčiai ir garai netoli magmos galėtų suteikti gerokai daugiau energijos nei įprasti geoterminiai gręžiniai. Tokie projektai kaip „IDDP“ modeliuoja, kad energijos gamyba iš superkarštų sistemų galėtų būti kelis kartus didesnė nei iš konvencinių geoterminių išteklių.

Tačiau kuo arčiau magmos, tuo labiau kyla ne tik temperatūros, bet ir techninė bei geologinė rizika. Tenka susidurti su agresyvia chemija, uolienų deformacijomis, aušinimo skysčių praradimu, korozija ir klausimu, kaip pati sistema reaguoja į gręžimą. Vėlesni Krafloje atlikti darbai rodė, kad intervencija magmos zonoje gali sukelti terminį uolienų skilinėjimą ir keisti vietinę hidroterminę sistemą.

Dėl to Krafla šiandien yra daugiau nei geologinė istorija. Ji tapo bandymų poligonu, kuriame sprendžiama, ar įmanoma kada nors saugiai ir prasmingai panaudoti šilumą iš pačios magmos kaimynystės. Aplink Krafla Magma Testbed vykdomi projektai rodo, kad šis įvykis jau nebevertinamas kaip vienkartinis incidentas – greičiau kaip naujos, itin drąsios geotermijos krypties pradžia.

Kalmarai ir sepijos šiandien atrodo tarsi puikiai prisitaikę prie šiuolaikinio vandenyno: greiti, gudrūs, gebantys akimirksniu keisti išvaizdą. Žvelgiant į jų spalvas ir odos raštus, sunku atsikratyti įspūdžio, kad evoliucija čia leido sau daugiau kūrybinės laisvės. Vis dėlto nauji duomenys rodo, jog jų kelias į sėkmę nebuvo nuolatinis veržlus žygis pirmyn. Priešingai – ilgą laiką jų istorija buvo tyli, gili ir atsargi.

Nauja genomų analizė leidžia manyti, kad šiuolaikinių aštuonkojų giminaičių grupės, kuriai priskiriami ir kalmarai bei sepijos, protėviai atsirado maždaug prieš 100 mln. metų giliavandeniuose vandenyse. Tuomet dar neįvyko staigus formų ir rūšių „sprogimas“: pagrindinės evoliucinės linijos jau egzistavo, tačiau ryškesnis jų įvairėjimas, panašu, pagreitėjo tik po didžiojo išnykimo kreidos ir paleogeno sandūroje, prieš maždaug 66 mln. metų.

Tyrimo autoriai šį modelį apibūdina kaip „ilgo dagčio“ scenarijų: uždegimas įvyko anksti, bet tikrasis biologinės įvairovės „sprogimas“ atėjo gerokai vėliau. Tai keičia įprastą pasakojimą apie evoliuciją, kur dažnai įsivaizduojame, kad sėkmė ateina iš karto – vos atsiradusi nauja forma greitai užkariauja pasaulį. Šiuo atveju pirmiausia buvo išlikimas, po to ilgas laukimas, o tik vėliau – ryškus iškilimas.

Giliavandenis vandenynas buvo ne pakraštys, o prieglobstis

Esminė šios istorijos dalis – vieta, kur viskas prasidėjo. Vis daugiau požymių rodo, kad ankstyvoji šių gyvūnų evoliucija vyko ne prie krantų ir ne seklumose, o vandenyno gelmėse. Populiarioje vaizduotėje gelmės dažnai atrodo kaip biologinis pasaulio kraštas: tamsa, didžiulis slėgis ir menkas maisto kiekis. Tačiau kai kurioms gyvybės linijoms tokia aplinka gali būti ne dykynė, o saugus bunkeris.

Pagal siūlomą scenarijų būtent giliavandenės buveinės galėjo suteikti kalmarų ir sepių protėviams pranašumą globalios krizės metu kreidos pabaigoje. Seklios jūros tuo laikotarpiu tapo ypač nedraugiškos: vandenynų rūgštėjimas ir staigūs aplinkos pokyčiai smarkiai smogė pakrančių ekosistemoms. Tuo tarpu gelmėse galėjo išlikti stabilesnės, geriau deguonimi aprūpintos „salos“, veikiančios kaip prieglobstis.

Paradoksalu, bet atšiauria laikoma vieta galėjo būti saugesnė nei, atrodytų, „svetingesnės“ pakrančių zonos. Kai planetos paviršius patyrė biologinį sukrėtimą, vandenyno gelmės galėjo tapti tykia laukimo erdve toms linijoms, kurios vėliau pasinaudojo atsivėrusiomis galimybėmis.

Vidinė kriauklė – dar vienas svarbus pėdsakas

Dar vienas įdomus tyrimo aspektas – vidinės kriauklės reikšmė. Šiuolaikinių sepių vidinė kriauklė vadinama sepiostanu, daugeliui kalmarų ji primena ploną „gladijų“, o kai kurioms rūšims įgauna dar keistesnes formas. Kai kur ji būna gerokai sumažėjusi arba beveik išnykusi. Nepaisant šios įvairovės, pats vidinės kriauklės išlikimas yra svarbi evoliucinė užuomina.

Jeigu vėlyvojoje kreidoje seklūs, labiau rūgštūs vandenys iš tiesų buvo ypač nepalankūs kalkinėms struktūroms, tai skirtingų vidinės kriauklės formų išlaikymas gali paremti prielaidą apie gilesnę, labiau apsaugotą šių gyvūnų kilmę. Tai nėra vien anatomijos smulkmena – greičiau subtilus aplinkos „parašas“, rodantis, kur tam tikra linija turėjo daugiau šansų išlikti.

Po masinio išnykimo kreidos ir paleogeno sandūroje planeta iš karto negrįžo į pusiausvyrą. Ekosistemų atsikūrimas užtruko, tačiau ilgainiui atsirado naujų ekologinių nišų, o rifai ir seklieji vandenys vėl ėmė teikti daugiau galimybių gyvybei. Būtent tuomet daugelis kalmarų ir sepių linijų, tikėtina, pradėjo judėti į seklesnius ir pakrančių vandenis, o kartu prasidėjo spartesnė jų įvairovės raida.

Tai padeda suprasti, kodėl šie gyvūnai šiandien yra tokie įvairūs, nors jų fosilijų įrašas gana skurdus. Pirmiausia įvyko ankstyvas pagrindinių linijų atsiskyrimas, tačiau ilgą laiką tai nedavė ryškaus „spektaklio“, kurį dabar siejame su jų ekologine sėkme. Tik vėliau, kai pakrančių ekosistemos vėl tapo palankios naujiems „gyventojams“, evoliucija smarkiai pagreitėjo.

Genomai padėjo sutvarkyti senas painiavas

Tyrimas svarbus ir dėl kitos priežasties: jis padeda sutvarkyti evoliucinį medį grupės, kuri mokslininkams seniai kėlė problemų. Fosilijų duomenų nedaug, kai kurie sandaros požymiai gali klaidinti, o galvakojų genomai yra dideli ir sudėtingi analizuoti. Vis dėlto plačių genominių duomenų sujungimas su naujai ištirtais kelių svarbių rūšių genomais leido sudaryti nuoseklesnį vaizdą.

Ypač reikšmingos pasirodė rūšys, kurios iki šiol sistematikams buvo tarsi biologinės mįslės. Tarp jų – spirulinis kalmaras, turintis neįprastą spiralės formos vidinę kriauklę. Būtent tokie „keistuoliai“ dažniausiai labiausiai klaidina klasifikaciją, nes atrodo lyg evoliucijos paraštė, parašyta visai kitokiu šriftu nei likęs tekstas.