Vilniaus universiteto astronomų sėkmė
Viena po kitos į kosmosą kylančios observatorijos kelia naujas milžiniškas užduotis ir ant žemės paviršiaus veikiantiems teleskopams. Ypač daug kosminių stebėjimo duomenų siunčia nuo 2013 m. gruodžio skriejanti Europos kosmoso agentūros „Gaia“ observatorija. Šis kosminis teleskopas teikia labai tikslius duomenis apie žvaigždžių padėtis ir judėjimą Galaktikoje. Tačiau šią vertingą informaciją būtina sujungti su antžeminiais teleskopais gaunamais duomenimis apie žvaigždžių pagrindinius atmosferų parametrus, amžių ir detalią cheminę sudėtį. Tik išsami chemodinaminė informacija leis esmingai pasistūmėti tiriant Galaktikos struktūrą, susiformavimą ir evoliuciją.
Didžiausia Europos antžeminių stebėjimų institucija – Europos pietinė observatorija (ESO) dar 2010 m. ėmėsi iniciatyvos sutelkti geriausius Europos astronomus spektriniams Galaktikos žvaigždžių tyrimams, kurie būtini siekiant įgyvendinti „Gaia“ kosminę misiją. Buvo pažadėta skirti 300 naktų stebėjimams su vienu didžiausių pasaulyje 8,2 m teleskopu Paranalo stebėjimų bazėje Čilėje. Su šiuo teleskopu tiek daug stebėjimų laiko dar nebuvo suteikta nė vienam projektui. Iš karto pradėjo formuotis „Gaia-ESO“ spektrinės apžvalgos konsorciumas. Atranka vyko ištisus metus. Astrospektroskopininkų grupėms iš įvairių universitetų ir institutų du kartus buvo pateikti gana dideli skirtingų žvaigždžių spektrų rinkiniai ir prašyta per trumpą laiką juos detaliai ištirti. Visą vasarą plušėję VU TFAI mokslininkai atrankoje pasirodė išskirtinai gerai, tad pateko tarp trylikos atrinktų grupių. Jie taip pat tapo vienintele į „Gaia-ESO“ konsorciumą priimta astrospektroskopininkų grupe iš Rytų Europos.
Šis konsorciumas suvienijo apie 300 astronomų iš 89 mokslinių institucijų ir laimėjo ESO paskelbtą konkursą. Doktorantai ir kiti jauni tyrėjai į konsorciumą gali įsitraukti bet kuriuo metu. Vilniaus grupę šiuo metu sudaro habil. dr. Gražina Tautvaišienė (vadovė), dr. Yuriy Chorniy, dr. Arnas Drazdauskas, dr. Šarūnas Mikolaitis, dr. Edita Stonkutė, dr. Renata Ženovienė, Vilius Bagdonas, Gintaras Barisevičius ir Žydrūnė Misikonytė.
20 mln. vertės stebėjimų duomenys – lietuviams nemokamai
Stebėjimai buvo pradėti 2011 m. gruodžio 31 d. Per 300 naktų stebėti 100 tūkst. pavienių ir spiečiuose esančių Galaktikos žvaigždžių spektrai – jau VU TFAI astronomų kompiuteriuose. Šių duomenų vertė siekia 20 mln. eurų. Kad ištirtų tiek daug žvaigždžių, tyrėjai pasidalijo darbus. Vieni yra atsakingi už žvaigždžių atranką stebėjimams, kiti atlieka stebėjimus Čilėje, dar kiti – pirminį spektrų apdorojimą. Daugiausia mokslininkų aiškinasi ir nustato pagrindinius žvaigždžių atmosferų parametrus ir detalią cheminę sudėtį. Pastaroji užduotis gana sudėtinga, todėl tuos pačius žvaigždžių spektrus tiria iki 13 mokslininkų grupių. Paskui visi rezultatai homogenizuojami. Priklausomai nuo temperatūros ir slėgio žvaigždžių spektrai būna labai skirtingi. Jiems analizuoti reikia atitinkamos patirties. Todėl vienos grupės specializuojasi karščiausių žvaigždžių tyrimuose, kitos tiria vėsesnes žvaigždes. VU mokslininkams labiau patinka tirti panašias į Saulę ir vėsesnes žvaigždes. Ne visos grupės pajėgios ištirti visus reikalingus cheminius elementus. Štai anglies ir azoto gausas, kurios nustatomos iš šių elementų molekulinių junginių, tiria tik VU astronomai.
Į stebėjimų programą buvo atrinktos žvaigždės iš visų Galaktikos komponenčių – jos centrinio telkinio, plonojo ir storojo diskų, taip pat iš sferoido. Tai padės stebėti visas Galaktikos vietas tuo pačiu instrumentu ir vienoda metodika.
Naujausi Vilniaus universiteto astronomų ir jų kolegų atradimai
Eksperimentinis įrodymas, kad Galaktika formavosi iš centro į išorę, yra vienas pagrindinių „Gaia-ESO“ spektrinės apžvalgos mokslinių pasiekimų. Iki 1995 m. vyravo nuomonė, kad Galaktikoje žvaigždės pirmiausia pradėjo formuotis jos sferoide, o diskas ėmė evoliucionuoti tada, kai į jį iš sferoido pateko sunkiaisiais cheminiais elementais praturtinta medžiaga. B. E. J. Pagel ir G. Tautvaišienė (1995, 1997, 1998), atlikę detalius 18 cheminių elementų turtėjimo Paukščių Tako bei Didžiųjų ir Mažųjų Magelano Debesų galaktikose modeliavimus, šią nuomonę paneigė. 2014 m. pagal „Gaia-ESO“ apžvalgos stebėjimų duomenis buvo galutinai patvirtintas Galaktikos formavimosi iš centro į išorę modelis.
Gausėjant stebėjimų bazei buvo paskelbta daug darbų, tiriančių įvairių cheminių elementų gausos kitimo gradientus į visas puses nuo Saulės – Galaktikos centro ir anticentro kryptimis, taip pat statmenai Galaktikos disko plokštumai. Tam panaudotos ir pavienės, ir padrikuosiuose spiečiuose esančios žvaigždės. Žvaigždžių spiečiai ypač naudingi, nes jų atstumai ir žvaigždžių amžius yra nustatomi daug tiksliau nei pavienių žvaigždžių. Tokių žvaigždžių spiečių buvo stebėta beveik 60. Šie tyrimai atskleidė Galaktikos plonojo ir storojo diskų evoliucijos skirtumus ir paaiškino, kaip formavosi Galaktikos diskas.
Galaktikos centrinį telkinį tyrinėti yra gana sunku, nes jį nuo Saulės užstoja disko vijose esančios žvaigždės ir dulkės. Ištyrus 2000 Galaktikos centrinio telkinio žvaigždžių metalingumą ir kinematines savybes, nustatyta, kad metalingos ir nemetalingos žvaigždės skrieja skirtingomis į banano formą panašiomis orbitomis.
Kaip atsiranda ličiu praturtintos žvaigždės? Kol kas dar nėra duomenų, kad į mūsų Saulę būtų nukritusi kokia nors planeta. Esame stebėję, kaip į ją krinta per arti priskriejusios kometos. Tačiau ateityje senstanti ir besiplečianti Saulė pradės glemžtis ir planetas. Išanalizavus tokių žvaigždžių milžinių cheminę sudėtį buvo pasiūlyta hipotezė, kad praturtinimas ličiu gali įvykti tada, kai į žvaigždę nukrinta karštos Jupiterio dydžio planetos. Ši idėja taip pat leidžia daryti prielaidą, kad ličiu praturtintos žvaigždės turėtų būti aptinkamos gan ankstyvoje submilžinių evoliucijos stadijoje ir jų skaičius auga didėjant metalingumui.
Anglies, azoto ir deguonies tyrimai žvaigždėse gali suteikti ypač daug informacijos apie pačių žvaigždžių cheminės sudėties kitimą joms senstant. Dar nėra vienodos žvaigždžių cheminės evoliucijos teorijos. Visi sutaria, kad, žvaigždei pradėjus smarkiai pūstis ir tampant raudonąja milžine, įvyksta medžiagos drumstis ir į išorinius žvaigždės atmosferos sluoksnius pradeda skverbtis termobranduolinių reakcijų produktai. Nustatyta, kad tokios drumsties metu anglies gausa gali sumažėti 20 proc., o azoto padidėti net 80 proc. Po tam tikro laiko, priklausomai nuo žvaigždės masės ir metalingumo, gali prasidėti papildomas medžiagos maišymasis. Šį procesą mokslininkai bando sumodeliuoti Žemės vandenynuose vykstančio šiltesnio ir šaltesnio bei skirtingo druskingumo vandens maišymosi, dar vadinamo termohaliniu maišymusi, pavyzdžiu. Žinoma, žvaigždės sudėtingesnės, jose įtakos gali turėti sukimasis, magnetinis aktyvumas ir kiti efektai. Panaudodami „Gaia-ESO“ apžvalgos padrikuosiuose spiečiuose esančių žvaigždžių stebėjimus, VU tyrėjai įvardijo šiuo metu siūlomo termohalinio ir sukimosi sukelto medžiagos maišymosi modelio tobulinimo gaires. Planuojama publikuoti anglies, azoto ir deguonies tyrimų rezultatus, gautus tiriant ir pavienes Galaktikos žvaigždes.
VU mokslininkai patvirtino dviejų Galaktikos kaimynių atradimą. Į „Gaia-ESO“ apžvalgos akiratį pateko ir dvi 2015 m. atrastos ultrablyškios kaimyninės nykštukinės Tinklelio 2 (Reticulum 2) ir Laikrodžio 1 (Horologium 1) galaktikos. Šios galaktikos atrastos pagal žvaigždžių sutankėjimus infraraudonosiose Galaktikos lauko nuotraukose. Tam, kad būtų patvirtinta, jog tai tikrai naujai atrastos nykštukinės galaktikos, reikėjo ištirti jų žvaigždžių cheminę sudėtį. Tai buvo atlikta aštuoniolikai žvaigždžių Tinklelio 2 galaktikoje ir penkioms žvaigždėms Laikrodžio 1 galaktikoje. Rezultatai patvirtino, kad tai tikrai Paukščių Tako kaimynystėje skriejančios nykštukinės galaktikos, o Laikrodžio 1 galaktikėlė gali būti Magelano Debesų giminaitė.
Nuo „Gaia-ESO“ spektrinės apžvalgos projekto pradžios jau parengti 72 moksliniai straipsniai įtakingiems tarptautiniams žurnalams, straipsniai pacituoti net 1400 kartų, skaityta daugiau kaip 50 mokslinių pranešimų tarptautinėse konferencijose. 30 straipsnių bendraautoriai yra Vilniaus grupės nariai.
Galimybė dirbti su galingiausios Europos observatorijos ESO teleskopu ir atsivėręs naujas bendradarbiavimas labai pagyvino Lietuvos astrospektroskopininkų darbą – kompiuteriuose jie dar neturėjo tokios gausybės žvaigždžių spektrų. 2015 m. gruodį Vilniuje vyko mokslinė „Gaia-ESO“ konsorciumo konferencija. Joje dalyvavo net 100 astronomų iš visos Europos.
Tarptautinis bendradarbiavimas plečiasi
„Gaia-ESO“ apžvalga – ne vienintelis tarptautinis konsorciumas, į kurį pastaraisiais metais įsitraukė VU mokslininkai. Molėtų astronomijos observatorijoje esantis didžiausias Šiaurės Europoje teleskopas, o 2016 m. dar ir pradėjęs veikti modernus didelės skiriamosios gebos spektrografas traukia užsienio astronomų dėmesį. Pernai užmegztas glaudus bendradarbiavimas su Europos kosmoso agentūros PLATO misijos, kuri skirta egzoplanetų paieškoms prie artimų žvaigždžių, mokslininkais. Tam, kad būtų galima nustatyti, ar atrastos egzoplanetos tinkamos gyvybei, reikia gerai žinoti žvaigždės, apie kurią jos sukasi, charakteristikas. Artimų žvaigždžių pagrindinių charakteristikų ir detalios cheminės sudėties nustatymas – idealiai tinkama užduotis Molėtų observatorijai. Privalumas tas, kad šiaurinėse Žemės platumose veikia gana nedaug teleskopų. VU astronomai jau yra stebėję ir išsamiai ištyrę per 200 ryškių žvaigždžių spektrus ir patikrinę 800 žvaigždžių kintamumą. Stebėjimus rėmė Lietuvos mokslo taryba.
2016 m. VU TFAI astroseisminių stebėjimų specialistai įsitraukė į „Gaia Science Alerts“ konsorciumą, kuriame dalyvauja per 50 pasaulio observatorijų. Šio konsorciumo tikslas – „Gaia“ kosminiu teleskopu aptiktų kintamųjų objektų papildomas stebėjimas antžeminiais teleskopais.
Pradėtas bendradarbiavimas su tarptautiniu Lenkijos, Austrijos ir Kanados astronomų konsorciumu „BRITE (BRIght Target Explorer) Constellation“. VU mokslininkai „BRITE-Constellation“ projektui su Molėtų observatorijos didžiuoju teleskopu ir spektrografu atlieka žvaigždžių spektro linijų profilio kitimo stebėjimus.
2016 m. du Molėtų observatorijos teleskopai buvo įtraukti ir į Keplerio kosminės misijos KOINet programą, skirtą antžeminiams žinomų egzoplanetų tranzitų periodiškumo ir trukmės kitimo stebėjimams. Tokie stebėjimai padeda išsiaiškinti, kiek egzoplanetų skrieja apie žvaigždę.
Lietuvos mokslininkams tarptautinis bendradarbiavimas atveria kelius naudotis pažangiausia Europos infrastruktūra, dalyvauti priešakiniuose moksliniuose tyrimuose, būti matomiems pasaulyje ir garsinti Lietuvą.
