Ventspils Augstskolas Inženierzinātņu institūtā “Ventspils Starptautiskais radioastronomijas centrs” (VeA IZI VSRC) ieviestā pēcdoktorantūras projekta Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/194 “Kosmisko staru izraisītas starpzvaigžņu putekļu sasilšanas ķīmiskās sekas” (KSS) mērķis bija fundamentāli pētījumi astrofizikā. Projektu īstenoja VSRC vadošais pētnieks Dr. phys. Juris Kalvāns no 2018. līdz 2020. gadam, ar kopējo projekta finansējumu 133 805,88 EUR, no kuriem 85 % sedza Eiropas Reģionālās attīstības fonds.
Sadarbībā ar Maksa Planka Ārpuszemes fizikas institūtu (Vācija) un Virdžīnijas Universitātes Ķīmijas departamentu (ASV) tika veikti pētījumi astroķīmijā – zinātnē, kas pēta molekulas un ķīmiskus procesus kosmosā, īpaši starpzvaigžņu vidē, kas aizpildīta retinātu ūdeņraža un hēlija gāzi.
Aptuveni 1 % no starpzvaigžņu vielas masas veido smalki putekļi, izmērā mazāki par mikrometru. Tos veido pamatā silikātu ieži un ogleklis. Blīvos, aukstos un tumšos starpzvaigžņu telpas rajonos uz putekļu virsmas adsorbējas un uzkrājas molekulas un atomi, izveidojot uz putekļiem ledus kārtiņu aptuveni 100 molekulu biezumā. Šāds starpzvaigžņu ledus galvenokārt sastāv no vielām, kas nereti sastopamas arī uz Zemes – ūdens H2O, oglekļa monoksīds CO un oglekļa dioksīds CO2, amonjaks NH3, slāpeklis N2, u.c. Šādu sīkdispersu ledutiņu apstaro starpzvaigžņu starojums – ultravioletie fotoni un kosmiskie stari (atomu kodoli, kas pārvietojas ar gandrīz vai gaismas ātrumu), kuri uz putekļiem nosēdušās molekulas izsit vai iztvaicē atpakaļ uz gāzes fāzi. Vēl viens starojuma efekts ir molekulu sašķelšana, dodot iespēju vietā rasties citām, sarežģītākām molekulām, tai skaitā organiskajiem savienojumumiem. Šādi procesi ir nozīmīgi miglājos, kuros dzimst zvaigznes. Saules sistēmas rašanās laikā šie savienojumi, nonākot uz Protozemes, deva gatavu no kosmosa nākušu organisku vielu maisījumu, kas domājams, veicināja dzīvības rašanos uz Zemes.
Projektā KSS īpaša uzmanība pievērsta vienam aspektam starpzvaigžņu starojuma mijiedarbībā ar ledainiem puteklīšiem – kad kosmisko staru daļiņas trāpa puteklī, tās to uzsilda par vairākiem desmitiem grādu (putekļu parastā temperatūra ir tikai 10 grādi virs absolūtās nulles). Šāda uzsilšana iztvaicē gaistošākās ledus sastāvdaļas, kā arī veicina ķīmiskās reakcijas uz ledus virsmas, ietekmējot ledus sastāvu. Astroķīmiskajos pētījumos šis process zināms jau vairākus desmitus gadu, taču detaļas, kā tas notiek, arvien ir neizzinātas, lai gan mūsu zināšanas par starpzvaigžņu putekļiem, ledu un kosmiskajiem stariem būtiski augušas.
Projektā aprēķināts, cik bieži un tieši līdz kādai temperatūrai kosmiskie stari uzsilda putekļus. Aprēķiniem vajadzīgie dati daļēji tika ņemti no mērījumiem, ko veica kosmiskā zonde Voyager 1. Šī zonde tika palaista 1971. gadā un pašlaik atrodas jau aiz Saules sistēmas robežām. Nākamajā projekta darbībā tika izveidota pamata izpratne par ledainu puteklīšu iztvaikošanas procesu. Neskatoties uz potenicālo nozīmi laika apstākļu noteikšanā, klimata zinātnē un aviācijā, šis process līdz šim bija visai maz izpētīts. Visbeidzot, aprēķinātie dati un formulas tika likti lietā teorētiskās astroķīmijas pētījumos, izzinot kā šī jaunā informācija maina priekšstatus par organisko savienojumu veidošanos kosmiskajos zvaigžņu dzimšanas apgabalos. Noskaidrots, ka kosmisko staru izraisītā sasilšana būtiski kavē gaistošo molekulu CO un N2 uzkrāšanos ledus veidā uz putekļiem, kamēr citas vielas, kā H2O un NH3 uzkrājas. CO uzkrājas vēlāk, līdz ar to ledus noslāņojas dažāda sastāva slāņos, radot pateicīgu vidi daudzveidīgu organisko savienojumu sintēzei.
Šāda veida projektam darbs bijis neparasti ražīgs; līdz šim tajā sagatavotas piecas zinātniskās publikācijas, no kurām četras jau iznākušas, bet vēl viena ir gatavošanas procesā un tiks pabeigta projekta pēcuzraudzības periodā. Raksti publicēti augstākā zinātniskā līmeņa Eiropas un ASV izdotajos astrofizikas zinātniskajos žurnālos.
26.01.2021. / Autors: Ventspils augstskola / Foto: Ventspilnieks.lv arhīvs
