Mysteriet om varför solsystemets inre inte snurrar snabbare kan vara löst.

 

Rörelsen hos ett litet antal laddade partiklar kan lösa ett långvarigt mysterium. Detta enligt en ny studie från Caltech (California Institute of Technology). Mysteriet handlar om tunna gasskivor som roterar runt unga stjärnor,

Dessa gasskivor kallas ackretionsskivor  och existerar i tiotals miljoner år i en tidig fas av solsystems utveckling. De innehåller en liten bråkdel av massan av stjärnan runt vilken de sveper. Namnet ackretionsskiva kommer av att gasen i dessa skivor snurrar i spiralform långsamt in mot stjärnan. Något som enligt forskare och fysiken bör göra att den radiellt inre delen av skivan snurrar snabbare enligt lagen om bevarande av vinkelmomentet. För att förstå bevarandet av vinkelmomentet, tänk på snurrande konståkare: när armarna är utsträckta snurrar de långsamt, men när de drar in armarna snurrar de snabbare. 

Vinkelmomentet är proportionellt mot hastigheten gånger radien, och lagen om bevarande av vinkelmomentet säger att vinkelmomentet i ett system förblir konstant. Så om åkarens radie minskar för att de har dragit in armarna, är det enda sättet att hålla vinkelmomentet konstant att öka rotationshastigheten.

Men det stämmer inte i fallet med ackretionsskivan runt en stjärna.  Den inre delen av ackretionsskivan snurrar snabbare. Men den snurrar inte så snabbt som förutspåtts av lagen om bevarande av rörelsemängdsmomentet. 

Forskare har längre undersökt många möjliga förklaringar till varför ackretionsskivans rörelsemängdsmoment inte bevaras (likt konståkarens ovan gör). Viss friktion mellan de inre och yttre roterande delarna av ackretionsskivan kan sakta ner den inre regionen. Beräkningar visar dock att ackretionsskivor har försumbar inre friktion. Den ledande nuvarande teorin är att magnetfält skapar det som kallas en "magnetorotationell instabilitet" som genererar gas och magnetisk turbulens vilket då ger den friktion man anser bör finnas som saktar ner rotationshastigheten för inåtgående spiralgas i ackretionsskivan.

Paul Bellan, professor i tillämpad fysik säger bekymrat. – Folk vill alltid skylla på turbulens för fenomen de inte förstår.

För ett och ett halvt decennium sedan började Bellan undersöka frågan genom att analysera banorna hos enskilda atomer, elektroner och joner i de gaser som utgör ackretionsskivor. Hans mål var att bestämma hur de enskilda partiklarna i gasen beter sig då de kolliderar med varandra liksom hur de rör sig mellan kollisionerna för att se om rörelsemängdsmomentförlust kunde förklaras utan att turbulens var inblandat.

Yang Zhang doktorand vid Caltech deltog i ett av dessa samtal om fenomenet efter att ha tagit en kurs där han lärde sig att skapa datasimuleringar av molekyler när de kolliderar med varandra för att producera slumpmässiga fördelningar av hastighet i vanliga gaser såsom i den luft vi andas. Zhang säger "Jag kontaktade Paul efter samtalet där vi diskuterade detta och bestämde mig slutligen för att simuleringarna skulle kunna utvidgas till laddade partiklar (katjoner) som kolliderar med neutrala partiklar i magnet- och gravitationsfält".

I slutändan skapade Bellan och Zhang en datormodell av en snurrande, supertunn, virtuell ackretionsskiva. Den simulerade skivan innehöll cirka 40000 neutrala och cirka 1000 laddade partiklar som kunde kollidera med varandra, och modellen tog också hänsyn till effekterna av både gravitation och ett magnetfält. Bellan säger, "Den här modellen hade precis rätt mängd detaljer för att fånga alla väsentliga funktioner eftersom den var tillräckligt stor för att bete sig precis som biljoner på biljoner kolliderande neutrala partiklar, elektroner och joner som kretsar kring en stjärna i ett magnetfält."

Datorsimuleringen visade kollisioner mellan neutrala atomer och ett betydligt mindre antal laddade partiklar skulle orsaka positivt laddade joner vilka fick en spiralrörelse inåt mot mitten av skivan, medan negativt laddade partiklar (elektroner) tog en spiralform utåt mot kanten. Neutrala partiklar förlorade under tiden vinkelmomentet under det att de positivt laddade jonernas spiralrörelse gick inåt mot mitten.

 

En noggrann analys av den underliggande fysiken på subatomär nivå - i synnerhet interaktionen mellan laddade partiklar och magnetfält - visar att vinkelmomentet inte bevaras i klassisk mening även om något som kallas " The canonical momentum " bevaras.

The canonical momentum är summan av det ursprungliga vinkelmomentet plus en ytterligare kvantitet som beror på laddningen i en partikel och magnetfältet. För neutrala partiklar finns det ingen skillnad mellan vanligt vinkelmoment och The canonical momentum att oroa sig för The canonical momentum är därmed onödigt komplicerat. Men för laddade partiklar - katjoner och elektroner - skiljer sig det kanoniska vinkelmomentet mycket från det vanliga vinkelmomentet eftersom den extra magnetiska kvantiteten är betydande.

Då elektroner är negativa och katjoner är positiva, ökar jonernas inre rörelse och elektronernas utåtgående rörelse vilken orsakas av kollisioner, innebärande The canonical momentum hos båda. Neutrala partiklar förlorar vinkelmomentet som ett resultat av kollisioner med de laddade partiklarna och rör sig inåt, vilket balanserar ökningen av det laddade partikelkanoniska vinkelmomentet.

Det är en liten skillnad, men gör en enorm skillnad i solsystemomfattande skala, säger Bellan, som hävdar att denna subtila redovisning uppfyller lagen om bevarande av The canonical momentum för summan av alla partiklar i hela skivan; endast cirka en av en miljard partiklar behöver laddas för att förklara den observerade förlusten av vinkelmomentet hos de neutrala partiklarna.

Bellan och Yangs artikel om arbetet och slutledning har titeln "Neutral-charged-particle Collisions as the Mechanism for Accretion Disk Angular Momentum Transport" och publicerades i Astrophysical Journal den 17 maj. Finansiering för denna forskning kom från National Science Foundation.

Bild vikipedia på planeter och dvärgplaneter i solsystemet. Planeternas storlek är i skala, men inte det relativa avståndet till solen.

Ett nytt slag av supernova upptäckt.

 

Astronomer har hittat bevis på ett nytt slag av supernova orsakad av att en slocknad stjärna kolliderat med en stjärna.

Supernovor är enorma explosioner som kan inträffa när en stjärna gjort slut på sitt bränsle. En supernova är en exploderande eller resterna efter en exploderad stjärna. Citerar från vikipedia: Supernovorna hör till de våldsammaste händelserna i universum. I en supernova utvecklas oerhörda mängder energi som lämnar reststjärnan i form av enorma neutrinoflöden, gasmassor och strålning, vilket gör att de under en viss tid kan lysa upp till hundra miljarder gånger starkare än vår sol. (slut citat).

I årtionden har forskare känt till två slags supernovatyper. Större stjärnor, mer än 10 gånger solens massa som kollapsar när kärnan bränt ut allt bränsle vilket gör att det yttre lagret exploderar och lämnar efter sig stjärnskräp alternativt blir  neutronstjärnor även kallade svarta hål.

 Däremot brinner stjärnor med mindre än åtta gånger solens massa ut med tiden och lämnar efter sig en tät kärna som kallas vit dvärg (något som blir solens framtid). De flesta stjärnor med åtta eller fler solmassor i banor nära en annan stjärna antas  sluta som supernova om ena stjärnan bränner ut sitt bränsle och i en framtid kraschar in i den stjärna som är kvar (vilken då bör vara en mycket stor stjärna som själv slutat som en supernova). Då utlöses åter en supernova i form av ett starkt röntgenutsläpp.

De större stjärnorna i dessa par kan även först försvinna som en supernova och dess rester som spiralformat skräp komma in mot sin stjärnföljeslagare  i form av en neutronstjärna eller ett svart hål. Detta kan utlösa supernovor.

Astronomer kan nu ha upptäckt tecken på en kärnkollapsad supernova orsakad av en sådan sammanslagning.  Data från Very Large Array (VLASS),  ett projekt för att skanna natthimlen med syfte att upptäcka radioexplosioner, använde forskare data från en mycket ljus radioflare som kallad VT J121001 +4959647  som inträffade 2017. "Platsen är förknippat med den starkaste supernova som någonsin upptäckts", säger astronom Don som arbetar vid ovanstående observatorium.

 Genom radio- och optisk analys och uppföljning har forskare upptäckt att radioutstrålning  kommer från stjärnor omgivna av tjocka, täta gasskikt.

Bild pxhere.com

Uranus och Neptunus är inte så lika som man kan tro.

Uranus

är den sjunde planeten räknat från solen. 

Neptunus

den åttonde.

De är av nästan samma storlek. Större än jorden men mindre än Jupiter och Saturnus och båda har samma blåaktiga eller blågröna färg. De har djupa atmosfärer och isig miljö. Men utöver det skiljer sig Uranus och Neptunus åt radikalt genom olikheter som kan komma utifrån kollisioner med andra himlakroppar i solsystemets begynnelse.



Forskare vid National Centre of Competence in Research PlanetS (PlanetS) vid universitetet i Zürich i Schweiz körde datorsimuleringar för att undersöka eventuella kollisioners roll när det gäller skillnaderna mellan Uranus och Neptunus. Resultaten tillkännagavs av PlanetS den 4 februari 2020 i form av en forskningsrapport.


Uranus och Neptunus är de två mest avlägsna kända stora planeterna i vårt solsystem. Båda anses numera vara isjättar (tidigare antogs de likt Jupiter och Saturnus vara gasjättar). Båda skiljer sig därmed fundamentalt från de större gasjättarna Jupiter och Saturnus, och från de mindre stenplaneterna som ex. Jorden.

Uranus och Neptunus har liknande massor och inre kompositioner. Deras atmosfär består av väte, helium och metan, medan deras mantel (troligen äv yta min anm.) är en kombination av vatten, ammoniak och metanis och deras kärnor är en blandning av sten och is (likt kometers min anm.)


 Uranus är till skillnad mot Neptunus mestadels molnfri. I Neptunus atmosfär ses mörkare band i form av ränder och stråk av vita moln, samt en stor "mörk fläck (likt Jupiters eviga storm men om detta tyder på en storm även här är osäkert men troligt min anm.).


Likt Neptunus och Jorden och de flesta andra stora planeter i vårt solsystem roterar Uranus inte runt en axel som ligger nästan vinkelrätt mot solen. Istället roterar denna likt de  större månarna runt Uranus i stabila banor som är i linje med lutningen på planeten.


Neptunus största måne, Triton cirklar runt planeten i en mycket lutande bana. Neptunus månar är oregelbundna. Dessutom verkar Neptunus ha en inre värmekälla medan Uranus är i jämvikt temperaturmässigt med vad man kan vänta sig i förhållande till avståndet till solen.


Strukturmodeller baserade på gravitationsdata tyder på att Uranus är mer kondenserad i centrum än Neptunus. Resultaten av denna studie kan därmed tolkas som hur slumpmässiga händelser som planetariska kollisioner med andra stora kroppar i det tidiga solsystemet kan påverka den framtida utvecklingen av en planet. Uranus och Neptunus sker sken av sådana händelser, säger studien. Tänk om ingen av dessa hade drabbats av kollisioner? Hur skulle dessa isjättar sett ut i dag då? Det vet vi inte. Men ju mer vi kan förstå desto bättre kan vi förstå hur å bildandet av dessa typer av planeter, liksom gasjättar som Jupiter och Saturnus, och steniga världar som jorden, Mars, Venus och Merkurius ka ha skett.


Med en bättre förståelse för hur planeterna i vårt eget solsystem bildades och utvecklats kan vi sedan också tillämpa denna kunskap på studier av världar i avlägsna solsystem.


Bild 1 från ovan Uranus tagen av Voyager 2. Bild 2 Neptunus även den tagen av Voyager 2.

Mörk materia uppför sig olika beroende på galax

Mörk materia är ett av mysterierna universum. Det är det mesta av materian i universum enligt vad vi vet men likväl osynlig och ännu inte bevisad som existerande.


Men vad vi tror oss veta påverkar den gravitationen och allting i universum fungerar genom stora, osynliga för oss, moln av något vi inte kan se (mörk materia). Astronomer är osäkra på vad det är. 


Men nu visar nya rön att mörk materia finns i mindre koncentration i gamla galaxers centrum än i yngre galaxers. I en ny rapport publicerad den 3 jan. i tidskriften Månatliga meddelanden av Royal Astronomical Society diskuteras detta.



 De mesta av den mörka materian som forskare känner till finns i moln inom galaxer inte mellan galaxerna. Men det finns ett mysterium. Det visar sig enligt datasimuleringar att centrum i äldre galax där stjärnbildning är mindre än i yngre aktivare galaxer då det gäller stjärnbildning skiljer sig åt då  det gäller  mörk materia.


De äldre galaxernas kärnor innehåller mer mörk materia än de yngre galaxerna där hela tomrum av mörk materia finns. Det måste därför finnas ett samband där aktiv stjärnbildning innebär mindre mörk materia och tvärtom och en anledning till detta.


De nya rönen tyder enligt rapporten på att mörk materiakoncentration och värme spelar en betydande roll i hur mörk materia beter sig. Det verkar som att värme trycker bort mörk materia och ej så aktiva galaxers kärnor med lägre temperatur drar till sig mörk materia.


Forskarna drog slutsatsen att galaxer som för länge sedan slutat bilda stjärnor hade mindre energi att knuffa bort mörk materia ur sitt centrum. Medan mer aktiv stjärnbildning i galaxer alstrade mer värme som fick den mörka materian att reagera med att avvika därifrån.


Jag anser dock att man kan dra en annan slutsats. Att stor stjärnbildning använder mörk materia för detta i stor skala och det därför tillfälligt tar slut i närområden där detta sker. Men då mörk materia är den vanligaste materian kommer den tillbaks från omgivningen så snart stjärnbildningen (och värmen) minskar.


Likväl anser jag att mörk materia finns överallt förutom när den tillfälligt använts i stjärnbildningsprocesser där den är en viktig ingrediens för att så ska kunna ske (enligt mig). Jag anser även att den finns lika mycket kanske betydligt mer mellan galaxerna som i mindre aktiva galaxer. Jag anser även att vi inte ska glömma den mörka energin i sammanhanget. Se bild.

Skillnaden mellan antimateria och materia är större än vi hittills vetat

Att elektronen i materia är minus och protonen plus likväl som antimateria har pluselektroner  och  minus protoner vet vi. Aldrig kan de mötas utan att dessa motsatser utplånar varandra. Det vet vi.

Att det kan finnas galaxer av antimateria liksom det finns galaxer likt vår vintergata av materia vet vi.

Men nu har en skillnad till upptäckts mellan dessa materietillstånd.

Baryoner är även en produkt bestående av tre kvarkar vilka även är en del av allts uppbyggnad. Även av dessa är det skillnader mellan antimateria och materia. Men redan 1964 upptäcktes även skillnader mellan kaoner vilka tillhör familjer mesoner.

Att här gå in på de skillnader utöver elektriska laddningar i atomerna som finns mellan materia och antimateria är svårt. Men för den intresserade finns en kortfattat artikel att fundera över och studera här.