En Pulsars radiosignal förvränger radiosignaler i rymden

 

Bild wikipedia Principiell funktionsskiss av en pulsar. Strålningen lämnar denna i två smala knippen som sveper genom universum.

I 10 månader övervakade ett team lett av SETI-institutet pulsaren PSR J0332+5434 (även kallad B0329+54) för att studera hur dess radiosignal "glittrar" när den passerar genom gas mellan stjärnan och jorden. Teamet använde Allen Telescope Array (ATA) för att ta mätningar på mellan 900 och 1956 MHz och observerade långsamma, signifikanta förändringar i det blinkande radiosignalmönstret över tid.

Pulsarer är snurrande rester av massiva stjärnor som sänder ut radiovågor, en typ av ljus, i mycket precisa och regelbundna rytmer. Pulsaren har hög rotationshastighet och mycket stor täthet. Forskare kan använda känsliga radioteleskop för att mäta de exakta tidpunkter då pulsarer utsläpp anländer jorden i jakten på mönster som kan indikera fenomen som lågfrekventa gravitationsvågor. Gas i interstellärt rymd kan dock sprida pulsarens radiovågor och fördröja dem något. Att förstå och korrigera dessa små, föränderliga fördröjningar, som kan vara så små som tiotals nanosekunder (en nanosekund är en miljarddels sekund), hjälper till att hålla pulsarens timing så exakt som möjligt.

Likt stjärnljus "glittrar" i jordens atmosfär, "blinkar" även pulsarradiovågor i rymden. När signalen färdas genom elektronmoln mellan pulsaren och jorden skapar den ljusa och svaga pulser av radiofrekvenser. Dessa mönster är inte statiska utan de utvecklas när pulsaren och gasen och jorden rör sig i förhållande till varandra. Detta blinkande fördröjer pulserna, och mängden scintillation matchar omfattningen av fördröjningen. Genom att ofta övervaka en enda pulserande närliggande pulsar observerade teamet hur dess mönster skiftade och översatte dem till små tidsfördröjningar. Dessa metoder kan sedan korrigera de fördröjningar som är viktiga i de mest precisa pulsarexperimenten.

"Pulsarer är fantastiska verktyg som kan lära oss mycket om universum och galaxen," beskriver projektledaren Grayce Brown, praktikant vid SETI-institutet. "Sådana resultat hjälper inte bara pulsarvetenskapen utan även andra områden inom astronomin, inklusive SETI." Alla radiosignaler som passerar genom det interstellära mediet upplever scintillation (då någon materia avger strålning). Märkbar scintillation kan hjälpa SETI-forskare att skilja mellan människoskapade radiosignaler och signaler från andra solsystem.

ATA-observationerna (Allen Telescope Array) använde ett brett spektrum av radiofrekvenser av frekventa korta observationssessioner). Teamet mätte scintillationsbandbredden (storleken på utsläppen i det blinkande mönstret) nästan dagligen i ca 300 dagar med ATA och fann att mängden scintillation förändrades märkbart över tid från dagar till månader. Observationerna tyder på en övergripande långtidsvariation på cirka 200 dagar. Studien inkluderade också en nyutvecklad, mer robust metod för att uppskatta hur scintillation ökar med radiofrekvensen, med hjälp av ATA:s) breda frekvensområde. 

 "Allen-teleskopets grupp av teleskop är perfekt utformad för att studera pulsarscintillation tack vare dess nöjlighet att söka över breda bandbredder och förmåga att arbeta i projekt som måste pågå under långa perioder," beskriver Dr. Sofia Sheikh, medförfattare och Technosignature Research Scientist vid SETI-institutet.

Observationerna ger ett fönster in i pulsarer, jorden och rymden däremellan, vilket hjälper forskare att bättre förstå hur man kan skilja radiofrekvensstörningar från en signal av potentiellt artificiellt ursprung.

Artikeln finns på doi: 10.3847/1538-4357/ae0fff. 

Jordens magnetfält har levererat atmosfäriska partiklar till månens yta under miljarder år

 

Bild wikipedia Astronauten Charles Duke från Apollo 16 månlandning 1972  arbetar på månen med sin dräkt täckt av måndamm. Måndamm är mycket slipande och kan skada mänskliga lungor samt nerv- och hjärt-kärlsystem.

Ny forskning vid University of Rochester, publicerad i Nature Communications Earth and Environment, visar att jordens magnetfält kan leda partiklar från jordens  atmosfär med hjälp av solvinden ut i rymden. Jordens magnetfält har funnits i miljarder år och ovan  process har flyttat partiklar från jorden till månen under mycket lång tid.

"Genom att kombinera data från partiklar bevarade i månens ytas damm och grus,(kallat regolit) med hjälp av en beräkningsmodell av hur solvinden interagerar med jordens atmosfär kan vi spåra jordens atmosfärs och dess magnetfälts historia," beskriver Eric Blackman, professor vid institutionen för fysik och astronomi och framstående forskare vid  university of Rochesters laboratorium för laserenergiteknik (LLE).

Resultaten tyder på att månens jord inte bara kan innehålla ett historiskt register över jordens atmosfär utan också kan vara ännu mer värdefull än vad forskare en gång trodde för framtida rymdutforskare som ska bo och arbeta på månen då detta då kan användas.

Regolit som fördes tillbaka till jorden under Apollo-uppdragen på 1970-talet har gett forskarna viktiga ledtrådar. Studiet av dessa prover visar att månens regolit  innehåller flyktiga ämnen som vatten, koldioxid, helium, argon och kväve. Några av dessa flyktiga ämnen kommer från solens ständiga ström av laddade partiklar (solvinden). Men mängderna  särskilt kväve är för höga för att förklaras enbart av solvind.

År 2005 föreslog ett team lett av forskare från Tokyos universitet att en del av flyktiga ämnen kan ha kommit från jordens atmosfär. De hävdade att detta bara kunde ske under tiden innan jorden utvecklade ett magnetfält, eftersom de antog att magnetfältet skulle förhindra att atmosfäriska partiklar kunde försvinna ut i rymden.

Men forskarna vid URochester har nu upptäckt att processen kan fungera annorlunda. URochester-teamet inklusive Shubhonkar Paramanick, doktorand vid institutionen för fysik och astronomi och en Horton Fellow vid LLE; John Tarduno, William R. Kenan, Jr.-professor vid institutionen för jord- och miljövetenskap och Jonathan Carroll-Nellenback, beräkningsforskare vid Center for Integrated Research Computing och biträdande professor vid institutionen för fysik och astronomi  använde avancerade datorsimuleringar för att modellera hur och när regoliten kan ha förvärvat de grundämnen som hittats i Apollo-proverna.

Forskarna testade två scenarier. En modell av en "tidig jord" utan magnetfält  under en starkare solvind än den nuvarande. Den andra modellen en "modern jord" med sitt starka magnetfält med en svagare solvind. Simuleringarna visade att partikelöverföringen fungerar bäst i det moderna jordscenariot.

Det långsiktiga utbytet av partiklar innebär att månen kan ha en kemisk registrering av jordens atmosfär. Studier av månens jord skulle därför kunna ge forskare en sällsynt inblick i hur jordens klimat, hav och till och med liv utvecklades under miljarder år.

Den långsiktiga, stadiga överföringen av partiklar tyder också på att månens jord innehåller fler flyktiga ämnen än man tidigare trott. Ämnen som vatten och kväve skulle kunna stödja en långvarig mänsklig närvaro på månen, vilket minskar behovet av att transportera förnödenheter från jorden och gör månutforskning mer möjlig.

"Vår studie kan också få bredare konsekvenser för förståelsen av tidig atmosfärisk flykt på planeter som Mars, som idag saknar ett globalt magnetfält men tidigare hade ett liknande som jorden, tillsammans med sannolikt en tjockare atmosfär," beskriver Paramanick.

Varifrån i Vintergatan kommer neutriner och hur många träffar jorden

 

Bild https://news.ku.dk/  Karta över Vintergatan baserad på data från ESAs Gaia-teleskop (kredit: ESA).

De kallas spökpartiklar och de finns överallt. Biljoner av dem strömmar ständigt genom allt. Våra kroppar, jorden, kosmos, hela tiden utan att vi märker eller påverkas av det (vad vi vet). Dessa så kallade neutriner är elementarpartiklar och är osynliga, otroligt ljusa och bara sällan interagerar de med annan materia. Ovanligheten av deras interaktioner gör neutriner extremt svåra att upptäcka. Men när forskare lyckas fånga dem kan de erbjuda extraordinära insikter om universum.

Neutriner kommer till i våldsamma kosmiska händelser och även i kärnreaktioner inuti stjärnor. Nu har forskare vid Köpenhamns universitet tagit fram den mest omfattande modellen hittills där de kartlägger hur många neutriner alla stjärnor i vår egen Vintergata genererar och hur många som når jorden. Studiens resultat har nyligen publicerats i den vetenskapliga tidskriften Physical Review D. 

"För första gången har vi en konkret uppskattning av hur många av dessa partiklar som når jorden, var i galaxen flertalet kommer från och hur deras energi fördelas. Eftersom spökpartiklar kommer direkt från stjärnornas kärna kan de berätta saker som ljus och annan strålning inte kan," beskriver huvudförfattaren till den nya studien, postdoktor Pablo Martínez-Miravé från Niels Bohrinstitutet på Universitetet i Köpenhamn. Forskarna kombinerade avancerade stjärnmodeller med data från ESAs Gaia-teleskop för att kartlägga var neutriner i Vintergatan huvudsakligen härstammar från. 

Studien (se ovan) visar att den stora majoriteten kommer från området runt galaxens centrum (där de flesta stjärnor finns och även det svarta hålet finns), där de flesta stjärnor är koncentrerade särskilt i områden några tusen ljusår från jorden. 

Vid CERN i Schweiz finns forskning och infångning av neutriner se denna länk. 

Bevis för att mörk materia och neutriner kan påverka varandra

 

Bild wikipedia Den första observationen av en neutrino i en bubbelkammare  skedde 1970. Ovan visas hur en neutrino kommer från höger, träffar en proton och tre laddade partiklar lämnar spår efter sig. En myon uppstår och lämnar det långa spåret till det övre vänstra hörnet; protonen lämnar det korta spåret snett uppåt; det tredje spåret är en pimeson som skapats vid kollisionen.

Forskare är nu ett steg närmare att lösa ett av universums största mysterier då det i ny forskning visat att två av dess minst förstådda komponenter kan interagera (neutrinen och mörk materia), vilket ger ett sällsynt fönster in i kosmos mörkaste vrår.

Resultaten av studien från University of Sheffield handlar om sambandet mellan mörk materia den mystiska materian som utgör omkring 85 % av materian i universum och neutriner, en av de mest fundamentala och svårfångade subatomära partiklarna.

Forskare har överväldigande indirekta bevis för existensen av mörk materia och neutriner, även om de är osynliga och har en extremt liten massa har observerats med hjälp av enorma underjordiska detektorer.

Standardmodellen för kosmologi (Lambda-CDM), med sitt ursprung i Einsteins allmänna relativitetsteori hävdar att mörk materia och neutriner existerar oberoende av varandra och inte interagerar med varandra. 

Den nya forskningens resultat studeras lättast och utförligast i Nature Astronomy  som publicerats av forskare från University of Sheffield vilken visar att mörk materia och neutriner påverkar varandra. 

 I resultatet beskrivs  teorin och utmanar den tidigare kosmologiska modellen. Forskarna upptäckte tecken på att dessa svårfångade kosmiska komponenter kan interagera vilket ger en sällsynt inblick i delar av universum som vi svårligen kan se eller upptäcka.

Upptäckten av märkliga galaxer som inte kan kategoriseras enligt nuvarande kunskaper.

 

Bild https://science.nasa.gov  Fyra av de nio hittade galaxerna i det nyligen identifierade "platypus"-provet näbbjurprovet på svenska (upptäcktes i NASAs James Webb Space Telescopes Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS). En viktig egenskap som gör dem tydliga är deras punktliknande utseende. Bild: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin); Bildbehandling: Alyssa Pagan (STScI)

Efter att ha sökt igenom NASAs James Webb Space Telescopes arkiv över omfattande extragalaktiska kosmiska fält beskriver ett litet team astronomer vid University of Missouri att de har identifierat ett urval av galaxer som har en tidigare oupptäckt kombination av egenskaper. "Det verkar som att vi har identifierat en population av galaxer som vi inte kan kategorisera enligt nuvarande katalogisering av galaxer. Huvudforskaren Haojing Yan jämför upptäckten med ett ökänt udda djur inom en annan vetenskapsgren: biologins taxonomibrytande näbbdjur som kan ses som en blandning av skilda djurarter.

 Å ena sidan är galaxerna extremt små och kompakta och liknar en punktkälla, men vi ser inte egenskaperna som skulle kunna förklara dem som kvasarer, ett aktivt supermassivt svart hål, vilket är vad de flesta avlägsna punktkällor är," beskriver Yan.

Teamet analyserade ur ett urval av 2 000 källor från flera Webb-undersökningar för att identifiera nio punktliknande källor som fanns för 12 till 12,6 miljarder år sedan (att jämföra med universums ålder på 13,8 miljarder år). Spektraldata gav astronomerna mer information än de skulle fått från en ensam bild men de nio källorna passar inte in i befintliga teorier eller katalogisering av galaxer. De är för långt bort för att vara stjärnor i vår egen galax och för svaga för att vara kvasarer. Kvasarer är så starkt lysande att de överglänser sina värdgalaxer. Även om spektra liknar de mindre avlägsna "grean peas"-galaxerna (en klass av kompakta, extremt stjärnbildande galaxer )  som upptäcktes 2009, är dessa nu upptäckta galaxer mycket mer kompakta. 

"Precis som spektra visar för resultat av allt eller inget på en gång liknar det näbbdjurets detaljerade genetiska kod om visar hur ovanligt djuret är, då det delar genetiska egenskaper med fåglar, reptiler och däggdjur," beskriver Yan. "Tillsammans visar Webbs avbildning och spektra att dessa galaxer har en oväntad kombination av egenskaper." Ett förslag som teamet föreslår är att Webb, som utlovat, avslöjar tidiga stadier av galaxbildning och utveckling av ett slag vi inte kunnat se innan Webbteleskopet började sitt arbete. Det är allmänt accepterat inom astronomisamhället att stora, massiva galaxer som vår egen Vintergatan växte fram genom att många mindre galaxer smälte samman. Men, frågar sig Yan, vad kom före små galaxer?

"Jag tror att denna nya forskning ställer oss inför frågan, hur börjar processen med galaxbildning? Kan sådana små, byggstensgalaxer bildas på ett tyst sätt, innan kaotiska sammanslagningar börjar, som de nu upptäckta galaxernas punktliknande utseende antyder?" beskriver Yan.

Forskningen presenterades vid en presskonferens vid American Astronomical Societys 247:e möte i Phoenix.

I det tidiga universum skapades överraskande mycket stoff

 

Bild wikipedia på galaxen Sextans A som finns ca 4,3 miljoner ljusår från jorden.

Med hjälp av NASAs James Webb Space Telescope har astronomer upptäckt två sällsynta typer av damm i dvärggalaxen Sextans A, en av de mest kemiskt innehållsrika primitiva galaxerna som finns nära Vintergatan. Upptäckten av järndamm och kiselkarbid (SiC) som produceras av åldrande stjärnor, tillsammans med små klumpar av kolbaserade molekyler visar att även när universum bara hade en bråkdel av dagens tunga grundämnen, kunde stjärnor och det interstellära mediet likväl bilda fasta dammkorn. Denna forskning med hjälp av Webbteleskopet förändrarr nuvarande idéer om hur tidiga galaxer utvecklades och utvecklade byggstenarna till planeter.

Sextans A finns cirka 4 miljoner ljusår bort och innehåller endast mellan 3 till 7 procent av vår sols metallinnehåll eller metallicitet den astrofysiska termen för grundämnen tyngre än väte och helium. Då galaxen är liten, till skillnad från andra närliggande galaxer, är dess gravitationskraft för svag för att behålla tunga grundämnen som järn och syre som skapats av supernovor och åldrande stjärnor.

Galaxer som denna liknar de som fanns i det tidiga universum strax efter Big Bang då universum mestadels bestod av väte och helium. Då galaxen finns relativt nära oss ger Sextans A astronomer en sällsynt möjlighet att studera enskilda stjärnor och interstellära moln under förhållanden liknande dem strax efter Big Bang.

"Sextans A ger oss en ritning av de första dammiga galaxerna," beskriver Elizabeth Tarantino, postdoktoral forskare vid Space Telescope Science Institute och huvudförfattare till resultaten i en av de två studier som presenterades vid en presskonferens vid American Astronomical Societys 247:e möte i Phoenix. "Studiens resultat hjälper oss att tolka de mest avlägsna galaxerna som Webb avbildat och förstå vad universum byggdes av i sin början." En studierna är publicerad i Astrophysical Journal. 

 Studien är fokuserad på ett halvdussin stjärnor med hjälp av den lågupplösta spektrometern ombord på Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument). De insamlade datauppgifterna visar de kemiska fingeravtrycken hos de uppblåsta stjärnorna mycket sent i deras utveckling, kallade branch  asymptotic giant (AGB) . Stjärnor med massor mellan en och åtta gånger solens passerar finns i denna fas av utveckling.

Gasmoln fem gånger hetare än beräknat hittat mellan galaxhopar.

 

Bild https://news.ubc.ca  Konstnärs tolkning av en  galaxhop som bildas i det tidiga universum: radiostrålning från aktiva galaxer är inbäddade i en het intrakluster atmosfär (röd), vilket illustrerar en stor termiskt reservoar av gas i den spirande hopen. (Källa: Lingxiao Yuan)

Ett internationellt team av astronomer under ledning av kanadensiska forskare vid The university of British Columbia har funnit något som universum inte borde finnas en galaxhop som brinner av het gas endast 1,4 miljarder år efter Big Bang vilket är mycket tidigare i universums historia och även hetare än teorier förutspår.

Genom att se tillbaka i tiden cirka 12 miljarder år fokuserade forskarna på en då ny galaxhop kallad SPT2349-56. För att göra detta använde forskarteamet en samling av radioteleskop Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA i Chile), som inkluderar instrument designade, byggda och testade av NRC. Detta unga kluster är massivt för sin relativa ungdom, med en kärna som mäter cirka 500 000 ljusår i diameter, jämförbar med storleken på glorian som omger Vintergatan. Den innehåller mer än 30 aktiva galaxer och bildar stjärnor mer än 5 000 gånger snabbare än i vintergatan i dag.

Forskarteamet fokuserade på ett kosmologiskt verktyg kallat Sunyaev-Zeldovich-effekten, som kan hjälpa forskare att räkna ut den termiska energin i intraklustermediet, gas som existerar mellan galaxerna i en given hop.

"Vi förväntade oss inte att se en så het gas så tidigt i kosmos historia," beskriver huvudförfattaren till studien om upptäckten  Dazhi Zhou, doktorand vid UBC:s institution för fysik och astronomi. "Faktum är att jag först var skeptisk till signalen eftersom den var för stark för att vara trovärdig. Men efter månader av verifiering har vi bekräftat att denna gas finns och är minst fem gånger hetare än vad nab kan vänta sig och  varmare och mer energirik än vad som hittats i  andra galaxkluster."

"Detta visar att något i det tidiga universum, troligen tre nyligen upptäckta supermassiva svarta hål i klustret  pumpade enorma mängder energi ut i omgivningen och formade det unga klustret mycket tidigare och starkare än vi trodde kunde ske i universums tidigaste tid," beskriver medförfattaren Dr. Scott Chapman, professor vid Dalhousie University som genomförde forskningen vid National Research Council of Canada (NRC).

Resultatet av upptäckten publicerades nyligen i Nature och resultatet kan omkullkasta nuvarande modeller för bildandet av galaxhopar vilka förutspår att sådana temperaturer endast förekommer i mer  stabila galaxhopar senare i universum.