Detaljer i den komplexa planetariska nebulosan NGC 6072

 

Bild https://webbtelescope.org/ James Webb Space Telescopes bild av den planetariska nebulosan (planetarisk nebulosa är ett astronomiskt objekt som består av materia som små och medeltunga stjärnor i slutfasen av sitt liv stöter ut.) NGC 6072 (ca 3100 ljusår från oss i skorpionens stjärnbild) Bilden ses i kortvågigt infrarött ljus

Astronomer använder Webbteleskopet till att studera planetariska nebulosor för att lära sig mer om stjärnornas hela livscykel och hur de påverkar sin omgivande miljö. Webbteleskopets senaste titt på den planetariska nebulosan NGC 6072 i kort- och mellaninfrarött ljus visar en mycket kaosartad scen som liknar stänkt färg. Det ovanliga, asymmetriska utseendet tyder dock på att mer komplicerade mekanismer sker. Ex ses en stjärna i centrum som närmar sig de allra sista stadierna av sin existens och kastar ut skal av materia och förlorar upp till 80 procent av sin massa. 

Om man först ser på bilden från Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) är det uppenbart att denna nebulosa är multipolär. Det innebär att det finns flera olika elliptiska utflöden som sprutar ut i två riktningar från mitten. Ett från klockan 11 till 5, ett annat från klockan 1 till 7 och eventuellt ett tredje från klockan 12 till 6. Utflödena antas komprimera material i utflödena vilket resulterar i en skiva som ses vinkelrätt mot den.

Astronomer anser att detta visar att det troligen finns minst två stjärnor i centrum av bilden. En närliggande stjärna som växelverkar med en åldrande stjärna som redan har börjat göra sig av med några av sina yttre lager av gas och stoft.

Den centrala delen av den planetariska nebulosan lyser från den heta stjärnkärnan, som ses som en ljusblå nyans i kortvågigt infrarött ljus. Det mörkorange materialet består av gas och damm och följer fickor (öppna områden) som ses mörkblå ut. Detta kunde skapas när täta molekylmoln bildades samtidigt som de skyddades från het strålning från den centrala stjärnan. Det kan också finnas en tidsfaktor som spelat in. Under tusentals år kan kraftiga inre vindar plöja igenom den halo som kastades ut från huvudstjärnan när den först började förlora massa.

De längre våglängderna som fångats av Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) framhäver stoft och avslöjar stjärnan som forskarna misstänker kan vara central i denna scen. Den visas som en liten rosa-vitaktig prick i den här bilden.

Webbteleskopet avslöjar också i de mellaninfraröda våglängderna koncentriska ringar som expanderar från den centrala regionen.

Detta kan vara ytterligare bevis på en sekundär stjärna i mitten av bilden som är dold för oss. Sekundärstjärnan, som cirklar upprepade gånger runt den ursprungliga stjärnan, kan ha karvat ut ringar av material i ett bullseye-mönster när huvudstjärnan kastade ut massa under ett tidigare skede av sin existens.

Ringarna kan också antyda någon form av pulsering som resulterade i att gas eller stoft kastades ut likformigt i alla riktningar med kanske tusentals års mellanrum.

De röda områdena i NIRCam och de blå områdena i MIRI visar båda kall molekylär gas (troligen molekylärt väte) medan de centrala regionerna visar het joniserad gas.

Efter hand som stjärnan i mitten av en planetarisk nebulosa svalnar och bleknar, kommer nebulosan gradvis att försvinna in i det interstellära mediet och bidra med material som kan bilda nya stjärnor och planetsystem som  kommer att innehålla  tyngre grundämnen.

Nya rön om lavaplaneter

 

Bild https://www.yorku.ca/ Illustration av den inre strukturen av en lavaplanet i kallt tillstånd, som visar en magmahav på dagsidan överlagrad av en mineralatmosfär. Pilarna anger riktningen för värmetransporten i planetens inre och den värmestrålning som avges från dess nattsida. Upphovsman: Romain Jean-Jaques (Instagram: @romainjean.jacques)

"Lavaplaneter befinner sig i så extrema omloppsbanor runt sina stjärnor att vår kunskap om stenplaneter i solsystemet inte är direkt tillämplig för dem vilket gör forskarna osäkra på vad de kan förvänta sig när de observerar lavaplaneter", beskriver fhuvudförfattare till en ny artikel Charles-Édouard Boukaré, biträdande professor vid York Universitys avdelning för fysik och astronomi vid naturvetenskapliga fakulteten.

"Våra simuleringar föreslår ett konceptuellt ramverk för att tolka deras evolution och ger scenarier för att undersöka deras interna dynamik och kemiska förändringar över tid. Dessa processer, även om de är kraftigt förstärkta hos lavaplaneter, är i grunden desamma som de som formar stenplaneter i vårt solsystem.

Artikeln, "The role of interior dynamics and differentiation on the surface and atmosphere of lava planets", är skriven av Charles-Édouard Boukaré, försteförfattare   Assistant Professor in York University’s Department of Physics and Astronomy in the Faculty of Science.  Daphné Lemasquerier (University of St Andrews), Nicolas B. Cowan (McGill University), Lisa Dang (University of Waterloo), Henri Samuel, James Badro, Aurélien Falco och Sébastien Charnoz (Université Paris Cité).

Med hjälp av oöverträffade numeriska simuleringar förutsäger teamet två evolutionära tillstånd i slutändan:

• Helt smält inre (troligen unga planeter): Atmosfären speglar planetens sammansättning, och värmetransporten inuti det smälta inre håller nattytans yta varm och dynamisk.

• Mestadels fast inre (troligen äldre planeter): Endast ett grunt lavahav finns kvar på dagsidan och atmosfären blir utarmad på grundämnen som natrium, kalium och järn.

Boukaré förklarar att denna forskning på exoplaneter av lava började som ett mycket utforskande arbete med få initiala förväntningar. Det bygger på en ny modelleringsmetod som han utvecklade för att studera smälta stenplaneter i samarbete med kollegor vid Institute de Physique du Globe de Paris, Université Paris Cité, som publicerades i Nature tidigare i år.

Det som började som en explorativ studie har sedan dess öppnat en lovande ny forskningslinje. Förutsägelserna som beskrivs i detta arbete bidrog till att säkra 100 timmars observationstid på James Webb Space Telescope (JWST) – det mest avancerade infraröda observatorium som någonsin byggts, med en 6,5 meter lång segmenterad spegel och ultrakänsliga instrument som kan undersöka de tidigaste galaxerna och atmosfären hos avlägsna exoplaneter med oöverträffad precision. Dessa kommande JWST-observationer, ledda av medförfattaren Prof. Dang, kommer direkt att testa det teoretiska ramverket som föreslås i denna studie.

– Vi hoppas verkligen att vi kan observera och skilja gamla lavaplaneter från unga lavaplaneter. Om vi kan göra detta skulle det vara ett viktigt steg mot att gå bortom den traditionella ögonblicksbilden av exoplaneter, påtalar Boukaré.

Ljudstörning från det tidiga universum kan tolkas som att vi finns i ett gigantiskt tomrum

 

Bild https://theconversation.com  Illustration som visar att något fler galaxer bildats längs krusningarna av de ursprungliga ljudvågorna (markerade med blått) än någon annanstans. Sedan sträcktes galaxernas ringar ut i takt med universums expansion. Övriga galaxer är nedtonade i  bilden för att  effekten lättare ska ses. Nasa

Om man ser upp på natthimlen kan det verka som om vårt kosmiska grannskap är fullt av planeter, stjärnor och galaxer. Men forskare har länge föreslagit att det kan finnas mycket färre galaxer i vår kosmiska omgivning än vad man tror.

I själva verket verkar det som om vi lever i ett gigantiskt kosmiskt tomrum med ungefär 20 % lägre densitet än den genomsnittliga densiteten av materia i övriga kosmos.

Alla fysiker är inte övertygade om att så är fallet. Men i en ny artikel i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society beskrivs teorin.

Kosmologin befinner sig i en kris och krisen är Hubbles lag  : då det lokala universumet verkar expandera cirka 10 procent snabbare än väntat. Den förutspådda hastigheten kommer från extrapolering av observationer av det unga universum fram till idag med hjälp av standardmodellen för kosmologi, känd som Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM). 

Vi kan observera det tidiga universum i detalj genom den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), en relik från det tidiga universum när det var 1 100 gånger mindre än det är idag. Ljudvågor i det tidiga universum skapade slutligen områden med låg och hög densitet och temperaturer.

Genom att studera CMB:s temperaturfluktuationer på olika skalor kan vi i princip "lyssna" på ljudet från det tidiga universum som är särskilt "bullrigt" på vissa skalor. beskriver Banik och tillägger "Mina kollegor och jag har tidigare argumenterat för att spänningen i Hubble-systemet kan bero på att vi befinner oss i ett stort tomrum. Det beror på att den glesa mängden materia i tomrummet skulle attraheras av gravitationen till den tätare materian utanför det, och materia kontinuerligt flödar ut ur tomrummet.

I tidigare forskning har vi (studiens forskare Indranil BaniPostdoktoral forskare i astrofysik, University of Portsmouth, Vasileios Kalaitzidis Scottish Universities Physics Alliance, University of Saint Andrews, North Haugh, Saint Andrews, Fife KY16 9SS, Storbritannien) visat att detta flöde skulle få det att se ut som om det lokala universumet expanderar cirka 10 % snabbare än väntat. Det skulle lösa Hubbles lags motsättning.

Men de ville ha mer bevis. Och vi vet att ett lokalt tomrum skulle förvränga förhållandet mellan BAO-vinkelskalan och rödförskjutningen något på grund av den snabbare rörliga materian i tomrummet och dess gravitations effekt på ljuset utifrån.

Lever vi i ett gigantiskt tomrum? Det skulle kunna lösa gåtan med universums expansion

Så i den nya artikel har Vasileios Kalaitzidis och Indranil försökt testa tomrumsmodellens förutsägelser med hjälp av BAO-mätningar som samlats in under de senaste 20 åren. De jämförde tidigare  resultat med modeller utan tomrum under samma bakgrundsexpansionshistorik.

I den tomma modellen ska BAO-linjalen se större ut på himlen vid varje given rödförskjutning. Och detta överskott borde bli ännu större vid låg rödförskjutning (nära avstånd), i linje med Hubbles lag.

Observationerna bekräftar denna förutsägelse. Våra resultat tyder på att ett universum med ett lokalt tomrum är ungefär hundra miljoner gånger mer sannolikt än ett kosmos utan ett sådant, när man använder BAO-mätningar och antar att universum expanderar enligt standardmodellen för kosmologi som ses av CMB.

Vår forskning visar att ΛCDM-modellen utan något lokalt tomrum befinner sig i "3,8 sigma-spänning" med BAO-observationerna. Detta innebär att sannolikheten för ett universum utan ett tomrum som passar dessa data är mindre sannolik. Kort sagt  modeller som visar tomrum passar insamlad data ganska bra.

Vädersolar (sun dogs) kan uppstå på vissa exoplanter

 

Bild wikipedia Mycket ljusa vädersolar  i Fargo, North Dakota. Man kan också se delar av 22° halo (bågarna som passerar genom varje väderbåge), en solpelare (den vertikala linjen) och en parhelisk cirkel (den horisontella linjen).

Iskristaller i jordens atmosfär är ibland exakt rätt inriktade för att skapa olika visuella effekter av en halo runt månen till ljusa fläckar som kallas vädersolar på vardera sidan av solen på en vinterhimmel, eller en pelare med regnbågar, som kallas en kronblixt ovanför ett stormmoln.

Cornell-astronomer har funnit att liknande fenomen kan dyka upp på himlen över vissa exoplaneter. De så kallade heta Jupiter-sorten. En vanlig typ av gasformiga jätteplaneter som kretsar nära sin värdstjärna. På WASP 17b , en het exoplanet i Jupiterklassen kan vindar på 10 000 kilometer i timmen rikta in partiklar i moln som består av kvarts och andra kristallina mineralaerosoler. Detta ger förhållanden där polariserande stoft troligen kan interagera med stjärnljus på samma sätt som iskristaller interagerar med solljus på jorden.

"Precis som bildningen av iskristaller i jordens atmosfär får observerbara fenomen, kan vi observera inriktningen av silikatkristaller i heta Jupiter-exoplaneter", beskriver Elijah Mullens, MS '24, doktorand i astronomi och medförfattare till studien.

"Silicate Sundogs: Probing the Effects of GrainDirectionality in Exoplanet Observations" publicerad i The Astrophysical Journal Letters den 21 juli. I artikeln föreslår Mullens och medförfattaren Nikole Lewis, docent i astronomi vid College of Arts and Sciences, att förhållandena är de rätta i exoplanetens atmosfär för att vinden ska kunna rikta in silikatkristaller. En process som kallas mekanisk inriktning vilken skapar visuella effekter.

Högenergirika partiklar i rymden kan bevara liv under Mars yta.

 

Bild wikipedia Mars i naturlig färg tagen av Förenade Arabemiratens första rymdsond. rymdsonden Hope. Tharsis Montes kan ses i mitten, med Olympus Mons precis till vänster och Valles Marineris till höger.

I en ny studie från NYU Abu Dhabi beskrivs hur man funnit att högenergirika partiklar från rymden i form av kosmisk strålning, kan skapa den energi som behövs för att stödja liv under dess yta på planeter och månar i vårt solsystem.

NYU Abu Dhabi är det första omfattande liberala konst- och forskningscampuset i Mellanöstern som drivs utomlands av ett stort amerikanskt forskningsuniversitet. Times Higher Education rankar NYU ses som de 35 bästa universiteten i världen, vilket gör NYU Abu Dhabi till det högsta globalt rankade universitetet i Förenade Arabemiraten och MENA-regionen. NYU Abu Dhabi har integrerat en mycket selektiv läroplan för grundutbildningen.

Forskningsresultatet visar att kosmisk strålning inte bara kan vara ofarlig i vissa miljöer utan även kan hjälpa mikroskopiskt liv att överleva. Detta studieresultat utmanar den traditionella uppfattningen att liv bara kan existera i direkt solljus eller vulkanisk värme.

Teamet fokuserade på vad som händer när kosmisk strålning träffar vatten eller is under marken. Händelsen bryter sönder vattenmolekyler och frigör små partiklar  i form av elektroner. Vissa bakterier på jorden kan använda dessa elektroner till energi, på samma sätt som växter använder solljus. Processen kallas radiolys , och processen kan bevara liv även i mörka, kalla miljöer utan solljus.

Med hjälp av datorsimuleringar har forskarna studerat hur mycket energi denna process skulle kunna ge på Mars och på de isiga månarna runt Jupiter och Saturnus. Dessa månar är täckta av tjocka lager av is och tros innehålla vatten under isen. I studien fann visas att Saturnus isiga måne Enceladus hade störst potential att stödja liv på detta sätt, följt av Mars och därefter Jupiters måne Europa.

- Upptäckten förändrar vårt sätt att tänka på var liv kan finnas, beskriver Dimitra Atri, försteforskare vid Space Exploration Laboratory vid NYUAD:s Center for Astrophysics and Space Science (CASS och som var den som ledde forskningsprojektet. 

– I stället för att bara leta efter solvarma planeter kan vi nu titta på platser som är kalla och mörka, så länge de har lite vatten under ytan och utsätts för kosmisk strålning. Livet kanske kan överleva på fler platser än vi kan föreställa oss."

Studien introducerar en ny idé som kallas den Radiolytic Habitable Zone. Till skillnad från den traditionella "Guldlockszonen" området runt en stjärna där en planet kan ha flytande vatten på sin yta fokuserar denna nya zon på platser där vatten finns under jorden och kan aktiveras av kosmisk strålning. Eftersom kosmisk strålning finns i hela rymden kan det betyda att det finns många fler platser i universum där liv kan existera än vi trodde.

Resultaten ger ny vägledning för framtida rymdfärder. I stället för att bara leta efter tecken på liv på ytan kan forskare också utforska underjordiska miljöer på Mars och de isiga månarna med hjälp av verktyg som kan upptäcka kemisk energi under ytan som skapats av kosmisk strålning.

Studien, som är publicerad i International Journal of Astrobiology,  av Dimitra Atri, med kolleger vid Space Exploration Laboratory vid NYUAD:s Center for Astrophysics and Space Science (CASS).

Lös byggproblem i rymden och få användning för metoderna på Jorden.

 

Bild Texas https://stories.tamu.edu  A&M-professorn Dr. Nancy Currie-Gregg sätter upp en flagga för det nya Texas A&M University Space Institute under en  ceremoni i höstas. Anläggningen i Houston ska stå klar hösten 2026. Upphov: Texas A&M University Engineering

Månbaser planeras till 2030 och en tur- och returresa till Mars 2039.

Dessa rymdplaner kräver byggnader att bo och arbeta i vilket är en utmaning eftersom det kostar allt från 500 000 dollar till 1 miljon dollar att frakta upp ett kilo av vad som helst i rymden. Det innebär att byggandet istället måste ske i tyngdlöshet på plats med material som är tillgängligt vilket är minst sagt utmanande. 

Dr. Patrick Suermann, professor i byggvetenskap vid Arkitekthögskolan, och civil- och miljöingenjör och  pensionerad överstelöjtnant i det amerikanska flygvapnet, vars passioner kombineras vid Texas A&M University och även är delägare i Texas A&M College of Engineering där NASA bygger för framtiden för rymdutforskning genom innovativ forskning som bedrivs i mer än ett dussin centra och laboratorier vid A&M, och snart ska expandera till Johnson Space Center i Houston.

I rymden finns det inget utrymme för slöseri, ineffektivitet eller fel. Forskare som Suermann studerar därför hur autonoma system, robotik och avancerade material kan användas för att bygga strukturer på månen och Mars med material (mineral) som finns på plats. Samma teknik kan även anpassas för att förbättra säkerheten, minska kostnaderna och öka hållbarheten i jordbaserat byggande. "Ju mer vi kan omvandla konstruktion till tillverkning med materia på plats, desto effektivare kommer vi att bli", beskriver Suermann. "Produkterna i de stora varuhusen skulle inte vara så billiga om folk inte hade behärskat effektiviteten vid tillverkningen. Men eftersom vi måste bygga projekt på plats och de flesta av dem är specialtillverkade engångsprojekt, är byggprojekt ineffektiva och dyra."

Hans teams arbete med att 3D-printa månklossar har direkta tillämpningar för katastrofhjälp och fjärrbyggande på jorden. Regolith [jord och bruten sten] på månen anses vara lämplig för byggande, så Suermann har visionen av genomförbarheten av att bygga med lokala material även på jorden, särskilt på landsbygden eller i underutvecklade områden på jorden istället för att exportera byggmaterial dit.

Han pekar också på behovet av nya standarder och processer. "Vi designar saker som kan motstå krafterna på månen och Mars", beskriver  han. "Vi etablerar ny kunskap och nya processer som bör implementeras i allt byggande om vi ska vara konkurrenskraftiga."

Det verkar som om livet kom till Jorden från yttre rymden.

 

Bild https://www.mpg.de/ Illustratörs bild av den planetbildande skivan runt stjärnan V883 Orionis. I den yttersta delen av skivan ses flyktiga gaser frusna ut och liknar is. De innehåller komplexa organiska molekyler. Ett energiutbrott från stjärnan värmer upp den inre skivan till en temperatur som förångar isen och frigör de komplexa molekylerna vilket gör det möjligt för astronomer att upptäcka skivan. Den infällda bilden visar den kemiska strukturen hos de komplexa organiska molekyler som detekterats och förmodats i den protoplanetära skivan (från vänster till höger) som propionitril (etylcyanid), glykolonitril, alanin, glycin, etylenglykol, acetonitril (metylcyanid). © Foto: ESO/L. Calçada/T. Müller (MPIA/HDA) (cc by 4.0)

Med hjälp av teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array i Chile) har ett forskarlag under ledning av Abubakar Fadul vid Max Planck-institutet för astronomi (MPIA) upptäckt komplexa organiska molekyler inklusive den första preliminära upptäckten av etylenglykol och glykolonitril i den protoplanetära skivan (roterande cirkumstellär skiva med tät gas som omger en mycket ung stjärna) runt protostjärnan V883 Orionis (som finns i Orionnebulosan 1305 ljusår från oss). 

Dessa föreningar anses vara föregångare till livets byggstenar. En jämförelse av olika kosmiska miljöer avslöjar att mängden och komplexiteten hos molekyler som dessa ökar i stjärnbildningsområden till fullt utvecklade planetsystem. Detta tyder på att livets frön samlas i rymden och är utbredda. MPIA-teamet som var involverat i denna studie bestod av Abubakar Fadul, Kamber Schwarz och Tushar Suhasaria.

Andra forskare  som deltog i projektet var Jenny K. Calahan (Center for Astrophysics – Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA), Jane Huang (Department of Astronomy, Columbia University, New York, USA) och Merel L. R. van 't Hoff (Department of Physics and Astronomy, Purdue University, West Lafayette, USA