NY teori som omtolkar kvantmekaniken vid BigBang

 

Bild wikipedia Ett exempel på kvantmekanik. Casimirexperimentet påvisade att negativ energi kan existera i samband med virtuella partiklar och till och med förflytta två metallplattor nära varandra.

Dr. Niayesh Afshordi, professor i fysik och astronomi vid University of Waterloo och Perimeter Institute (PI) var ledare för forskargruppen som utarbetade en ny metod till att kombinera gravitation med kvantfysik. Reglerna som styr hur de minsta partiklarna i universum beter sig. Även om allmänna relativitetsteorin  har varit framgångsrik i mer än ett sekel bryter den ihop vid de extrema förhållanden som rådde då universum kom till enligt nuvarande teori om Big Bang. För att lösa detta problem använde teamet kvadratisk kvantgravitation vilken förblir matematiskt konsekvent även vid extremt höga energier liknande energin som fanns under Big Bang.

De flesta befintliga förklaringar till Big Bang bygger på Einsteins gravitationsteori, plus ytterligare komponenter som lagts till efter hand. Ovan nya tillvägagångssätt erbjuder en mer enhetlig bild som kopplar universums tidigaste ögonblick till den välbeprövade kosmologi som forskare observerar idag.

Forskarteamet fann att Big Bangs snabba tidiga expansion kan uppstå naturligt från denna enkla, konsekventa teori om kvantgravitation, utan att lägga till några extra ingredienser. Denna tidiga expansionsexplosion, oftast kallad inflation, är en central idé i modern kosmologi eftersom den förklarar varför universum ser ut som det gör idag.

Deras nya modell förutspår också ett minimum av de första små gravitationsvågorna. De små krusningar i rumtidens geometri som skapades i de första ögonblicken efter Big Bang. Dessa signaler söks och hoppas upptäckas i kommande experiment vilket ger en sällsynt möjlighet att testa idéer om universums kvantursprung.

"Vårt arbete visar att universums explosiva tidiga tillväxt kunde skett direkt från en djupare gravitationsteori," beskriver  Afshordi. "Istället för att lägga till nya delar till Einsteins teori fann vi att den snabba expansionen uppstår naturligt när gravitationen behandlas på ett sätt som förblir konsekvent vid extremt höga energier."

Forskarna blev förvånade över hur testbar deras teori visade sig vara.

"Även om denna modell hanterar otroligt höga energier, leder den till tydliga förutsägelser som dagens experiment kan leta efter," beskriver Afshordi. "Den direkta kopplingen mellan kvantgravitation och insamlad data är sällsynt och spännande."

Tidpunkten för detta arbete är betydelsefull. Kosmologin går in i en ny era av precision, där nya instrument kan mäta universum med en aldrig tidigare möjlig noggrannhet. Kommande galaxundersökningar, experiment med kosmisk bakgrund och gravitationsvågsdetektorer blir nu tillräckligt känsliga för att testa idéer som tidigare var rent teoretiska men omöjliga att bevisa eller bekräfta. Samtidigt hittar forskare begränsningar i de enklaste modellerna för tidig universumexpansion vilket ökar behovet av nya angreppssätt grundade i grundläggande fysik.

Upptäckt av två galaxers kollision

 

Bild Med hjälp av ( Canada-France-Hawaiʻi-teleskope)CFHT fångade astronomerna  detaljerade, fullständiga vyer av två galaxer i kollision i en enda bild. Något som i en avlägsen framtid även kommer att ske  mellan Vintergatan och Andromedagalaxen.

En ny studie med huvudforskare R. Pierre Martin, professor i astronomi vid UH Hilo, och internationella forskare som doktoranden Camille Poitras och kollegor vid Université Laval i Québec, Kanada, simulerade man det förflutna, nuet och framtiden för två spiralgalaxer, NGC 2207 och IC 2163. 

Teamet använde ett unikt instrument på CFHT kallat SITELLE  vilket kan fånga otroligt detaljerade vyer av hela galaxer på en bild.

”Att förstå vad som händer under dessa kollisioner är grundläggande för vår kunskap om galaxernas utveckling i allmänhet”, beskriver Martin. ”Vår egen galax, Vintergatan, har genomgått flera interaktioner under sin livstid, varav en av dem sannolikt utlöste bildandet av vår sol för cirka 5 miljarder år sedan.”

Interaktionen började för ungefär 440 miljoner år sedan för NGC 2207 och IC 2163. Sedan dess har galaxerna sammanslagits, dragits isär och återförenats flera gånger. Med tiden förväntas de smälta samman till en enda galax, vars ursprungliga strukturer inte går att känna igen.

För att spåra den utvecklingen körde teamet hundratals datasimuleringar och kartlade gasrörelser, stjärnbildningar,  supernovaexplosioner, kemisk anrikning och strukturella förändringar under mer än 600 miljoner år.

Studien visar hur dessa möten omformar galaxer, såsom att blanda element, utlösa ny stjärnbildning och påverka hur planetsystem kan uppstå.

Pierre är snabb med att betona att Poitras var studiens huvudförfattare och hade ansvaret för det mesta av arbetet som sammanfattades i artikeln. För Poitras, som började arbetet som student, belyser projektet värdet av tidig forskningserfarenhet. Samma praktiska tillvägagångssätt är centralt vid UH Hilo.

Studien publicerades nyligen i Monthly Notices. 

En stjärna som inte påverkats sedan universums gryning

 

Bild https://www.eurekalert.org En konstnärs föreställning (inte i skala) av den röda jättstjärnan SDSS J0915-7334, som blev till nära det stora Magellanska molnet och sedan dess svävat vidare in mot Vintergatan.

Astronomer använde Sloan Digital Sky Survey-V (SDSS-V)-data och observationer på Magellanteleskopen vid Carnegie Sciences Las Campanas-observatorium i Chile i upptäckten av den mest opåverkade stjärnan sedan BigBang i det kända universum. Stjärnan SDSS J0715-7334. Under ledning av Alexander Ji vid University of Chicago tidigare postdoktoral forskare vid Carnegie Observatories och  Carnegie-astrofysikern Juna Kollmeier vilken var ledare av SDSS, nu i sin femte generation. Identifierade forskarteamet en stjärna från bara den andra generationen av himlakroppar i kosmos vilka bildats bara några miljarder år efter att universum kom till.

"Dessa tidiga orörda stjärnor är fönster in till stjärnornas och galaxernas gryning i universum," förklarar Ji. Flera av hans och Kollmeiers medförfattare till artikeln nedan är grundutbildningsstudenter vid UChicago vilka Ji tog med till Las Campanas på en observationsresa under vårlovet förra året. "Mitt första besök på LCO (Las Campanas Observatory in Chile) var där jag blev intresserad av astronomi, och det var speciellt att få dela en så formativ upplevelse med mina studenter."

Big Bang resulterade i en het, grumlig soppa av energirika partiklar. Med tiden, när detta material expanderade, började det kylas och samlas till neutral vätgas. Vissa områden var tätare än andra och efter några hundra miljoner år övervann gravitationen universums utåtriktade bana och materialet kollapsade inåt. Detta blev den första generationen stjärnor som bildades av enbart orörd väte och helium.

Dessa stjärnor brann hett och utplånades unga. Men inte innan de producerade nya grundämnen i sina inre som spreds ut i kosmos genom dessa stjärnors supernovor. Ur detta skräp blev  nya stjärnor till, som nu bestod av ett bredare spektrum av ämnen än sina föregångare.

"Alla de tyngre grundämnena i universum, som astronomer kallar metaller, producerades genom stjärnprocesser från fusionsreaktioner som sker genom supernovaexplosioner till kollisioner mellan mycket täta stjärnor," beskriver Ji. "Så, att hitta en stjärna med väldigt lite metallinnehåll i berättade för den här gruppen elever att de hade stött på något väldigt speciellt."  Deras arbete publiceras i Nature Astronomy. 

Härifrån kom materian som byggde upp jorden

 

Bild   ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) son visar ungefär hur jordens bildning i vårt solsystem kan ha sett ut. Uppkomsten av två planeter (ljusbruna prickar) i en protoplanetär skiva runt den unga stjärnan WISPIT 2. (Bild: ESO / C. Lawlor, R. F. van Capelleveen m.fl. / Creative Commons BY

Forskare har länge debatterat varifrån materialet som bildade vår jord kom. Trots dess läge i det inre solsystemet anser de det sannolikt att 6–40 procent av detta material måste ha kommit från det yttre solsystemet. Det vill säga bortom Jupiters bana.

Under lång tid ansågs material från det yttre solsystemet nödvändigt för att  flyktiga komponenter som vatten skulle nå jorden. Följaktligen måste det ha skett ett utbyte av material mellan det yttre och inre solsystemet under jordens bildande. Men är det verkligen sant? Planetforskarna Paolo Sossi och Dan Bower från ETH Zürich jämförde befintlig data om isotopförhållandena för ett brett spektrum av meteoriter, inklusive de från Mars och asteroiden Vesta med jordens. Isotoper är syskonatomer av samma grundämne (samma antal protoner men olika antal neutroner) som har olika massa.

Forskarna analyserade dessa data på ett nytt sätt och kom fram till en överraskande slutsats: materialet som utgör jorden kommer helt från solsystemets inre region.

Material från det yttre solsystemet, däremot, står sannolikt för mindre än två procent av jordens massa, eller ens ingenting alls. Den motsvarande studien har nyligen publicerats i tidskriften Nature Astronomy.

"Våra beräkningar gör det tydligt jordens byggmaterial kommer från en enda materialreservoar,"beskriver Sossi. Hans kollega Bower tillägger: "Vi blev verkligen förvånade över att jorden helt består av material från det inre solsystemet skiljt från någon kombination av befintliga meteoriter."

För sin studie använde ETH-forskarna befintliga data om tio olika isotopiska system från meteoriter och analyserade dem med en specialiserad statistisk metod. Tidigare studier har mestadels betraktat endast två isotopsystem.

"Våra studier är faktiskt datavetenskapliga experiment," beskriver Sossi. 'Vi utförde statistiska beräkningar som sällan används inom geokemi trots att de är ett kraftfullt verktyg. Men varför finns det två distinkta materialreservoarer i vårt solsystem? 

Forskare antar att vårt solsystem delades upp i två reservoarer under dess bildning på grund av Jupiters snabba tillväxt och storlek. Gasjättens gravitation rev upp en lucka i den protoplanetära skivan som kretsar kring den unga solen. Dessa skivor är ringformade och består av gas och damm; De är planeternas födelseplats. Jupiter förhindrade material från det yttre solsystemet från att komma in i den inre regionen. Men i vilken utsträckning denna barriär var genomsläpplig var fortfarande oklart fram till nu.

I sin nya analys visar de två ETH-forskarna att nästan inget material från bortom Jupiter flödade mot jorden. "Våra beräkningar är mycket robusta och bygger enbart på själva datan inte på fysiska antaganden eftersom dessa ännu inte är helt förstådda," betonar Bower. Analysen visar också att jordens materialsammansättning liknar den hos Vesta och Mars.Forskarna misstänker  att Venus och Merkurius ligger på samma linje. "Baserat på vår analys kan vi teoretiskt förutsäga sammansättningen av dessa två planeter," beskriver Paolo Sossi. Han kan dock inte verifiera detta analytiskt eftersom inga stenprover från Merkurius och Venus, som är de två innersta planeterna i solsystemet, för närvarande finns tillgängliga för forskarna.

Mörk materia är kanske inte ett slags materia.

 

Bild Projicerad mörk materia-täthetsfördelning och de inducerade starka linskritiska kurvorna i en tvåkomponents självinteragerande mörk materia-modell. Källa: Science China Press

I årtionden har den ledande förklaringen varit modellen "av den kalla mörka materian"  att mörk materie-partiklar rör sig långsamt och endast interagerar genom gravitation. Det ramverket har varit anmärkningsvärt framgångsrikt. Men de senaste högprecisionsobservationerna avslöjar teorins begränsningar.

I vissa dvärggalaxer verkar mörk materia ovanligt "diffus", med en lägre densitet i  centrum än väntat. Samtidigt har studier av stark gravitationslinsning avslöjat extremt täta klumpar av mörk materia som är mycket mer kompakta än vad standardteorier förutsäger. Dessa motstridiga observationer har funnits  i åratal och är svåra att förena inom en enda ram.

I en nyligen genomförd studie (se nedan) under ledning av fysiker vid Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences (CAS), erbjuds en möjlig lösning. Teamet föreslår att mörk materia kanske inte består av en enda typ av partikel, utan istället består av partiklar med olika massor. Forskarna föreslår en modell av "tvåkomponents självinteragerande mörk materia". I denna teori består mörk materia av minst två typer av partiklar, en tyngre och en lättare. Dessa partiklar interagerar inte bara genom gravitation utan även genom direkta kollisioner vilket leder till en process som kallas "mass segregation." 

Med tiden gör denna effekt att tyngre mörk materia-partiklar rör sig inåt mot galaxernas centrum, medan lättare partiklar sprider sig utåt. En liknande process sker i stjärnhopar, där mer massiva stjärnor driver mot centrum och lättare rör sig längre bort.

När astronomiska undersökningar och linsmätningar fortsätter att förbättras kan forskare kanske använda dessa "kosmiska förstoringsglas" för att testa om mörk materia verkligen har flera komponenter. Sådana fynd kan avsevärt omforma vår förståelse av universum.

 Arbetet är den andra studien från Purple Mountain Observatory-teamet i Kina  som fokuserar på tvåkomponents självinteragerande mörk materia och publicerades nyligen i Science Bulletin. I en tidigare artikel publicerad i Physical Review D undersökte forskarna hur mass segregation påverkar kärntäthetsprofilerna i dvärggalaxer.

Den nya studien är publicerad som “Self-interacting dark matter with mass segregation: a unified explanation of dwarf cores and small-scale lenses” by Daneng Yang, Yi-Zhong Fan, Siyuan Hou and Yue-Lin Sming Tsai, 3 February 2026, i Science Bulletin. 

I Tessteleskopets insamlade data fanns flera oupptäckta exopaneter

 

Bild wikipedia på Tess teleskopet som sändes upp 2028 med uppdraget att undersöka de ljusstarkaste stjärnorna nära jorden (över 200 000) för att hitta exoplaneter över en tvåårsperiod. Teleskopet är ännu i drift. https://tess.mit.edu/

Astronomer vid University of Warwick har validerat över 100 exoplaneter, inklusive 31 nyligen upptäckta planeter, med hjälp av ett nytt verktyg för artificiell intelligens som tillämpas på data från NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ett rymduppdrag som övervakar himlen för den subtila förmörkningen av stjärnljus som orsakas när planeter passerar framför sina värdstjärnor.

Med denna väl karakteriserade uppsättning validerade planeter kunde teamet gå bortom enskilda upptäckter och studera populationen av närliggande exoplaneter i detalj. I en kompletterande MNRAS-studie mätte de hur ofta nära omloppsbanande planeter förekommer runt solliknande stjärnor; och kartlade resultaten över omloppstider och planetstorlekar med exempellös detaljrikedom.

De fann att cirka 9–10 % av solliknande stjärnor har en näraliggande planet, vilket överensstämde med NASAs Kepler-uppdrag – ett rymdteleskop som tidigare mätt hur vanliga planeter är runt andra stjärnor, men RAVEN hade osäkerheter upp till tio gånger mindre.

Studien ger också den första direkta mätningen av "neptunska ökenplaneter", vilket visar att de bara förekommer runt 0,08 % av solliknande stjärnor.

I den publicerade artikeln i MNRAS  (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) använde teamet sin nyutvecklade AI-pipeline kallad RAVEN på observationer av över 2,2 miljoner stjärnor som samlats in under TESS första fyra år av verksamhet. De fokuserade på att hitta planeter som kretsar nära sina stjärnor och fullbordar en omloppsbana på mindre än 16 dagar vilket ger den mest exakta bedömningen av hur vanliga dessa kortperiodiska världar är.

Lämpliga exomånar för att hysa liv

 

Bilden En realistisk skildring av en fritt flytande gasjätteplanet med en jordliknande måne som kanske kan  hysa liv (jordliknande måne) © Dahlbüdding/DALL-E

Flytande vatten anses vara nödvändigt för att liv ska kunna uppkomma. Överraskande nog kan dessa stabila förhållanden som gynnar liv existera långt från vilken stjärna som helst (vatten finnas).

 Ett forskarteam från Excellence Cluster ORIGINS vid LMU (Ludwig-Maximilians-Universität München) och Max Planck-institutet för utomjordisk fysik (MPE) har visat att månar runt fritt flytande planeter (planeter utan närhet till en sol) kan flytande vattenhav i upp till 4,3 miljarder år tack vare täta väteatmosfärer och tidvattenuppvärmning – det vill säga nästan lika länge som jorden har funnits och tillräckligt med tid för att komplext liv ska kunna utvecklas. Planetsystem bildas ofta under instabila förhållanden.

Om unga planeter kommer för nära sin sol kan de kastas  ur sina banor. Detta skapar fritt svävande planeter (FFP), som vandrar genom galaxen utan en sol. I en tidigare studie av LMU-fysikern Dr. Giulia Roccetti har visats att gasjättar som kastats ut från sin stjärna inte nödvändigtvis förlorar  sina månar i processen. Utkastningen förändrar dock månarnas banor. De blir mycket elliptiska så  avståndet till planeten ständigt förändras. De då resulterande tidvattenkrafterna deformerar rytmiskt dessa månar komprimerar dess inre och genererar värme genom friktion.

Denna tidvattenuppvärmning kan vara tillräcklig för att upprätthålla hav av flytande vatten på ytan även utan den frånvarande energin från en stjärna  i det kalla interstellära rummet. Atmosfär avgör om denna värme behålls vid ytan. På jorden fungerar koldioxid som en effektiv växthusgas.

Tidigare studier hade visat att koldioxid kan stabilisera livsvänliga förhållanden på exomånar under perioder på upp till 1,6 miljarder år. Under de extremt låga temperaturerna i fritt flytande system skulle dock koldioxid kondensera vilket gör att atmosfären förlorar sin skyddande effekt och värme att läcker ut.  Tidvattenkrafter kan däremot inte bara tillföra värme utan också driva processer till kemisk utveckling. Periodisk deformation ger upphov till lokala våta och -torra cykler där vatten avdunstar och sedan kondenserar igen. Sådana cykler anses vara en viktig mekanism för bildandet av komplexa molekyler och kan underlätta steg på vägen mot livs uppkomst.

Fritt flytande planeter anses vara vanliga. Enligt uppskattningar kan det finnas lika många av dessa 'nomadiska' planeter i Vintergatan som det finns stjärnor. Deras månar kan erbjuda stabila livsmiljöer under långa perioder. Dessa nya teorier  kan därmed avsevärt bredda spektrumet av möjliga miljöer som kan hysa liv och visa att liv kan uppstå och bestå även i galaxens mörkaste regioner.