Spåren efter de första stjärnorna kan ses än i dag

 

Bild  https://www.bath.ac.uk  Datasimulering av de första galaxerna i universum. Kredit: Harley B. Katz, Martin P. Rey

Forskare har använt några av de mest detaljerade datasimuleringarna hittills av det tidiga universum till att undersöka hur de första stjärnorna och galaxerna bildades.

Under ledning av forskare vid University of Bath, tillsammans med samarbetspartners vid University of Chicago i USA och Institut d'Astrophysique de Paris i Frankrike, använde de i MEGATRON-projektet 

avancerade simuleringar för att utforska hur de första stjärnorna och galaxerna lyste upp det tidigare mörka kosmos och berikade det med de kemiska grundämnen som senare skulle bli byggstenarna till allt.

Resultaten av studien av de första stjärnorna visar att det är avgörande att noggrant fånga samspelet mellan stjärnljus, gas och nybildade grundämnen för att koppla samman två tidigare separata vyer av det tidiga universum (det mörka och det ljusa universum eller mörka och synliga universum). Arbetet innefattade observationer av unga galaxer med  hjälp avJames Webb Space Telescope (JWST) av de kemiska ledtrådar som bevarats i uråldriga stjärnor i och runt Vintergatan.

Studiens resultat antyder att förenklade datamodeller kan underskatta stjärnstrålningens komplexa kemiska processers påverkan på gasen runt galaxerna. Genom att modellera dessa effekter med exceptionellt hög upplösning löste teamet upp strukturer i gasen som inte fångas upp i enklare datamodeller vilket hjälpte till att förbättra förutsägelserna för nuvarande och framtida astronomiska observationer. Dr Martin Rey från fysikinstitutionen vid University of Bath  ledande bidragsgivare till MEGATRON-samarbetet, påtalar: "James Webb Space Telescope ger oss en direkt inblick i det unga kosmos, medan stjärnarkeologi låter oss studera reliker från de tidigaste tiderna i vårt galaktiska grannskap”.

Simuleringarna började med orörd gas utan tunga grundämnen vilket speglar förhållandena strax efter Big Bang. De följer sedan de första stjärnornas tillblivelse den strålning de då avger, supernovaexplosionerna som markerar deras utplåning och spridningen av nyss uppkomna grundämnen till efterföljande generationer av stjärnor och galaxer.

Att förstå denna process är centralt för en av astronomins mest grundläggande frågor, varifrån grundämnena som utgör dagens universum kommer.

Dr Rey beskriver: "De grundämnen som gör vår värld och vårt liv möjligt  kol, syre, järn  med flera  smiddes av stjärnor och då till stor del vid supernovor. För att förstå var dessa grundämnen kom ifrån måste vi förstå hur de första stjärnorna bildades och berikade sin omgivning. I MEGATRON projeketet görs det möjligt  att testa dessa idéer direkt genom att jämföra detaljerade datasimuleringar med observationer från JWST och de kemiska fingeravtryck som bevarats i uråldriga stjärnor."

Framåt planerar teamet att använda MEGATRON för att stärka kopplingarna mellan teori och framväxande observationsdata. MEGATRON-projektet startade 2023 och är planerat att pågå till 2030. När JWST fortsätter att förändra vår förståelse av de tidigaste galaxerna kommer storskaliga stjärnundersökningar att ge alltmer detaljerad information om uråldriga stjärnor i och runt Vintergatan.

Fyra studier är publicerade i Open Journal of Astrophysics från MEGATRON-projektet där man kombinerade banbrytande kosmologiska simuleringar med sofistikerade modeller av strålning, kemi och galaxbildning. Tillsammans utgör dessa samarbetets första betydande publicerade resultat, med förväntade ytterligare artiklar att följa. 

Kan det finnas en civilisation där ute i rymden som snart invaderar oss?

Bild https://www.rymdstyrelsen.se Trappistsystemet finns 40 ljusår bort och här finns sju jordliknande planetersom är mycket äldre än jorden. 

Inom Science fiction antyds att livet på andra planeter, om det existerar, sannolikt består av mycket mer avancerad teknisk civilisation än jordens. Men en nyligen genomförd studie tyder på något helt annat.

I den nya studien (se nedan) under ledning av Chris Doughty, professor i ekoinformatik vid Northern Arizona University föreslås i vilken utsträckning livet på potentiellt beboeliga exoplaneter i jordens granngalaxer är avancerat sannolikt är relaterat till framväxten av en civilisation eller livsformer inte bara hur mycket tid som gått. Det betyder att även om jorden är ung jämfört med några av sina stjärngrannars planeter som i flera fall är miljarder år äldre än jorden så utvecklades livet på dessa exoplaneter (kanske) under sämre förhållanden för kumulativ fotosyntes och därmed sannolikt långsammare under miljarder år än jordens liv under färre miljarder år.

"Fysikern Enrico Fermi (1901 -1954  som fick nobelpriset i fysik 1938) frågade sig i sin berömda paradox  på sannolikheten för intelligent liv i galaxen, 'Var är de?'  beskriver Doughty och tillägger "Denna paradox antyder att vårt exoplanetstjärnområde kan vara lugnt eftersom de flesta jordliknande planeter nära oss sannolikt ligger evolutionärt efter oss och fortfarande befinner sig i mikrobiella stadiet. Vilket betyder att vi kan sova gott, för om livet på dessa exoplaneter utvecklades precis som på jorden, kommer de flesta av dessa planeter bara vara fyllda med mikrober och inte avancerade utomjordingar."

Så fungerade det troligast på jorden. Ungefär 2,4 x 1025 Gram kol var fixerade under de 3,2 miljarder år innan livskraftiga kärlväxter utvecklades. Över tid blev 7 x 1025 gram mer kol fixerat då ’tr vi inne i den tid då  människan utvecklades. Forskarna uppskattar att TRAPPIST-1e endast har fixerat 21 % av den halt av kol jorden har trots att TRAPPIST-1e är flera miljarder år äldre än jorden.

"Eftersom detta är mindre än vad jorden hade innan utvecklingen av mer effektiva kärlväxter uppkom uppskattade vi att TRAPPIST-1e kanske bara befinner sig i det mikrobiella utvecklingsstadiet,"påtalar medförfattaren till studien nedan Cameron Hrabak, en alumn (tidigare student) vid Northern Arizona University.

Forskarna gjorde liknande beräkningar för de 29 exoplaneter som finns i jordens närområde vilka teoretiskt kan ha liv och fann endast två planeter som potentiellt kan ha utvecklats före jordens: GJ 1061c och K2-3d. Båda är större, varmare, ljusare och äldre än de flesta jordliknande planeter i vårt solsystem. Tre andra planeter kan vara i mesozoikum livsstadiet, vilket ungefär motsvarar dinosauriernas tid på jorden.

Detta är uppskattningar inte bevis. Atmosfären runt TRAPPIST-1e och andra exoplaneter skulle djupt påverka klimatet, fotosyntesen och hur livet utvecklades framtida arbete med James Webb Space Telescope kan ge ytterligare data som gör det möjligt för forskarna att finslipa sina uppskattningar.

Studien publicerades den 22 september i International Journal of Astrobiology. 

Saturnus måne Enceladus än mer intressant att söka efter liv på än man tidigare ansett.

 

Bild Ett fotografi av den ishöljda månen Enceladus taget av rymdsonden Cassini 2004. Bildcredit: NASA/JPL/Space Science Institute

Enceladus anses vara en av de mest lovande platserna att söka efter utomjordiskt liv på i vårt solsystem. Forskare misstänker att det under månens isiga skorpa finns ett globalt hav av flytande vatten och en stenig kärna under havet. På grund av kryovulkanisk aktivitet bryter gigantiska plymer igenom sprickor i skorpan vid månens sydpol och kastar ut ispartiklar hundratals kilometer ut i rymden.

NASAs Cassini-rymdfarkost passerade genom dessa plymer flera gånger med syfte att analysera vattenplymernas  sammansättning. Enceladus hav är det enda utomjordiska "vatten" i rymden där forskare har kunnat analysera prover direkt. Proverna avslöjade spår av olika salter och organiska föreningar. Dessutom gav tidigare analyser utförda av Cassini indikationer på hydrotermala processer (sprickor i havsbottnen där geotermiskt uppvärmt, mineralrikt vatten strömmar ut) . Professor Frank Postberg, planetary scientist at Freie Universität Berlin studie, "Cassini CDA beskriver observationen av kompositionell segregation av Enceladus' iskorn från långsam frostning och fragmentering av oceanisk plymutkast," vilka innehöll överraskande fynd om vad som händer med havsvattnet på dess väg ut i rymden. Det internationella forskarteamet som arbetade med studien använde Cassini-data till långvariga laboratorieexperiment och teoretiska datamodeller för att rekonstruera processen.

Droppar bildas vid havsytan när bubblor fyllda med gas flyter upp och spricker. Vattenånga trycker sedan dropparna genom sprickor i isskalet ut i rymden. Hittills trodde forskare att detta då frös omedelbart vid uppkasten men nya fynd visar att ångan fryser långsamt. På grund av denna långsamma process separerar de flesta komponenter (inklusive upplösta komponenter) från varandra. Salter och organiskt material är därför fördelade på olika platser inuti varje fryst droppe. Olika typer av tidigare lösta salter blir också separerade i processen; till exempel separeras natriumklorid (bordssalt) från natriumkarbonat. På vägen upp genom isen accelereras de frusna dropparna till hastigheter upp till 1 000 km/h. Om de slår in i väggarna i de isiga sprickorna bryts de i fragment som bara är några mikrometer stora innan de skjuter ut i rymden. Detta resulterar i att ispartiklarna ofta består av endast ett mycket koncentrerat, tidigare segregerat ämne.

När man undersöker Enceladus plymer är denna mekanism inte bara positiv i sökandet efter att karaktärisera havet som en potentiell livsmiljö utan också intressant i jakten på biosignaturer, mätbara tecken på liv. Om en av dessa havsdroppar innehöll komponenter av utomjordiska mikrober kan de separeras från andra komponenter under frysprocessen. Efter fragmentering skulle det mikrobiella materialet potentiellt finnas endast i en liten andel av ispartiklarna men i dessa skulle de finnas i hög koncentration och i relativt ren form.

"Det är goda nyheter i jakten på liv," beskriver Postberg. "Framtida rymdfarkoster måste kunna analysera många enskilda ispartiklar i plymerna. Om de hittar en med mikrobiellt material i sig skulle de relativt enkelt kunna identifiera biosignaturer i partikeln med redan tillgänglig teknik."

En upptäckt som då skulle få viktiga konsekvenser för framtida rymduppdrag till Enceladus, såsom ESA:s L4-uppdrag som för närvarande är under planering. Detta uppdrags uppgift kommer specifikt att bli att leta efter tecken på liv på Enceladus. Postbergs laboratorium vid Freie Universität Berlin har tidigare genomfört laboratoriestudier som visat förmågan hos specialiserade instrument att upptäcka mikrobiellt cellmaterial i enskilda partiklar från isplymerna.

En nyligen genomförd studie ger också nya insikter i denna fråga. Samma dag som Postbergs artikel publicerades i Science Advances (se nedan), publicerades en annan artikel i samma tidskrift av forskare vid Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) titel: “Enceladus-Like GeochemistryFuels Methanogenesis under Extreme CO₂-Limitation." 

Postbergs kollega Dr. Nozair Khawaja  från Freie Universität Berlin, bidrog till denna studie. I den kunde forskarna återskapa förhållandena i Enceladus hav i ett laboratorium. Havet har en mycket låg koncentration av syre en mycket hög koncentration av karbonat och är mycket alkaliskt (med pH-värden på 10 eller 11). Efter att ha återskapat dessa förhållanden, inklusive dess hydrotermala interaktion med den steniga havsbottnen introducerade de Methanothermococcus okinawensis (se ovan studie) i den inneslutna miljön. Denna mikroorganism är en metanproducerande arkeisk organism som normalt lever nära djuphavshydrotermala källor på jorden (som Black och white smokers i Atlanten se länk ovan). De behöver inte syre för att överleva, syre är ovanligt på Enceladus. Istället kräver deras ämnesomsättning endast väte och koldioxid.

Resultaten av studien var överraskande: Organismen lyckades inte växa i ett som förväntat i laboratorietest på jorden vid så högt pH som finns på Enceladus då den saknade upplöst koldioxid. I kontrast fortsatte den att växa i Enceladus-simulanten och producerade metan med hjälp av väte som genereras av vatten-sten-reaktioner. Under de simulerade Enceladus-förhållandena kunde mikroorganismerna till och med anpassa sin ämnesomsättning till de låga mängderna koldioxid. "Det här var verkligen en överraskning för oss," beskriver Dr. Nozair Khawaja som bidrog till forskningen. "Detta var ett experiment vars resultat vi inte förväntade oss ett så framgångsrikt resultat av."

Tillsammans kastar de två studierna i Science Advances nytt ljus över sökandet efter utomjordiskt liv. "På Enceladus kan de specifika geokemiska förhållandena möjliggöra att ett av jordens äldsta kända metabola system fungerar, även i mycket alkaliska miljöer," beskriver Postberg. "Även om det inte betyder att det finns liv på Saturnus måne, visar vår första studie att om det finns  kan framtida rymduppdrag ha goda chanser att hitta dess spår om de analyserar enskilda iskorn från Enceladus plymer."

Följande är publicerade rapporter inom området. Frank Postberg et al.: “Cassini CDA Observes Compositional Segregation of Enceladus’ Ice Grains from Slow Freezing and Fragmentation of Oceanic Spray.” Science Advances." Science Advances (2026): 

Vanessa Helmbrecht, Frank Postberg, Nozair Khawaja et al.: “Enceladus-Like Geochemistry Fuels Methanogenesis under ExtremeCO₂-Limitation.” Science Advances (2026): 

NASA utser två Artemis II-astronauter till emeritusprogrammet

 

Bild wikipedia Från vänster: Koch, Glover (övre), Wiseman (nedre), och Hansen. Besättningen på Artemis II.

Efter deras  Artemis II-uppdrag under 2026 övergick de framstående NASA-astronauterna Victor Glover och Reid Wiseman under september 2026 till emeritusstatus vid organisationens Johnson Space Center i Houston.

I en emeritusroll kan personer med hög teknisk och professionell kunskap fortsätta att stödja organisationen genom att donera sin tid till att utbilda och handleda arbetsstyrkan där. Detta gör att myndigheten kan behålla tillgången till toppkompetens i en specialiserad konsultroll, samtidigt som individen får flexibilitet till att söka andra möjligheter.

"Jag har haft privilegiet att känna Reid och Victor i flera år, och båda exemplifierar det ledarskap, den karaktär och det engagemang som definierar NASA när det är som störst," påtalar NASA:s administratör Jared Isaacman. "Reid vad kommendadör på Artemis II efter att tidigare ha tillbringat 165 dagar ombord på den internationella rymdstationen ISS, medan Victor tog med sig sin erfarenhet som marinpilot, testpilot och Crew-1-astronaut till sin roll som pilot på Artemis II. Tillsammans tog de sig an ett av de mest utmanande uppdragen inom bemannad rymdfart och hjälpte till att återföra Amerika till månens närområde. När Reid och Victor nu övergår till emeritusstatus är jag tacksam över att de fortsätter att dela med sig av det de lärt sig till våra astronauter, flygledare och ingenjörer när vi förbereder oss för Artemis III 2027 och de kommande uppdragen."

Glover kommer att stödja flyg- och rymd-, ledarskaps- och samhällsserviceinsatser när han nu kommer att handleda  både inom och utanför NASA. Han är engagerad i att överföra sin kunskap om Orion och dess rymdfarkostsystem och  annan expertiskunskap till framtida Artemis-uppdrag.

"När jag växer in i denna nya roll förblir NASA och rymdfart en meningsfull del av min tjänsteresa," beskriver Glover. "Jag är ivrig att fortsätta lyfta mina vänner och heja på dem när de sträcker sig mot månen. Tillsammans kommer vi fortsätta tänja på gränser och inspirera till nästa stora språng."

Wiseman ska dela med sig av sin rymdfärdserfarenhet till kollegor inför myndighetens Artemis III-uppdrag av sin låga omloppsbana runt jorden för att testa rendezvous- och dockningsmöjligheter mellan Orion och kommersiella bemannade landningssystem.

"Det finns ingen bättre plats att arbeta på och det finns inga bättre personer att arbeta med än de på denna byrå," beskriver Wiseman. "NASA gav mig ett enormt ansvar, stöttade mig genom två rymduppdrag och min tid som chefsastronaut och fanns alltid där för min familj när vi behövde det som mest. Jag är mycket glad över att fortsätta tjäna framtida missioner och program genom emeritusprogrammet."

"Reid och Victors engagemang för utforskning, stadigt ledarskap och tjänst till vår astronautkår och vår nation har haft en bestående skillnad," påtalar Vanessa Wyche, chef för NASAs Johnson Space Center i Houston. "Under sina karriärer har de alla tillfört excellens, ödmjukhet och målmedvetenhet till varje roll de haft på NASA. Deras insatser har hjälpt till att driva vårt uppdrag framåt och inspirera dem omkring sig och lämnat ett arv som kommer att fortsätta forma framtiden för bemannad rymdfärd. Vi är oerhört tacksamma för allt de har gett NASA och är glada att detta inte är slutet på deras resa med och för myndigheten."

"Reid och Victor är betrodda lagkamrater vars professionalism, lugna ledarskap och orubbliga engagemang för NASA har stärkt oss och inspirerat alla runt omkring dem," beskriver Scott Tingle, chef för Astronaut Office vid Johnson. "När de övergår till sina emeritusroller lämnar de ett arv av operativ excellens som kommer att fortsätta forma astronautkåren i många år framöver. Vi är tacksamma över att de fortfarande kommer att vara en del av vår gemenskap och dela med sig av sina erfarenheter och insikter."

Bland deras många prestationer vid NASA, som Artemis II-besättningsmedlemmar, var Glover och Wiseman två av de fyra astronauter som först sköts upp med NASAs SLS (Space Launch System)-raket ombord på Orion-farkosten för ett uppdrag runt månen. Efter ett tio dagar långt uppdrag med besättningskamraterna NASA-astronauten Christina Koch och CSA-astronauten Jeremy Hansen (CSA) landade de säkert den 10 april som de första människorna att resa till månens omloppsbana på över 50 år, och flög längre ut i rymden än någon tidigare gjort.

Stöd och kunskapsöverföring från både Glover och Wiseman är avgörande för det kommande Artemis III-uppdraget då NASA förbereder sig för att återföra amerikanska astronauter till månens yta på Artemis IV-uppdraget 2028.

En oväntat kall avlägsen jätteplanet som innehåller ammoniak har hittats därute.

Bild https://cmns.umd.edu  En konstnärs koncept av en gasjätteplanet som kretsar runt en röd dvärgstjärna. Källa: NASA, ESA och G. Bacon (STScI)

Med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) identifierade ett team astronomer under ledning från University of Maryland vatten, metan och ammoniak i atmosfären på HATS-6 b, en gigantisk planet 500 ljusår från jorden. Observationerna visade även att HATS-6 b kan vara betydligt svalare än väntat jämfört med standardberäkningar av dess temperatur i förhållande till storlek och avstånd till sin sol vilket tyder på att planetens relation till sin stjärna kan vara mycket mer komplicerad än man tidigare beräknat planeter av detta slag har till sin sol.

HATS-6 b är ungefär lika stor som Jupiter och gör en omloppsbana var tredje dag runt sin stjärna av Spektraltyp M-dvärg  en liten,sval, rödaktig stjärna. Planeter byggs av den kvarvarande skivan av gas och damm som omger stjärnor efter en stjärnas bildande. En mindre stjärna som denna lämnar bara efter sig små skivor av gas och damm. Men HATS-6 b:s gigantiska storlek passar inte riktigt in i den regeln, med tanke på hur liten stjärnan är den  kretsar kring och planetens storlek.

"Dessa mindre stjärnor har inte tillräckligt med material eller tid för att skapa planeter lika stora som Jupiter eller Saturnus," förklarade studiens huvudförfattare Giannina Guzmán Caloca, doktorand i astronomi vid UMD (university of Maryland). "Så, det faktum att HATS-6 b kan existera är verkligen intressant eftersom det inte borde vara möjligt enligt vår kunskap om stjärnstorlek och planetbildning."

Astronomer känner bara till omkring 40 sådana planeter. HATS-6 b är en av sju som studeras i ett JWST-program kallat Giant Exoplanets aroundM-dwarf Stars (GEMS). 

Programmet är utformat för att jämföra dessa avvikare med de bättre förstådda jättar som kretsar kring stjärnor som vår sol och än större stjärnor.

"Var och en av dessa planeter är en utmaning för bildningsteorin," beskriver Guzmán Caloca. "Genom att mäta vad deras atmosfärer består av kan vi börja fråga oss om de byggdes upp  på samma sätt som de heta Jupiters runt solliknande stjärnor eller om något annat pågick."

Med hjälp av en teknik som kallas transmissionsspektroskopi, där undersöker stjärnljus som filtreras genom en planets atmosfär, identifierade teamet fyra molekyler i HATS-6 b:s atmosfär. Vatten, metan, ammoniak och koldioxid. Upptäckten är andra gången tekniken upptäckte ammoniak på en avlägsen värld.

"Kol, väte och syre har tidigare hittats i atmosfärerna på jätteplaneter utanför vårt solsystem, men ammoniak är något som nästan aldrig upptäckts tidigare," förklarade Guzmán Caloca. "Det är en helt ny molekyl att fundera över."

Eftersom kvävebärande molekyler som ammoniak borde vara mer förekommande i svalare jätteplaneter än i brännande heta Jupiter-liknande planeter, stöder upptäckten teorin att planeter som kretsar kring M-dvärgstjärnor kan vara en kemiskt avgränsad population.

HATS-6 b:s oväntade temperatur väcker en annan stor fråga. Den ofta citerade temperaturen för HATS-6 b  ca 425 Celcius är inte en exakt mätning utan en beräkning utifrån antagandet att planeten absorberar allt ljus dess sol ger och fördelar värmen jämnt. Forskarnas tidigare analyser gav temperaturer närmare 120 grader Celcius en siffra som är fysiskt osannolik för en planet som kretsar runt sin stjärna var tredje dag. Ammoniak i moln kan dock vara förklaringen till en avkylande effekt enligt mig och kan bekräftas här.

"Om planeten verkligen är så sval betyder det att något troligen reflekterar mycket stjärnljus tillbaka ut i rymden innan det hinner värma upp planeten," förklarade Guzmán Caloca. "Den troligaste förklaringen då är att moln och dis omsluter planeten på samma sätt som moln omsluter Venus."

Lagets resultat har konsekvenser inte bara för HATS-6 b. Eftersom en planets temperatur är inräknad i varje beräkning av vad dess atmosfär innehåller väcker en så stor avvikelse frågor om hur pålitligt astronomer kan läsa atmosfärerna hos planeter som kretsar kring små, aktiva stjärnor.

För Guzmán Caloca och hennes team återstår många mysterier. Observationer med längre våglängder skulle kunna identifiera andra oförklarliga signaler och testa om moln förklarar en planets oväntat låga temperatur. Astronomer har hittat mer än 6 000 planeter bortom vårt solsystem, och många av dem liknar inte alls de närmast jorden. Att läsa deras atmosfärer och vad de består av, hur de bildades, vilka som liknar Jupiter och vilka som inte liknar något alls vi känner till kan hjälpa forskare att avgöra om andra solsystem skapades genom bildningsmekanismer likt planeterna i vårt solsystem eller inte.

"Vad är vår kontext? Och hur sällsynta eller hur vanliga är vi?" undrar Guzmán Calo. "Det här är en planet av tusentals, men så som jag  tänker på det är  jorden också är en planet av tusentals och ändå rymmer den allt som någonsin har levt här."

Studien, "GEMS JWST: Hold on to your HATS(-6 b), a sub-solar metallicitus giant planet with water, metan and ammoniae in its atmosphere," publicerades i Astronomical Journal den 8 september 2026. 

Jakten på kvantstora svarta hål

 

Bild https://www.publicdomainpictures.net/ Kvantfysik - vågor och partiklar

En av de djupaste gåtorna i modern fysik är varför gravitationen är så oerhört svag jämfört med de andra tre fundamentala krafterna. 

Ett slag av lösning är att rymden har extra dimensioner utöver de fyra vi upplever (höjd, bredd djup och tid), där gravitationen ensam kan sprida sig. Detta kan leda till bildandet av kortlivade, mikroskopiska "kvantstora"-svarta hål (QBH) under proton–proton-kollisioner vid LHC (Large Hadron Collider världens största och kraftfullaste partikelaccelerator vid CERN). 

Till skillnad från astrofysiska svarta hål som bildas av kollapsande stjärnor och tros avdunsta långsamt genom Hawkingstrålning  över enorma tidsskalor är QBH mycket mer begränsande och skulle nästan omedelbart sönderfalla till bara två partiklar. Ett av de renaste QBH-sönderfallslägena vid LHC producerar är ett lepton-kvarkpar, kännetecknat av ett högenergi-lepton som rekylerar mot en "jet" av hadroner i ATLAS Experiment, CERN CH-1211 Genève 23.

Med 164 fb⁻¹ proton-protonkollisionsdata inspelade under LHC:s tredje körning (2022–2024) vid en rekordkollisionsenergi på 13,6 TeV (Teraelektronvolt är en enhet för energi som inom partikelfysiken nyligen har använts av ATLAS Collaboration vid CERN för att utesluta modeller för kvantgravitation och kvantsvarta hål. ) har ATLAS Collaboration genomfört sin mest känsliga sökning hittills efter QBH som sönderfaller till en lepton och en kvark. Även om denna analys använder en datamängd jämförbar i storlek med den tidigare sökningen med Run 2-data (2015–2018), sätter den de starkaste gränserna för QBH-produktion hittills.

 Denna förbättring härrör från en utmärkande egenskap hos QBH-produktionen: produktionssannolikheten ökar brant med acceleratorens tyngdpunktsenergi. Den blygsamma ökningen från 13 TeV i Run 2 till 13,6 TeV i Run 3 ökade den förväntade signalhastigheten med upp till en storleksordning för de tyngsta QBH:erna som betraktades. ATLAS-forskare letade efter ett överskott av händelser som innehöll en högrörelsemängdselektron eller myoner och jetstrålar, där den kombinerade lepton- och jetinvarianta massan ligger i multi-TeV-området. Eftersom sådana signaler tidigare var uteslutna under 8,6 TeV förväntas de ligga ovanför detta värde, nära gränsen för vad LHC kan producera. I denna region är standardmodellbakgrunder små men måste modelleras med stor omsorg eftersom signalen även om den existerar måste vara liten. Teamet betraktade elektron+jet- och myon+jet-kanalerna separat.

Elektronkanalen, med sin mycket bättre upplösning vid hög rörelsemängd, uppnår nästan tre gånger så känslig som myonkanalen.

Inget signifikant överskott över standardmodellens förväntade nivå hittades i någon av kanalerna. De högst registrerade masshändelserna nådde 5,3 TeV i elektron+jet-kanalen och 5,5 TeV i myon+jet-kanalen; En sådan slående händelse visas i bannerbilden. ATLAS Collaboration satte 95 % konfidensnivåns övre gränser för QBH-produktionssannolikheten, och exkluderade modeller med tröskelmassor upp till 9,4 TeV  världens bästa hittills.

Detta resultat fastställer ATLAS-samarbetets räckvidd in i multi-TeV-fronten, där gravitation och kvantmekanik kan mötas. Den visar också en bredare lärdom då högluminositets-LHC pressar mot högre energier och större datamängder, kommer sökningar som denna att tränga allt djupare in i det okända.

Eld eller is vilket var början till vårt solsystem?

 

Bild https://news.yale.edu Konstnärs koncept som visar en mycket ung stjärna omgiven av en skiva av gas och damm. Det råmaterial som man tror att stenplaneter som jorden bildas av. Källa: NASA/JPL

När fasta kroppar började byggas upp i solsystemet såsom protoplaneter (planet under bildningsprocess) , månar och planeter fanns det i princip ett val mellan två ingredienser. Det fanns värmesmidda kondruler, små, millimeterstora runda droppliknande kulor som finns inuti en typ av stenmeteoriter som kallas kondriter utöver det fanns även Matrix, ett finkornigt, kallt damm laddat med fruset vatten och organiska molekyler. 

I en ny studie från Yale university ger forskarna det första geokemiska beviset för att det redan inom de första miljonerna åren efter att solsystemet började bildas så prioriterades kondruler framför matris i uppbyggnaden. Tidigare forskning hade bara kunnat dokumentera denna sorteringsprocess i objekt som bildades 2 till 4 miljoner år efter solsystemets ursprung.

"Vårt arbete visar att denna process var anmärkningsvärt selektiv från allra första början," beskriver Damanveer Grewal, assisterande professor of Earth and planetary sciences in Yale’s Faculty of Arts and Science och huvudförfattare till studien (se nedan). "De tidigaste objekten i det yttre solsystemet byggdes upp mellan 83 % till 92 % av kondruler med mycket lite av det isiga flyktiga stoft som dominerar senare bildade objekt."  Kondruler finns inuti kondriter de mest primitiva meteoriterna i geologiska samlingar. "Om du håller dem i din hand förstå då att de började som en del av en process som började för miljarder år sedan," påtalar Grewal.

Det har varit känt under en tid att bland kolhaltiga kondriter (primitiva, steniga meteoriter som innehåller organiska föreningar och vatten bland sina silikatmineraler) från det yttre av solsystemet, innehöll kondriter som bildats tidigare och som innehöll en högre andel kondruler och en lägre andel matris. Detta antyder att i områden där de första fasta objekten, kallade planetesimaler, bildades, höll isigt damm redan på att att utgå till förmån för värmesmidda kondruler.

Men inga bevarade, odifferentierade objekt finns kvar från solsystemets första miljon år för att bekräfta det ursprungliga kondrul-till-matris-förhållandet.

Grewals lösning blev att leta efter kemiska spårämnen i järnmeteoriter från det yttre solsystemet som skulle peka på en tidigare era. Moderkropparna som dessa meteoriter provtagits ur hade samlat på sig så mycket radioaktivt aluminium-26 vilket resulterat i att de smälte ner helt och förstörde alla fysiska spår av vad de ursprungligen bestod av. Ändå gjorde ett par oberoende kemiska spårämnen det möjligt för forskarna att rekonstruera den ursprungliga sammansättningen.

Båda spårämnena är kopplade till matris: svavel, som finns i koncentrerad form i matris och järnets oxidationstillstånd som visar hur mycket fruset vatten och oxiderat damm den ursprungliga kroppen innehöll.

Med hjälp av de spårämnena beräknade forskarna matrisnivåer till endast 8  till 17 % i de ursprungliga kropparna som provtagits i järnmeteoriter vilket är lägre än vad som hittats i några kända kondriter. "Båda spårämnena berättar oberoende av varandra samma historia: dessa tidiga planetesimaler (byggstenar till planeter) var anmärkningsvärt matrisfattiga," beskriver Grewal. " Den konvergensen är det som gör resultatet robust."

Resultatet, hjälper också till att förklara varför äldre kondruler är sällsynta i meteoritregistret; De införlivades i kroppar som senare smälte vilket raderade de fysiska bevisen.

"Dessa allestädes närvarande små stenpärlor är de grundläggande byggstenarna som planeterna själva till slut byggdes upp av," beskriver Grewal. "Nu vet vi att de redan sorterades och införlivades i den första generationen av fasta kroppar från allra första början."

Studien publicerades den 18 september i tidskriften Nature Astronomy. 

Medförfattare  var Zhongtian Zhang från Princeton University och Joanna Drążkowska från Max Planck-institutet för solsystemforskning i Tyskland.

Finansieringen av forskningen kom från Yale University.