AI låser upp hundratals kosmiska anomalier i Hubbleteleskopets genom åren insamlade data

 

Bild NASA Sex tidigare oupptäckta men märkliga och fascinerande astrofysiska objekt visas i denna bild från NASAs Hubble-teleskop. De inkluderar tre linsgalaxer med bågar förvrängda av gravitation, en galaktisk sammansmältning, en ringgalax och en galax som trotsade klassificering. NASA, ESA, David O'Ryan (ESA), Pablo Gómez (ESA), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

Oftast upptäcks avvikande bilder genom manuell inspektion eller slumpen. Även om astronomer är skickliga på att identifiera ovanliga egenskaper, gör den stora mängden Hubble-data en omfattande manuell granskning opraktisk, långsam och mycket tidsödande. Medborgarforskningsinitiativ har därför  bidragit till att utöka omfattningen av analysera insamlad data, men även dessa insatser räcker inte till när det gäller arkiv så omfattande som Hubbles eller de från vidvinkelteleskop som Euclid.  

I ett ESA-uppdrag (The European space agency) med bidrag från NASA har forskarna David O'Ryan och Pablo Gómez från ESA gjort ett betydande framsteg. Genom att tillämpa AnomalyMatch (en algoritm) sökning i Hubble Legacy Archive genomförde de den första systematiska sökningen efter astrofysiska anomalier i hela denna datamängd. Efter att algoritmen flaggat sannolika kandidater granskade forskarna manuellt de högst rankade källorna och bekräftade mer än 1 300 som säkra avvikelser.

"Det är en kraftfull demonstration av hur AI kan förbättra den vetenskapliga åtkomsten i arkivdata," beskriver Gómez. "Upptäckten av så många tidigare odokumenterade avvikelser i Hubble-data understryker verktygets potential i framtida undersökningar."

Hubbleteleskopets arkiv är bara ett av många astronomiska arkiv som är redo att dra nytta av AI-algoritm analys. Anläggningar som NASAs kommande Nancy Grace Roman Space Telescope, samt ESAs Euclid och National Science Foundation och Department of Energys Vera C. Rubin Observatory, kommer samla in stora mängder data. Verktyg som AnomalyMatch kommer att vara avgörande för att navigera i denna datamängd för att göra det möjligt för astronomer att upptäcka nya och oväntade fenomen.

Arkivobservationer från Hubbleteleskopet sträcker sig nu över 35 år och erbjuder en rik datamängd där många astrofysiska anomalier kan döljas," beskriver David O'Ryan, huvudförfattare till studien om arbetet publicerad i Astronomy & Astrophysics. 

Försök att förstå vad mörk energi är

 

Bild wikipedia Diagram som visar universums accelererade expansion på grund av mörk energi.

Kosmologerna Josh Frieman och Risa Wechsler vid SLAC National Accelerator Laboratory - Stanford University ser tillbaka på Dark Energy Survey och delar med sig av hur den banar väg för NSF-DOE Vera C. Rubin Observatory att gräva djupare i några av universums olösta mysterier.

Josh: Mörk energi är namnet på ett fenomen som förklarar varför universums expansion ökar istället för att sakta ner. Om bara gravitationen vore inblandad borde universums expansion sakta ner då materia attraherar materia. Istället finns en kraft som stoppar gravitation kallad mörk energi. För att detta ska ske måste mörk energi utgöra ungefär 70 % av den totala mängden  energi i universum idag (utöver detta är 25 % är mörk materia och 5 % vanlig materia, det material vi består av), vilket för mig signalerar att det är något vi borde försöka förstå mer av.

Risa: Observationer visar att expansionen som Josh beskriver började accelerera ungefär halvvägs i universums historia, något som materia ensam inte kan göra.

Det tidiga universumet var också mer enhetligt. Idag är det fullt av galaxer, stjärnor och planeter. Våra teorier om gravitation och kosmologi beskriver hur universum expanderar och hur det blev klumpigt (bestående av galaxer mm) berodde på vad det innehöll. Att mäta båda dessa observationseffekter mer exakt än vi gjort tidigare är ett sätt att ta reda på vad mörk energi är. Dessa två effekter motiverade Dark Energy Survey (DES) och andra kosmologiundersökningar som nu genomförs.

Josh: Den första stora upptäckten från DES var upptäckten av sexton dvärggalaxer i vår kosmiska bakgård (utanför men nära Vintergatan). Även om Risa och hennes grupp hade tänkt på dvärggalaxer, designades inte DES för att hitta sådana. Undersökningen byggdes för att undersöka mörk energi. Det råkade bara vara så att undersökningen vi byggde för att studera mörk energi också var mycket bra på att upptäcka närliggande dvärggalaxer.

Risa: Ur mitt perspektiv som forskare som gör kosmologiska datasimuleringar förväntade vi oss många av dessa små suddiga system runt Vintergatan. Sloan Digital Sky Survey hade precis börjat upptäcka de första av dessa objekt innan DES startade. Men som Josh sa, DES var inte designad för detta. Vi förväntar oss nu att hitta många fler små galaxer och rester av galaxer som hamnat i vår galax närområde samt många nya saker som berättar om mörk materia, galaxbildning, stjärnor, svarta hål och till och med objekt i vårt eget solsystem. Det som fascinerar mig mest är upptäcktsutrymmet: det vi ännu inte ens har tänkt på men som vi kommer att upptäcka beskriver Risa.

Nya insikter i livets ursprung

 

Bild https://www.mpg.de  I centrum av vintergatan har forskare upptäckt  svavelbärande sexledade ringmolekyler i ett interstellärt gasmoln.© MPE/ NASA/JPL-Caltech

Forskare vid Max Planck-institutet Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i samarbete med astrofysiker vid Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA, har identifierat den största svavelhaltiga molekylen som någonsin hittats i rymden. Det slag vars beteckningen är 2,5-cyklohexadien-1-thion (C₆H₆S). De gjorde detta genombrott genom att kombinera laboratorieexperiment med astronomiska observationer. Molekylen befinner sig i molekylmolnet G+0,693–0,027, cirka 27 000 ljusår från jorden nära Vintergatans centrum. Med en stabil sexledad ring och totalt 13 atomer överstiger molekylen vida storleken på alla tidigare upptäckta svavelinnehållande föreningar i rymden.

"Detta är den första entydiga upptäckten av en komplex, ringformad svavelinnehållande molekyl i interstellära rymden (utrymmet mellan stjärnorna) och ett avgörande steg mot att förstå den kemiska kopplingen mellan rymden och livets byggstenar på jorden", beskriver Mitsunori Araki, forskare vid MPE och huvudförfattare till studien om upptäckten som är publicerad i Nature 

Hittills hade astronomer bara upptäckt små svavelföreningar i rymden oftast molekyler med sex atomer eller färre. Stora, komplexa svavelinnehållande molekyler har förväntats hittas på grund av svavels viktiga roll i proteiner och enzymer. Men först nu fann man bevis på dessa.

Skillnaden mellan interstellär kemi och det organiska lager som finns i kometer och meteoriter har varit ett centralt mysterium inom astrokemin. Den nyligen upptäckta C₆H₆S är strukturellt besläktad med molekyler som hittats i utomjordiska prover och är den första i sitt slag som definitivt upptäckts i rymden. Den etablerar en direkt kemisk "bro" mellan det interstellära mediet och vårt eget solsystem.

Förångad metall har hittats i ett massivt moln 3000 ljusår bort.

 

Bild https://noirlab.edu  Svepande vindar bestående av förångad metall har hittats i ett massivt moln som dämpade ljuset från en stjärna i nästan nio månader. Upptäckten gjord med Gemini South-teleskopet i Chile, ena halvan av International Gemini Observatory delvis finansierad av USA:s National Science Foundation och under drift av NSF NOIRLab, ger en sällsynt inblick i de kaotiska och dynamiska processer som fortsatt formar nya planetsystem långt efter deras första bildande.

Det var i september 2024 som en stjärna 3000 ljusår bort från oss plötsligt blev 40 gånger mörkare än vanligt och förblev så fram till maj 2025. Stjärnan J0705+0612 liknar vår sol, så när dess ljusstyrka plötsligt dämpades med 40 % fångades uppmärksamheten hos Nadia Zakamska, professor i astrofysik vid Johns Hopkins University. "Stjärnor som solen slutar inte bara lysa utan anledning," beskriver hon, "så dramatiska försvagningshändelser som denna är mycket sällsynta."

Möjligheten att studera en sådan händelse under många månader initierades av Zakamska och hennes team med Gemini South-teleskopet, som är beläget på Cerro Pachón i Chile, samt Apache Point Observatory:s 3,5-metersteleskop och 6,5-meters Magellan-teleskopet. Resultaten av studien publicerades i en artikel i The Astronomical Journal. 

Genom att kombinera  observationerna  med äldre arkivdata på J0705+0612  fastställde teamet att stjärnan hade blivit täckt eller tillfälligt skymd av ett enormt, långsamt rörligt moln av gas och damm. De uppskattar att molnet finns ungefär två miljarder kilometer från stjärnan och är ungefär 200 miljoner kilometer i diameter.

Data visar att detta moln är gravitationellt bundet till ett sekundärt objekt som själv kretsar runt stjärnan J0705+0612 och finns i de yttre delarna av dess solsystem. Även om objektets natur fortfarande är okänd måste det vara tillräckligt massivt för att hålla ihop och kvar molnet. Observationer visar  att det sekundära objektet måste vara minst några gånger större än Jupiters massa men även större. Möjligheterna varierar. Det kan vara en planet, en brun dvärg eller en stjärna med extremt låg massa.

Mikrobiella samhällen bibehåller människors hälsa under rymdfärder

 

Bild wikipedia  En uppdaterad version wtt rymdskepp (NASA, 1999) av Project Orion av USA:s regering (1958–1965). Det var det tidigaste projektet i stor skala som utvecklade av ett rymdskepp med en framdrivning av fissionspulser som skulle kunna transportera människor ljusår ut i rymden. 

Mikroorganismer lever i samhällsliknande struktur. Dessa strukturer liknande samhällen skyddar, hyser och spelar viktiga roller för att möjliggöra människors och växters hälsa på jorden. Under ledning av forskare vid UCD, University of Glasgow och Maynooth University, vilka arbetar inom GeneLab Microbes Analysis Working Group kring NASA Open Science Data Repository, utforskar dessa mikroorganismsamhällen som från livets början till livsuppehållande miljöer är viktiga för både människors och grödors hälsa i rymden liksom på jorden.

Biosamhällen är organiserade mikrobiella samhällen strukturerade inom en matris av mikrobiella polymerer som definierar hur mikrober interagerar med sin värdar (de lever exempelvis på och i oss människor och är viktiga för vår hälsa). På jorden ligger dessa värd-biofilm-interaktioner till grund för viktiga funktioner i mänsklig liksom växtvävnad, inklusive näringsupptag och användning, stresstolerans och patogenkontroll.

I rymden tyder de på att dessa uråldriga interaktioner kan vara komprometterade och kräver samordnad, mekanistisk studie för att förstås. "Biofilmer betraktas ofta ur ett infektionsperspektiv och behandlas som ett problem att eliminera. Men i verkligheten är de den rådande mikrobiella livsstilen det som stödjer friska biologiska system," beskriver Dr Katherine J. Baxter från University of Glasgow, huvudförfattare och samordnare för UK Space Life and Biomedical Sciences Association (UK Space LABS). "Rymden erbjuder en distinkt och ovärderlig testbädd för biofilmorganisation och dess funktion och  biofilmer behöver förstås, hanteras och sannolikt konstrueras för att skydda hälsan för astronauter under rymdfärder."

Rymdfärder kan även vara rymdfärdssimuleringar på jorden som kan förändra biofilmarkitektur, genreglering, signalering och stresstolerans, med effekter som varierar mellan mikrobiella arter och experimentella plattformar. Teamet skisserar en färdplan för att tillämpa avancerade genetik- och biokemiska metoder som kan avslöja biofilmstruktur och dess funktioner över  mikrobiella samhällen av olika slag  interagerar inom högkomplexa biologiska system.

"Växter kommer att stå i centrum för långvariga rymdfärder och växternas prestanda beror på biofilminteraktioner i och runt växtrotsystem," beskriver Dr Eszter Sas, medförfattare och metabolomikspecialist vid Maynooth University. "Genom att kombinera multiarters genetik och biokemi har modern multiomik den spännande förmågan att avslöja nya biofilmmekanismer under rymdfärder och börjar fylla stora luckor i vår förståelse av signalering och metabolism vid gränslandet mellan biofilmer och växtrötter."

Mikroorganismer lever i biofilmer motsvarigheten till mikrobiella samhällen överallt på jorden. Dessa samhallsliknande strukturer skyddar och hyser mikrobiella samhällen och spelar viktiga roller för att möjliggöra människors och växters hälsa på vår planet och under framtida rymdfärder.

I en ny artikel i Perspective, publicerad i npj Biofilms and Microbiomes, visas en väg för att avslöja biofilmernas roll i hälsa under långvariga rymdfärder, och hur rymdforskning kan omforma vår förståelse av dessa mikrobiella samhällen på jorden

I denna solliknande stjärna smids kristaller

 

Bild: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI); Bildbehandling: Alyssa Pagan (STScI) NASAs James Webb Space Telescopes NIRCam-bild från 2024 visar protostjärnan EC 53 inringad. Forskare har med hjälp av nya data från Webbs MIRI bevisade att kristallina silikater bildas i den hetaste delen av gas- och dammskivan som omger stjärnan varifrån de kan ge sig ut mot till systemets kanter.

Astronomer har länge sökt efter bevis till att förklara varför kometer i utkanten av vårt eget solsystem innehåller kristallina silikater eftersom kristaller kräver intensiv värme för att bildas och kometer tillbringar större delen av sin tid i det iskalla Kuiperbältet och Oorts kometmoln.

Men nu har NASAs James Webb Space Telescope returnerat det första avgörande beviset som kopplar samman hur detta är möjligt. Teleskopet visade tydligt för första gången att den heta, inre delen av skivan av gas och damm som omger en mycket ung, aktivt bildande stjärna (protostjärna) är platsen där kristallina silikater smids. Webb avslöjade också ett starkt utflöde som leder kristallerna till skivans ytterkanter. Jämfört med vårt eget fullt utvecklade, mestadels dammfria solsystem skulle kristallerna om de bildats här bildats ungefär mellan solen och jorden (vilket troligast också skett här då solen bildades).

Webbs känsliga mellaninfraröda observationer av protostjärnan med beteckningen EC 53 visar också att de kraftiga vindarna från stjärnans skiva sannolikt genom katapulteffekt slungar kristaller till avlägsna platser som den otroligt kalla kanten av dess protoplanetära skiva där sedan  kometer så småningom kan bildas (att jämföra med då Kuiperbältet i vårt solsystem bildades). 

"EC 53:s lager-på-lager-utflöden kan lyfta upp dessa nybildade kristallina silikater och föra dem utåt som om de vore på en kosmisk motorväg," beskriver Jeong-Eun Lee, huvudförfattare till en ny artikel i Nature och professor vid Seoul National University i Sydkorea. 

"Webb visade oss inte bara exakt vilka typer av silikater som finns i dammet nära stjärnan, utan också var de finns både före och under en utbrott."

Teamet använde Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) för att samla in två uppsättningar mycket detaljerade spektra för att identifiera specifika grundämnen och molekyler som fanns här samt bestämma deras strukturer. Därefter kartlade de exakt var allt befinner sig, både när EC 53 är "tyst" (men fortfarande gradvis "nafsar" på sin skiva för att bildas till en fulländad stjärna) och när den är mer aktiv (det som kallas en utbrottsfas). 

Den dammhöljda EC 53 finns i Serpensnebulosan, som ligger 1 300 ljusår från jorden och är full av aktivt bildande stjärnor. Serpensnebulosan (även känd som ett stjärnbildande område i stjärnbilden Ormen och ska inte att förväxlas med Örnnebulosan/M16 som finns där) är en ung stjärnkammare belägen cirka 1 300 ljusår från jorden. Regionen är känd för sina täta moln av gas och damm där nya stjärnor blir till och har studerats ingående med James Webb-teleskopet för att observera protostjärnor och deras utflöden.

Närbild av Helixnebulosan

 

Bild: https://science.nasa.gov  ESO, VISTA, NASA, ESA, CSA, STScI, J. Emerson (ESO); Acknowledgment: CASU.  Helixnebulosan från markbaserade Visible and Infrared Telescope for Astronomy (vänster) visar hela vyn av planetnebulosan, med en ruta som markerar Webbteleskopets synfält (höger).

Helixnebulosan finns 650 ljusår från jorden i stjärnbilden Vattumannen.  Den  har avbildats av många mark- och rymdbaserade observatorier under de nästan två århundraden som gått sedan den upptäcktes. Webbteleskopets närinfraröda vy av nebulosan lyfter fram utseendet tydligare jämfört med den oskarpa bilden från NASAs Hubble-rymdteleskop, medan hubbleteleskopets bilder  däremot är bättre i upplösning och fokus än NASAs pensionerade Spitzer-rymdteleskops bilder. Dessutom visar de nya närinfraröda bilderna från Webbteleskopet den tydliga övergången mellan den hetaste gasen och den kallaste gasen när skalet expanderar ut från den i centrum liggande vita dvärgstjärnan.

Denna kvarvarande rest av en avslocknad stjärna ligger precis i nebulosans centrum utanför ramen för Webb-bilden ovan. Dess intensiva strålning lyser upp den omgivande gasen och skapar en regnbåge av egenskaper som het joniserad gas närmast den vita dvärgen, kallare molekylärt väte längre ut och skyddande fickor där mer komplexa molekyler kan börja bildas i dammiga moln. Denna interaktion är avgörande, eftersom det är råmaterialet från vilket nya planeter en dag kan bildas i nya solsystem.

I Webbs bild av Helixnebulosan representerar färg temperaturen och kemin. En nyans av blått markerar den hetaste gasen i detta fält, energistarkt av intensivt ultraviolett ljus från den vita dvärgen. Längre ut svalnar gasen till gula områden där väteatomer förenas till molekyler. Vid ytterkanterna följer de rödaktiga tonerna som är det kallaste materialet där gas börjar tunnas ut och damm bildas. Tillsammans visar färgerna stjärnans sista tid då den förvandlas till råmaterial till nya världar. Bilden ökar vår kunskap om planeters ursprung.

Spitzers tidigare bilder av Helixnebulosan antydde bildandet av mer komplexa molekyler, men Webbs upplösning visar hur de bildas i skärmade zoner i nebulosan. En nebulosa är ett gigantiskt moln av gas (främst väte och helium) och rymdstoft i rymden, ofta med en utsträckning på flera ljusår. De fungerar som stjärnbildningsplats där nya stjärnor bildas, men kan också vara rester från döende stjärnor. Ordet kommer från latinets ord för "dimma.