Ett område med brist på röda stjärnor har upptäckts

 

Bild wikipeddia Den röda dvärgstjärnan Proxima Centauri vår närmaste grannstjärna (4,2 ljusår bort).  Röda dvärgstjärnor har cirka en tredjedels av vår sols massa och mindre diameter. De är de vanligaste stjärnorna i universum. De förbränner sitt bränsle mycket långsamt och blir  mycket gamla. DE kan bli kanske biljoner år gamla till skillnad mot vår gula sol som kan bli ca 10 miljarder år.

Forskare vid Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland studerade en stjärna under bildning men hittade något betydligt mer spännande.

Med hjälp av data från Europeiska rymdorganisationen (ESA) Euklides rymdteleskop och NASAs Hubbleteleskop planerade teamet att analysera stjärnors rörelser inom en uråldrig samling stjärnor. Men vad de fann när de grupperade stjärnhopens stjärnor efter ljusstyrka och färg som observerats av Euclid var att de saknade det de  förväntat sig  här röda dvärgstjärnor. Denna lucka tros vara kopplad till förändringar som sker i vissa stjärnors inre, vilket ger astronomer en inblick i processer som sker inuti stjärnor även tusentals ljusår bort.

Detta är första gången denna brist  upptäcktes i en klotformad hop. "Upptäckten var en slump," beskriver STScI:s Andrea Bellini, en av forskningsartikelns huvudförfattare. "Vi letade inte efter tomrummet av röda dvärgar utan vi upptäckte det."

Förekomsten av denna brist i relativt närliggande stjärnor upptäcktes 2018 av forskare som analyserade data från ESA:s Gaia Observatorie. Det teamet upptecknade nästan 250 000 stjärnor från Gaia-arkivet på en Hertzsprung-Russell (HR) diagram, ett av de viktigaste verktygen inom stjärnstudier. Det är grafen som astronomer använder för att klassificera stjärnor och spåra deras livscykler.

På HR-diagrammet plottas stjärnans ljusstyrkor mot deras färger vilket fungerar som en proxy för deras temperaturer. Stjärnornas positioner i diagrammet avslöjar vilka specifika stjärnevolutionära stadier de befinner sig i. Kanske är det mest utmärkande draget sträckan av Huvudseriestjärnor som går diagonalt över diagrammet.

När precisionen och känsligheten i modern astronomi förbättras kan astronomer placera stjärnor mer exakt på diagrammet. Gaia-data avslöjade en tidigare okänd formation. En smal, diagonal skiva av mestadels saknade stjärnor genom huvudserien i mitten av röddvärgregionen.

Så vad orsakar denna brist? Det verkar som att bränsle som samlats i deras centrum i vissa röda dvärgstjärnor kan utlösa en energiexplosion som leder till strukturell instabilitet i stjärnans inre. Med ett innehåll av 0,34 och 0,36 gånger solens massa genomgår röda dvärgar små variationer som ändrar deras storlek, ljusstyrka och temperatur. Ett fåtal stjärnor genomgår dock förändringar av massa och därför saknas röda dvärgar med dessa specifika ljusstyrkor (de kan då få större massa och då inte längre tillhöra de röda dvärgstjärnorna utan nästa högre grupp stjärnor de orange stjärnorna. Varför detta sker är däremot inte känt i dag. Inte heller varför det verkar ha hänt i stor skala här. min anmärkning). Detta återspeglas i HR-diagrammet som en brist. Gaia hittade bristen när teleskopet tittade på stjärnor i det lokala området, som vanligtvis är yngre än stjärnor i klotformiga hopar. Nu fann Euclid-teamet exakt samma process som sker i mer avlägsna stjärnor.

Denna upptäckt hade inte varit möjlig utan den mjukvara och de tekniker som ursprungligen utvecklades vid STScI för NASAs Hubble-teleskop under mer än två decennier. Teamet använde dessa verktyg, som främst utvecklades av STScI:s Jay Anderson, för att göra de högprecisionsmätningar som krävdes för att upptäcka denna egenskap i den extremt trånga miljön i en globformig hop. Även om Hubbles synfält är mycket, mycket mindre så var gapet tydligt när dessa verktyg kombinerades med Euklides panoramavy.

"Med dessa verktyg visar vi att vi kan tänja på gränserna för Euklides, och i framtiden det romerska rymdteleskopet, över ett brett synfält," sade teammedlemmen Mattia Libralato, tidigare på STScI och för närvarande vid Italiens nationella institut för astrofysik (INAF) i Padova, Italien. "Ytterligare undersökningar med Euclid och i framtiden Roman kommer förhoppningsvis att göra det möjligt för oss att bättre karaktärisera denna formation även i andra klotformiga hopar."

The Lagets resultat publicerad idag i Astronomi ochAstrofysik. 

Svarta hål, Higgsmassa och en sjudimensionell geometri

 

Bild https://websrv.saske.sk/uef/en  Förening av svarta håls stabilitet och elementarpartikelmassa via 7D-geometri  Schematisk illustration av ramverket som presenteras i den 7-dimensionella Einstein-Cartan-teorin på en G2-mångfald med torsion (syftar på deformationen av ett material när det utsätts för vridmoment eller rotationskrafter). Vänstra panelen (bilden) visar 7D G2-manifold torsionsknuten. Geometrisk torsion genererar en repulsiv kraft vid Plancktätheter (centralt infälld), vilket stabiliserar en svart hål-rest. Genom dimensionsreduktion identifieras torsionsvakuumförväntansvärdet med den elektrosvaga skalan (≈246 GeV) vilket naturligt ger Higgsfältvakuumförväntningsvärdet (VEV) och möjliggör för elementarpartiklar att förvärva massa i 4D-rumtiden. 

Ett av de största mysterierna inom modern fysik, "informationsparadoxen om svarta hål", kan äntligen ha funnit en elegant lösning, och svaret kan också avslöja ursprunget till massan hos fundamentala partiklar. 

På 1970-talet visade Stephen Hawking, genom semiklassiska beräkningar, att svarta hål inte är riktigt svarta utan avger en svag strålning som får dem att gradvis krympa tills de försvinner. Denna process medför dock ett enormt problem: den verkar orsaka en irreversibel informationsförlust, vilket bryter mot kvantmekanikens unitaritetsprincip (den  totala sannolikheten för alla möjliga händelser eller utfall alltid är exakt ett (1) eller 100% över tid). Med andra ord säger kvantfysikens lagar att information inte kan förstöras, men avdunstningen av ett svart hål antyder något annat.

Nu föreslår en ny studie publicerad i tidskriften General Relativity and Gravitation under ledning av Richard Pinčáks team i Institute of Experimental Physics SAS Slovak Academy of Sciences i Slovakien en innovativ lösning baserad på den komplexa geometrin i ett rum med extra dimensioner.

I en artikel publicerad i General Relativity and Gravitation utforskade forskarna de fenomenologiska konsekvenserna (Fenomenologi är läran om hur vi upplever världen. Som filosofisk metod strävar den efter att beskriva fenomen ("det som visar sig") exakt så som de uppfattas av vårt medvetande, utan att vi låser in dem i teoretiska förutfattade meningar.)av en gravitationsteori, känd som Einstein-Cartan-teorin, formulerad i 7 dimensioner på en specifik matematisk struktur kallad G2-mångfald med torsion". Till skillnad från standard allmän relativitet tillåter denna teori rumtiden inte bara att böja sig utan också att "vrida" (den så kallade rumtidstorsionen).

Resultatet av denna modell är fascinerande: vid extrema tätheter, typiska för Planckskalan (Planckskalan är fysikens minsta teoretiska gräns där konventionella lagar för gravitation och kvantmekanik smälter samman). Den definieras av fundamentala konstanter som ljusets hastighet och Plancks konstant. Skalan representerar den punkt där rumtiden upphör att vara slät och istället beskrivs som ett kaotiskt "kvantskum".) och genererar denna geometriska torsion en repulsiv kraft. Denna kraft motverkar gravitationskollaps och stoppar dynamiskt det sista stadiet av Hawkingavdunstningen. Som ett resultat försvinner inte det svarta hålet i intet, utan lämnar efter sig en stabil "rest" vars förväntade massa är ungefär 9*10-41 kg.

Om det svarta hålet inte försvinner, vad händer då med informationen om all materia som föll in i det? Forskarna föreslår att denna stabila rest fungerar som ett verkligt minnesarkiv. Resten av strukturen ger en konkret mekanism för att lagra information genom spektrumet av dess "kvasi-normala modul" (karakteristiska egenskapssvängningarna hos öppna eller dissipativa fysikaliska system.).

I praktiken kodas och fångas kvantinformation inom de långlivade "vibrationerna" i torsionsfältet i restens geometri. Teamet beräknade att en rest som härstammar från ett svart hål med solens massa skulle kunna lagra den otroliga mängden cirka 1,515*1077 Qubits av information, precis tillräckligt för att lösa paradoxen.

Det som gör denna studie särskilt intressant är dess djupa koppling till partikelfysik. Forskarna visade att dimensionsreduktionen (från 7 till 4 dimensioner, vår uppfattbara rumtid) av denna geometri utgör en naturlig källa för den elektrosvaga skalan ~246$ GeV). Denna skala är känd för att vara associerad med Higgsfältet, som ger massa till elementarpartiklar.

I denna teoretiska ram identifieras vakuumförväntansvärdet (VEV) som antags av torsionsfältet dynamiskt med den elektrosvaga skalan (cirka 246 GeV). I huvudsak erbjuder samma geometriska egenskap som räddar svarta hål från att försvinna och bevarar kvantinformation också en rent geometrisk förklaring till masshierarkiproblemet inom partikelfysiken. Varför har vi inte bevis på dessa extra dimensioner än? Svaret ligger i de häpnadsväckande energiskorna som är involverade. Forskarna beräknade att partiklarna kopplade till dessa dimensioner (Kaluza-Klein-excitationer) har massor runt 8,6*1015 GeV. Detta är sju storleksordningar utanför räckvidden för Large Hadron Collider (LHC), men "osynlig" för kolliderare betyder inte "otestbar"

Teorin är långt ifrån ren spekulation eftersom den bygger på stela geometriska relationer. Om modellen är korrekt gör den specifika, falsifierbara förutsägelser som kan jagas i universums djup snarare än i ett laboratorium. Först, de stabila resterna av svarta hål (9*10-41 kg) som förutspåddes av studien kan vara en komponent i den mystiska mörka materian.

Att upptäcka gravitationssignaturen hos dessa "Planck reliker" skulle ge direkt bevis för teorin. Dessutom erbjuder informationen som kodas i deras "vibrationer" (kvasi-normala moder) en konkret matematisk ram som skiljer denna modell från alla andra. Slutligen är energinivåerna typiska för det mycket tidiga universum, vilket innebär att fingeravtryck av denna sjudimensionella geometri kan vara dolda i den kosmiska mikrovågsbakgrunden eller i primordiala (de första gravitationvågorna) gravitationsvågor. Genom att överbrygga gapet mellan de minsta skalorna av svarta hål och Higgsfältets enorma omfattning antyder denna forskning att informationsparadoxen kanske inte kräver att vi skriver om kvantmekaniken. Istället bjuder den in oss att omfamna en djupare, sjudimensionell förståelse av själva väven i vår verklighet.

 Originalpublikationen av Pinčák, R., Pigazzini, A., Pudlák, M. m.fl. Pinčák, R., Pigazzini, A., Pudlák, M. et al. Geometric origin of a stable black hole remnant from torsion in G-manifold geometry. Gen Relativ Gravit 58, 29 (2026) kan läsas här.

Rosettastenen för mystiska kosmiska signaler

 

Bild wikipedia Rosettastenen  utgörs av tre olika versioner (språk) av i stort sett samma text. Egyptiska med hieroglyfer, fornegyptiska med demotisk skrift. Den nedre texten är på klassisk grekiska med grekiska tecken. Detta gjorde att forskarna för första gången fick förklaringar till ett större antal hieroglyfer och kunde komma igång med att klarlägga vad hieroglyferna betyder.

Ett internationellt team under ledning av astronomer vid University of Sydney avslöjat de tydligaste bevisen för ursprunget till en ovanlig klass av kosmiska signaler. Genom att göra detta har de identifierat ett sällsynt stjärnsystem som ger forskare ett naturligt laboratorium för att studera extrem fysik.

Med hjälp av CSIRO:s ASKAP-radioteleskop upptäckte teamet en vit dvärgstjärna  som slet av materia från sin större följeslagarstjärna men som har mindre densitet  .

När detta material i spiralform virvlar mot den vita dvärgstjärnan  produceras det kraftfulla utbrott av radiovågor och röntgenstrålar i en cykel som upprepas var 1,4:e timme. Huvudförfattaren och doktoranden till studien (se nedan) Kovi Rose från University of Sydneys School of Physics och CSIRO beskriver att detta ger den första bekräftade identifieringen av vad astronomer kallar 'långperiodiska radiotransienter': kosmiska pulser som tidigare bara upptäckts från bara några få avlägsna områden i vår galax.

"För första gången har vi lokaliserat ursprunget till dessa signaler och bekräftat att källan är en 'katastrofal variabel' eller en ansamlande av materia vit dvärgstjärna," beskriver Mr Rose.

"Långperiodiska radioövergångar har förbryllat astronomer i åratal," beskriver Mr Rose. "Vi har bara hittat ett dussin, och deras ursprung har varit oklart. Nu har vi kunnat visa att källan till en av dessa transienta kommer från en vit dvärg som aktivt drar material från en följeslagarstjärna." långperiodiska radiotransienter troddes initialt vara långsamt roterande neutronstjärnor, kända som pulsarer. Nuvarande modeller antyder dock att neutronstjärnor som roterar så långsamt inte borde kunna producera sådana signaler.

Den nya upptäckten stärker en alternativ förklaring: att åtminstone några av dessa mystiska utbrott kommer från system av två stjärnor, med vita dvärgar involverade.

"Några liknande objekt hade tidigare kopplats till binära system, men detta är det första där vi tydligt kan se både stjärnor och ackretionsprocessen i aktion," beskriver professor Murphy, chef för School of Physics vid University of Sydney och chefsforskare vid ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).

Systemet är också bara den andra kända långperiodiska radiotransienten som sänder ut regelbundna röntgenstrålar och det första där orsaken till regelbundenheten har bekräftats. Detta unika system upptäcktes med hjälp av ASKAP-radioteleskopet, som ägs och drivs av CSIRO, Australiens nationella vetenskapsmyndighet. ASKAP:s arbete av täckning, upplösning och känslighet är oöverträffad inom radioastronomi, vilket möjliggör detektering av sådana ovanliga signaler som annars skulle missas.

Forskarna säger att ASKAP J1745-5051 kan fungera som en referenspunkt för att förstå andra långperiodiska radiotransienter.

Det internationella teamet inkluderade astronomer från USA, Kina, Kanada, Spanien, Israel och Australien. Teamet använde CSIRO:s Australia Telescope Compact Array och ASKAP-radioteleskop i Australien, MeerKAT-radioteleskopet i Sydafrika, SOAR- och Magellan-optiska teleskop i Chile samt de rymdbaserade Swift (UV/röntgen) och Einstein Probe (röntgen) teleskopen.

Resultaten publiceras i Nature Astronomy.

Den röda pricken kallad Abell2744-QSO1i tidens början

 

Bild https://science.nasa.gov

Abell2744-QSO1 (QSO1) är en prototypisk Little Red Dot, en av de första av de nu hundratals små lysande fläckar av infrarött ljus som Webbteleskopet  upptäckt som prickar i universums första tid. QSO1 är ungefär 1300 ljusår i diameter med en kosmologisk rödförskjutning (z) på 7 vilket visar att ljuset vi ser avgavs bara 700 miljoner år efter Big Bang.  Då universum endast var 5 % av sin nuvarande ålder. QSO1 är idealisk för studier eftersom den är gravitationslinsad, både förstorad och trippelt avbildad. Abell 2744 finns från oss sett bortom ett mellanliggande megakluster av galaxer som förvränger sin omgivande rumtid (och därmed ger effekten av förstoring av Abell 2744.

En detaljerad studie av den ljusaste av de tre linsbilderna, QSO1A (uppe till höger), visar att objektet består av ett centralt supermassivt svart hål med 50 miljoner gånger större än vår sols massa, omgivet av ett moln av väte- och heliumgas med mycket små mängder tyngre grundämnen som ex syre. Till skillnad från supermassiva svarta hål i närliggande galaxer, som bara utgör en liten bråkdel av värdgalaxens totala massa, innehåller QSO1:s svarta hål minst dubbelt så mycket massa som det galaktiska materialet runt omkring.

Ett nytt sätt att förstå universum

 

Bild https://www.peakpx.com/.

Ett internationellt team lett av forskare vid Institute of Cosmos Sciences vid Universitetet i Barcelona (ICCUB) har utvecklat en ny metod som kan förbättra vår förståelse av universums expansion och mörk energi. Typ Ia-supernovor är de explosiva händelserna hos vita dvärgstjärnor. Eftersom de tenderar att explodera med nästan samma inneboende ljusstyrka använder astronomer dem som "standardljus": genom att jämföra deras kända verkliga ljusstyrka med deras upplevda ljusstyrka från jorden kan forskare mäta kosmiska avstånd.

Denna teknik var avgörande för att upptäcka att universums expansion accelererar. Något som tillskrivs mörk energi. Det finns dock en hake den att alla typ Ia-supernovor är inte exakt likadana.

Under de senaste två decennierna har astronomer upptäckt att ljusstyrkan hos dessa supernovor beror en del  på de galaxer där de exploderar. Till exempel tenderar supernovor i de mest massiva eller äldsta galaxerna att se något annorlunda ut än de i mindre eller yngre galaxer.

Hittills hade dessa effekter korrigerats med enkla, ungefärliga justeringar, vilket annars skulle kunna begränsa hur exakt vi kan mäta avstånden till dessa supernovor.

Den nya studien tar itu med detta problem genom att modellera allt på en gång. Supernovaexplosioner, galaxerna där de finns, dammet som dämpar och rödfärändrar deras ljus, frekvensen med vilken supernovor uppstår under kosmisk tid och till och med universums egen expansion.

Istället för att analysera varje del separat byggde teamet en enda, självkonsekvent modell som kopplar samman alla dessa element fysiskt och statistiskt.

"Ett kraftfullt sätt att modellera universum är att simulera det ab initio i datorn med hjälp av bayesiansk inferens ," beskriver Raúl Jiménez (ICREA-ICCUB), medförfattare till studien. "Detta ger en metod att variera alla möjliga parametrar samtidigt för att förutsäga vilket universum vi lever i. Dessutom kan man genom att ha denna kapacitet, undersöka möjliga 'okänd eller okända' systematik för att förstå denna effekt. Effekten av dessa systematik i vår slutsats är utan tvekan den viktigaste saknade ingrediensen i nuvarande metoder för att modellera universum."

För att göra detta ambitiösa angreppssätt beräkningsmässigt genomförbart använde teamet en modern uppsättning tekniker som kallas simuleringsbaserad inferens.

Metoden fungerar enligt följande: först simulerar forskare många möjliga universum med hjälp av fysiska modeller; Därefter lär sig ett neuralt nätverk (en typ av artificiell intelligens) hur den simulerade datan relaterar till de underliggande fysiska parametrarna och slutligen kan det tränade systemet dra slutsatser direkt från verkliga observationer. Detta möjliggör analys av tiotusentals supernovor samtidigt, något som skulle vara omöjligt med traditionella metoder. Förutom att förbättra mätningarna av mörk energi belyser studien också hur och när typ Ia-supernovor bildas.

Ett av de viktigaste resultaten är att metoden kan uppskatta galaxavstånd (rödförskjutning) mycket exakt med endast bilder. Rödförskjutning mäter hur mycket en galax ljus sträcks ut när universum expanderar. Det visar hur långt bort ett objekt är i tid och rum.

Det nya tillvägagångssättet uppnår en precision jämförbar med spektroskopiska mätningar men utan behov av spektra. Detta är avgörande, eftersom framtida himmelsundersökningar kommer att upptäcka miljontals supernovakandidater men endast en liten andel kan realistiskt studeras med spektroskopi.

Vera C. Rubin-observatoriet, som för närvarande byggs i Chile, kommer snart att påbörja en tioårig himmelundersökning. Det kommer att upptäcka ett aldrig tidigare skådat antal supernovor, varav cirka 99 % endast kommer att observeras fotometriskt det vill säga via bilder i olika färger.

"Till skillnad från andra ramverk, som kräver analytiska förenklingar, är vår kompromisslösa end-to-end-simuleringsbaserade inferensmetod unikt kapabel att extrahera all kosmologisk och astrofysisk information från Rubin-observatoriets hårt förvärvade data, samtidigt som vi undviker fallgroparna med urvals- och modelleringsbias," säger Konstantin Karchev (ICCUB-SISSA Trieste), huvudförfattare till studien.

Resultaten av studien  visar att kombinationen av fysikbaserad modellering med artificiell intelligens kan övervinna viktiga begränsningar i nuvarande kosmologiska analyser. Enligt författarna kan detta tillvägagångssätt förbättra kosmologiska begränsningar med upp till en faktor fyra, jämfört med traditionella metoder som enbart bygger på en liten delmängd spektroskopiskt observerade supernovor.

Studiens resultat är publicerad i Nature Astronomy,

Röda dvärgstjärnor slukar jordliknande planeter

 

Bild https://ras.ac.uk/ Illustratörs tolkning av  två jordstora världar som passerar framför röda dvärgstjärnan i TRAPPIST-1-systemet, 40 ljusår bort. Credit ESA/Hubble Licenstyp Attribution (CC BY 4.0)

Forskare vid Keele University Staffordshire, England och University of Exeter i Storbritannien  har studerat tusentals stjärnor och fann då bevis för att sex olika röda dvärgstjärnor den minsta, svalaste och vanligaste typen av stjärna i universum hade omslutit jordliknande stenplaneter.

Det som avslöjade det var det mycket detekterbara kemiska fingeravtrycket, beskriver huvudförfattaren till studien (se nedan)  professor Robin Jeffries vid Keele University.

"Vi upptäckte att några av de röda dvärgstjärnor vi studerade innehöll litium, ett kemiskt grundämne som inte borde finnas där. Därför sticker även en liten mängd litium ut tydligt i dessa stjärnor – lite som att kasta färg på en tom duk." förklarade han.

Professor Jeffries tillägger: "Röda dvärgar är mindre och svalare än vår sol men inuti är de extremt varma. Denna värme bör förstöra allt innehåll an  deras ömtåliga litium i kärnreaktioner kort efter att det bildats."

På grund av detta har det tidigare funnits förutsägelser om att upptäckt av litium i stjärnans atmosfär kan tyda på att  litiumrikt material dragits in från ett omgivande planetsystem.

I den nya studien undersökte forskarna unga stjärnhopar med hjälp av spektroskopiska data vilket syftar på hur olika materia interagerar med elektromagnetisk strålning.

Gaia-ESO Spectroscopic (GES)-undersökningsdata täckte tusentals stjärnor varav teamet identifierade sex olika röda dvärgstjärnor i tre separata kluster med mycket högre litiumhalt än andra stjärnor av liknande spektral typ.

Deras analys tyder på att dessa stjärnor dramatiskt slukat sina omgivande jordliknande planeter eller totalt cirka 3 till 10 jordmassor planetmaterial, vilket gav en nytt litium till deras annars litiumutarmade atmosfärer.

Dessa uppslukningshändelser har länge teoretiserats som ett möjligt och till och med sannolikt utfall under tidig planetsystembildning och kan till och med ha inträffat  i vårt eget solsystems tidigaste år.

Om denna förklaring visar sig vara korrekt kommer ett nytt fönster att ha öppnats in i planetsystemens tidiga liv vilket möjliggör undersökning av mängden och tidpunkten för planetslukningar .

Till skillnad från isolerade stjärnor har de som finns i kluster väl kända åldrar och massor och förekomsten av många liknande solsyskon från samma ursprungliga material innebär att även små kemiska skillnader är lättare att fastställa, beskriver forskarna.

Studien om fenomenet är publicerad i Monthly Notices of the AstronomicalSociety och stöder den teorin att unga stjärnor kan sluka' närliggande världar under tiden som ett  planetsystem bildas. 

En exoplanet i storlek som Saturnus innehållande metan.

Bild wikipedia Saturnus bilden tagen av sonden Cassini 2004.

En planet ungefär lika stor som Saturnus men med en temperatur mer lik jordens (Saturnus medel temperatur kan ses som-133 °C och -190 °C )  med har en atmosfär rik på metan, enligt en ny studie med data från NASAs James Webb Space Telescope (JWST). Till skillnad från gasjättarna  Jupiter och Saturnus i vårt solsystem, som ligger långt från solen och därför är extremt kalla till skillnad mot så kallade "heta Jupiters" jätteplaneter i andra solsystem som är brännheta på grund av sin närhet till sin sol. Vissa av dessa planeter är tempererade jätteplaneter  och nu har en av dessa fått sin atmosfär analyserad med hjälp av data från Webbteleskopet. 

Planeten, kallad TOI-199b, kretsar runt en stjärna som är mer än 330 ljusår från jorden med ett varv ungefär var hundrade dag. Dess temperatur är cirka 80 grader Celcius, vilket fortfarande är varmt ur ett mänskligt perspektiv men inte mycket varmare än de högsta temperaturerna på jorden på omkring 55 grader C som  lätt nås till exempel på instrumentbrädorna i bilar parkerade i direkt solljus. Den är betydligt mer tempererad än de varma Jupiters som kan nå tusen grader C och mer grader och de kalla isiga gasjättar som ligger ner på lång övere -100 grader C.

För att karakterisera en exoplanets atmosfär använde astronomer en teknik som kallas transmissionsspektroskopi för att analysera ljus från stjärnan som passerar genom planetens atmosfär. För att fungera måste planetens bana justeras så att den passerar mellan sin stjärna och teleskopet. Instrument på JWST då separeras stjärnans ljus i dess komponentvåglängder, precis som ett prisma kan separera normalt vitt ljus i regnbågens färger.

"När en planet passerar framför sin stjärna passerar en del av stjärnans ljus genom planetens atmosfär där det interagerar med grundämnen och molekyler i atmosfären," beskriver Aaron Bello-Arufe, postdoktoral forskare vid JPL och försteförfattare till artikeln. "“Specific elements will absorb specific wavelengths of light, creating a fingerprint in the spectrum of light that JWST detects that reflects the atmosphere’s composition.” (se nedan)

Spektrumet under passagen jämförs med baslinjemätningar av stjärnans ljus som fastställts genom cirka 20 på varandra följande timmars observationer av JWST. Själva transiten varar i ungefär sju timmar vilket är mycket längre än transiterna för varma Jupiters som kan vara en timme eller mindre. Skillnaderna mellan baslinje- och transitspektra visar vilka våglängder av ljus som absorberas av planetens atmosfär och används för att identifiera de grundämnen och molekyler som utgör atmosfären beskriver forskarna.

"När vi jämförde spektra under passagen med baslinjen såg vi att atmosfären blockerade våglängderna av stjärnljus som absorberas av metan," beskriver Bello-Arufe. "Modeller för sammansättningen av tempererade, gasjätte-exoplaneter hade förutspått att de skulle innehålla metan, så det är bra att få bekräftelse på att våra teorier är korrekta."

Förutom metan gav teamets observationer antydningar att atmosfären också innehöll ammoniak och koldioxid.

"Med ytterligare observationer av denna planet skulle vi kunna fastställa den relativa mängden av dessa  gaser i dess atmosfär," beskiver Renyu Hu, associate professor of astronomy and astrophysics in the Penn State Eberly College of Science. "Denna mer fullständiga bild av en tempererad gasjättes atmosfär kan sedan användas för att förbättra våra modeller och potentiellt bättre förstå hur planeter och deras atmosfärer bildas och utvecklas och även hur den utvecklats på jorden. Framgången med denna första studie av en tempererad jätteplanets atmosfär ger oss också förtroende att ägna mer resurser och observationstid åt att studera andra liknande planeter. Vi kan då se om denna planet är unik eller om det finns allmänna gemensamma egenskaper för denna typ av planeter."

Förutom Hu och Bello-Arufe bestod forskargruppen av Mantas Zilinskas, Jeehyun Yang, Armen Tokadjian och Mario Damiano vid JPL; Luis Welbanks vid Arizona State University; Guangwei Fu och David K. Sing vid Johns Hopkins University; Michael Greklek-McKeon vid Carnegie Institution for Science; Jonathan Gomez Barrientos och Heather A. Knutson vid California Institute of Technology; och Xi Zhang vid University of California Santa Cruz.

NASA finansierade forskningen genom ett bidrag från Space Telescope Science Institute.

Artikeln som beskriver studien under ledning av astronomer vid Penn State och NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) vid California Institute of Technology har publicerats  i Astronomical Journal.