En svarta hålteori i laboratorimiljö.

 

Bild https://asrc.gc.cuny.edu Konstnärlig avbildning av Penrose-superstrålning som innebär att elektromagnetiska vågor med utvalda rotationsmönster förstärks när de interagerar med ett system som verkar rotera i ljushastighet. (Kredit: Dalila Pasotti och Hadiseh Nasari).

Sir Roger Penrose föreställde sig för mer än femtio år sedan ett scenario där energi kunde utvinnas från ett svart hål som snurrar i extrem hastighet. Han föreslog att en partikel som går in i sin ergosfär innebärande ett område utanför händelsehorisonten (Händelsehorisonten är den såkallade ytan kring ett svart hål, som utgör gränsen mellan hålets innandöme och omvärlden. Händelsehorisonten markerar gränslinjen för platsen där eftersom ingenting, vare sig ljus eller materia, som befinner sig innanför händelsehorisonten kan undkomma utan snart dras det som finns där in i det svarta hålet.) på ett roterande svart hål, där rymdtiden dras med i rotationen och energi teoretiskt kan utvinnas. En del kunde falla in i det svarta hålet medan den andra delen undkom och bar på mer energi än den ursprungliga partikeln. 

Med utgångspunkt i denna teori förutspådde fysikern Yakov Zel'dovich senare att en våg som interagerar med ett tillräckligt snabbt, roterande objekt kan utvinna energi från det och denna kan förstärkas.

Inspirerade av denna teoretiska konstruktion har forskare vid Advanced Science Research Center at the CUNY Graduate Center 85 St. Nicholas Terrace, New York, (CUNY ASRC) publicerat en artikel i Nature som visar ett nytt tillvägagångssätt för vågförstärkning genom interaktion med roterande kroppar (har ej hittat denna artikel).

 Istället för att mekaniskt rotera materia konstruerade teamet en radiofrekvensenhet med egenskaper modulerade i rum och tid för att efterlikna spinn. Enheten skapar en syntetisk form av ultrasnabb rotation som möjliggör tillgång till rotationshastighet långt bortom vad som kan uppnås mekaniskt vilket gör det möjligt för forskare att övervinna begränsningar som länge har hindrat experimentella studier av ultrasnabb rotationsdynamik.

"Vår metod underlättar en ny metod för våg–materia-interaktion där vågor med utvalda rotationsegenskaper utvinner energi från syntetisk tidskonstruerad rotation, vilket ger en form av bredbandsselektiv förstärkning," beskriver huvudforskaren Andrea Alù, Distinguished Professor och Einstein-professor i fysik vid CUNY Graduate Center samt grundande direktör för CUNY ASRC:s Photonics Initiative.

"Detta framgångsrika experiment flyttar idéer om extrem rotationsdynamik från teori till praktik och skapar en mångsidig experimentell plattform för att utforska ett brett spektrum av fenomen i skärningspunkten mellan astrofysik, vågfysik och kvantvetenskap," beskriver huvudförfattaren Hadiseh Nasari, postdoktoral forskare vid CUNY ASRC:s Photonics Initiative. "Arbetet har betydelse för framsteg inom grundforskning samt inom kommunikation, optik och fotonik."

I kärnan av teamets arbete fanns en grundläggande fråga: Kan elektromagnetiska vågor som skickas till en kvarvarande enhet fortfarande bete sig som om de interagerade med ett objekt som roterar i ultrahöga hastigheter och utvinna energi från denna form av syntetisk rörelse?

För att besvara frågan byggde forskarna ett ringformat nätverk av elektroniska resonatorer (en enhet, ett objekt eller ett system som svänger (oscillerar) med en naturligt högre amplitud vid vissa specifika frekvenser, så kallade resonansfrekvenser) vars egenskaper snabbt modulerades i en noggrant tajmad sekvens vilket skapade ett färdmönster runt ringen. Även om enheten i sig inte rörde sig gjorde färdmönstret att de elektromagnetiska vågorna uppfattade systemet som roterande i ultrahög hastighet.

"Vågor med lämpliga rotationsegenskaper extraherade energi från systemet och blev förstärkta, vilket återgav den essentiella fysiken i Penrose–Zel'dovich-processen," beskriver medförfattaren Hady Moussa, tidigare doktorand vid CUNY ASRC Photonics Initiative. "Vår metod bygger på konstruerade metamaterial som är designade för att kontrollera hur vågor fortplantar sig.

Syntetisk rotations förmåga att simulera rörelser bortom ljusets hastighet ger forskare ett kraftfullt sätt att studera extrema tillstånd i en kontrollerad laboratoriemiljö. Teamets prestation öppnar en ny experimentell lekplats för att undersöka fysik som annars skulle vara otillgänglig och ger anmärkningsvärda möjligheter för trådlös kommunikation samt klassiska och kvantoptikapplikationer.

Framöver måste resultaten anpassas i praktisk teknik, och samma koncept kan utvidgas till fotoniska och kvantplattformar, vilket möjliggör nya sätt att manipulera ljus, bearbeta information och undersöka vågfenomen inspirerade av några av universums mest extrema miljöer.

Forskningen stöddes av USA:s försvarsdepartement, USA:s National Science Foundation och Simons Foundation.

Advanced Science Research Center vid CUNY Graduate Center lyfter vetenskaplig forskning och utbildning vid CUNY och bortom genom initiativ inom miljövetenskap, nanovetenskap, neurovetenskap, fotonik och strukturell biologi. Centret främjar samarbete mellan etablerade forskare, tidiga forskare och studenter som arbetar över discipliner för att hantera komplexa vetenskapliga frågor och samhällsutmaningar.

I stora planeters ultravioletta sken i atmosfären kan mörk materia anas.

 

Bild wikipedia Storleksjämförelse mellan jorden och Jupiter.

Ett forskarteam under ledning av Carlos Blanco vid Princeton University undersökte om de enorma gravitationsbrunnarna på de yttre planeterna kunde fånga mörka materiepartiklar som driver omkring i Vintergatan. När dessa partiklar väl är instängda kan de annihilera (sker då en subatomär partikel kolliderar med sin antipartikel och förintas och den totala energin då frigörs då den massekvivalenta energin plus partiklarnas rörelseenergi omvandlas direkt till elektromagnetisk strålning frigörs energi som exciterar vätemolekyler i den omgivande atmosfären och då ger ett svagt sken i ultraviolett område).

Den föreslagna mekanismen skiljer sig från tidigare arbete av Blanco och Rebecca Leane vid SLAC National Accelerator Laboratory, som fokuserade på infraröda signaturer kopplade till den jonhärledda molekylen H₃⁺. Ultraviolett luftglöd, däremot är  en planetomfattande markör som kan sökas efter hos alla gasjättars atmosfär. När mörkmaterieannihilation ger energirika elektroner kan dessa partiklar tillföra molekylärt väte, vilket får processen att avge ultravioletta fotoner. Forskarna började med att avgöra om eventuell överskottsljusstyrka utöver det naturligt förekommande skenet kunde bero på sådana partikelinteraktioner. För att isolera denna potentiella signal vände sig teamet till arkivdata från Voyager 1, Voyager 2 och New Horizons förbiflygningar av Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus.

Genom att jämföra teoretiska emissionsmodeller med de observerade ultravioletta spektrainsamlandet härledde de övre gränser för styrkan i mörk-materia–interaktioner vilket fastställde några av de strängaste begränsningarna för denna detektionsstrategi. Underjordiska detektorer på jorden är designade för att fånga sällsynta partikelkollisioner. Men vissa mörkmateriakandidater förlorar för mycket energi genom att färdas genom berg för att nå  instrumenten. I kontrast skapar de enorma vätehöljena och djupa gravitationspotentialerna hos gasjättar en distinkt miljö där dessa partiklar kan samlas och visa sig. Jupiters massiva och heta atmosfär kan fånga ett annat spektrum av partiklar än de kallare, mindre massiva isjättarna Uranus och Neptunus, vilket gör det möjligt för forskare att testa ett bredare spektrum av teoretiska scenarier.

Studien belyser också osäkerheter kring hur länge fångade partiklar förblir bundna inom en planet och hur intern temperatur påverkar den slutliga ultravioletta utströmningen. Även om ingen definitiv mörk materiesignatur har framkommit ännu från ultravioletta mätningar visar de nyetablerade gränserna att planetatmosfärer kan komplettera jordiska experiment i den globala strävan att nysta upp kosmos osynliga uppbyggnad.

En artikel om studien kan läsas här i PhysicalReview Letters  

Den mörka materian kan vara i samklang med en femte dimension.

 

Bild wikipedia Galaxhopen MACS J0025.4-1222 belägen ca 5,7 miljarder ljusår från jorden i stjärnbilden Valfisken (Cetus).  MACS J0025.4-1222 är ett gigantiskt galaxsystem bildat ur en kollision mellan två massiva galaxhopar. Hopen är mest känd för att den ger direkt visuella bevis på mörk materia. Det rosa på bilden visar vanlig materias fördelning, det blå den mörka materiens.

Mörk materia har utforskats av forskare och science fiction-författare i årtionden och inspirerat allt från planetförstörande virvlar i Star Trek till Dammet som upprätthåller multiversum i Philip Pullmans fantasytrilogi His Dark Materials.

Även om forskare i dag är säkra på att mörk materia existerar på grund av dess enorma gravitationseffekt som fungerar som ett osynligt 'kosmiskt lim' som håller galaxer samman har den aldrig observerats och dess sanna natur är ett mysterium.

Även om möjligheten att mörk materia existerar i en extra för oss dold dimension och har undersökts omfattande under de senaste åren, har forskare vid University of Sheffield nu tagit det konceptet ett steg längre.

Här kan man få tankar åt strängteorin där upptill tio dimensioner diskuteras istället för de fyra vi anses leva under i dag höjd, bredd, längd och tid (min tanke).

Forskarna vid Sheffield beskriver en övertygande ram för att förklara hur mörk materia beter sig och varför den fortfarande är så svår att upptäcka

I studien (se nedan) föreslås att mörk materia finns i en dold extra dimension tillsammans med en kraftbärande partikel som de kallar en mörk foton. Enligt teorin gör den specifika geometrin och formen på denna extra dimension att massorna hos dessa partiklar linjeras i en exakt ordning.

Denna justering skapar ett fenomen som kallas mörk materia-resonans, vilket är fritt tolkat likt hur ett musikinstrument vibrerar intensivt när det träffar exakt rätt ton.

Dr Yu-Dai Tsai, Dorothy Hodgkin Senior Research Fellow vid University of Sheffield vid Royal Society, beskriver: "Resonans av mörk materia är redan känt som en kraftfull idé, med potential att förändra vår förståelse av hur mörk materia producerades i det tidiga universum och hur vi bör söka efter den idag.

"Men många tidigare resonans mörkmateriamodeller har behandlat resonansen som en förutsättning. Denna nya modell  ger en möjlig djupare källa till detta innebärande att resonansen kan komma direkt från geometrin av för oss dolda dimensioner.

"Denna resonans kan göra mörk materie-interaktioner mycket starkare vid avgörande epoker i kosmisk historia ex som i det tidiga universum. Avgörande är att modellen tillåter dessa starka interaktioner i det förflutna samtidigt som den förklarar varför mörk materia verkar så reaktionströg och därmed svår att upptäcka."

Medan resonant ( i betydelsen att när något svänger eller vibrerar i takt med något annat) mörk materia och extra dimensioner båda har studerats oberoende tidigare, krävde tidigare modeller att partikelmassor noggrant justerades eller 'arrangerades för hand' för att fysiken skulle fungera.

I Sheffield-studien föreslås att denna perfekta stämning inte är en slump utan uppstår naturligt från den matematiska strukturen i den dolda dimensionen själv.

"Att förstå mörk materia skulle innebära ett djupgående framsteg i mänsklighetens kunskap om kosmos och vad det består av," tillägger Yu-Dai.

"Vår forskning ger fysiker tydliga nya mål i jakten på mörk materia, samtidigt som vi kopplar samman två av de största idéerna inom grundläggande fysik. Mysteriet med mörk materia och existensen av dolda dimensioner."

Utöver att utöka vår förståelse av kosmos, driver sökandet efter mörk materia indirekt praktiska teknologiska framsteg. De ultrakänsliga detektorerna, kryogeniken, lågbrus-elektroniken och kvantmätteknologierna som utvecklats för att leta efter mörk materia kan driva fram genombrott inom medicin, databehandling och global kommunikation.

Studien är publicerad i tidskriften Physical Review D

Detta är asteroider

 

Bild https://www.nasa.gov asteroidbältet ligger mellan Mars och Jupiter, och Trojanska asteroider är de som  går före och efter ex Jupiter i dess bana. Forskare vet nu att asteroider var de ursprungliga "byggstenarna" för de inre planeterna. De som finns kvar är stenar som inte fäste vid varandra och blev större kroppar när solsystemet bildades för 4,6 miljarder år sedan. Crediter: NASA, ESA och J. Olmsted (STScI)

Asteroider är olikformade med storleksskillnader. Steniga objekt som kretsar runt solen precis som planeter gör. Faktum är att  större asteroider kallas dvärgplaneter som ex Pluto och Ceres. Asteroider  blev kvar efter att vårt solsystem bildades för cirka 4,6 miljarder år sedan. Det finns mer än en miljon kända asteroider. Till skillnad från stenasteroider är kometer en blandning av damm och is.

Meteorer  är små rymdstenar som dras  i jordens atmosfär, där de antingen brinner upp som ett stjärnfall eller landar på marken och då kallas meteorit. Olika typer av asteroider består av olika blandningar av material. De flesta av dem består av kondriter som är kombinationer av  sten och lera. Dessa kallas "C-typ" asteroider. Vissa, kallade "S-typ", består av endast stenmaterial, medan "M-typ" asteroider består av metalliska element.

Asteroider bildades ungefär samtidigt och på samma sätt som planeterna i vårt solsystem. Ett massivt dammigt moln av gas och damm kollapsade till en snurrande skiva och gravitationen i skivans centrum drog samman mer material mot den. Med tiden drogs dessa delar samman av gravitation och krockar upprepade gånger ibland resulterade i mindre fragment och andra gånger klumpade de ihop sig, vilket resulterade istörre objekt. De flesta asteroider vi känner till ligger i ett område som kallas asteroidbältet och som finns i mellan Mars och Jupiter. Men asteroider finns också i andra delar av solsystemet ex i Kuiperbältet bortom Neptunus.

Trojanska asteroider kretsar runt solen på samma bana som en planet. De finns på två specifika punkter på planetbanan som kallas Lagrangepunkter. Vid dessa punkter är planetens och solens gravitationskraft i balans vilket gör dessa punkter gravitationsneutrala och stabila. Många planeter har visat sig ha trojanska asteroider och även jorden har detta.

NASA upptäcker och spårar asteroider med hjälp av teleskop på marken och i rymden med hjälp av radarobservationer och datormodellering. Myndigheten har också skickat upp flera robotutforskare för att lära sig mer om asteroider.

Vissa uppdrag studerar asteroider ovanifrån, såsom Psyche-uppdraget, som sköts upp 2023 för att studera asteroiden Psyche och som beräknas nå denna asteroid 2029.

Andra uppdrag har haft fysisk kontakt med asteroider. Till exempel  DART-uppdraget där rymdsonden som planerat kraschade in i asteroidmånen Dimorphos som tillhör dubbelasteroiden Didymos för att ändra dess bana.  OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification and Security Regolith Explorer) samlade in ett materialprov från ytan av asteroiden Bennu och levererade provet till jorden 2023 för forskare att studera.

NASA identifierar 41 rymdteknologier för framtida användning på månen.

 

Bild wikipedia Namnen på de större månhaven och några kratrar på månens framsida.

NASA har valt ut 41 förslag från 37 företag att utveckla sina teknologier till stöd för myndighetens mål att etablera en långsiktig närvaro på månen och möjliggöra mänsklig utforskning av Mars.

Dessa amerikanska företag, utvalda från NASAs 2025 års Announcement of Collaboration Opportunity (ACO), kommer att utveckla teknologier som skapar lösningar för rymdtransport, arbeten på månens yta och infrastruktur på månen.

"Vi ger amerikansk industri möjlighet att bli aktiva partners i NASAs uppdrag till månen, Mars och bortom," beskriver Greg Stover, chef för Advanced Research and Technology Division vid myndighetens Research and Technology Mission Directorate vid NASA:s huvudkontor i Washington.

NASAs ACO etablerar ömsesidigt fördelaktiga partnerskap mellan myndigheten och industrin utan utbyte av ekonomiska medel. Istället får företag använda NASAs specialiserade anläggningar, mjukvara, hårdvara och ämnesexperter vilket gör det möjligt för dem att snabbare ta fram sina teknologier för både kommersiella marknader och framtida statliga uppdrag.

Sedan lanseringen av den första ACO 2015 har NASA stöttat mer än 110 projekt. Det totala uppskattade värdet av byråns resurser för att stödja avtalen är cirka 30 miljoner dollar vilket innebär ytterligare 32 miljoner dollar i branschbidrag. Prestationsperioden kommer att förhandlas för varje avtal, med en förväntad löptid på 12 till 24 månader.

Branschföreståndarna fick i uppdrag att svara på myndigheters teknologifrågor som skulle gynnas av den snabba utveckling som möjliggjordes av ett offentligt-privat partnerskap, inklusive element av rymdtransportmotorer, styr- och navigationssystem, landningssystem, montering och tillverkning i rymden samt energihanteringsteknologier.

Den kompletta listan över valen finns på byråns webbplats och omfattar tvärgående funktioner. 

Några exempel är

Lockheed Martin som kommer att utveckla en modulär, kompakt energilösning som kan stödja kontinuerlig elproduktion i månens permanent skuggade regioner vilket hjälper framtida besättning och dess resurser att överleva den långa månnatten. Företagets trådlösa kraftöverföringssystem syftar till att utveckla kraftstrålningsteknik med fiberlasrar och ett rymdbaserat värmeavledningssystem.

För att förbättra omloppsuppdrag kommer Kall Morris Inc. att utveckla Asteria, ett kompletterande system för nyttolastfästning. Asteria kan fästa på äldre, nuvarande och nästa generations omloppsresurser med ett icke-destruktivt, kontrollerat frigörande lim utan att behöva förinstallerad infrastruktur. Denna teknik möjliggör avancerad manövrering, förbättrad objektspårning, tillgång till skydd, datasamling och förlängning av satellitens livslängd.

Moonprint Solutions, ett litet företag, föreslår flexibla isoleringsskydd för att skydda kritisk hårdvara och system från slitande damm i den hårda månmiljön. Flexibla skydd ger en strategisk fördel genom att erbjuda skydd som anpassar sig utefter komplexa former för olika typer av hårdvara. Dessa hållbara skydd kan användas på rovers, robotleder, slangar och annan ledad utrustning för att stödja långsiktiga operationer på månen och Mars.

Utvalda projekt kan ha en betydande inverkan på den kommersiella rymdsektorn, såsom att utöka befintliga eller öppna nya marknader, sänka priser, öka valmöjligheterna eller erbjuda helt nya möjligheter både inom rymdfart och på jorden.

Nu har ett av saknade svarta hål i den klotformade stjärnhopen Omega Centauri hittats

 

Bild wikipedia Den klorformiga stjärnhopen Omega Centauri som finns 15800 ljusår bort. Foto: ESO.

Den massiva klotformade stjärnhopen Omega Centauri har förbryllat astronomer i årtionden. Den borde vara fylld med svarta hål som lämnats kvar av exploderade stjärnor (supernovor), men sökandet efter dem har tills nu varit resultatlösa. Men nu har astronomer, som använt arkivdata från NASAs Hubble-rymdteleskop och stödjande observationer från NASAs James Webb-rymdteleskop äntligen lokaliserat sitt första svarta hål i denna hop. Att upptäcka den första av de saknade svarta hålpopulationer man anser bör finnas här kommer att hjälpa till att förfina nuvarande teorier om svarta håls bildning i miljöer som  den i Omega Centauri.

Omega Centauri består av 10 miljoner av gravitation bundna stjärnor. Även om det astronomiska samfundet tidigare funnit bevis tillsammans med Hubble för att ett svart hål med medelstor massa finns i dess centrum tyder modeller på att denna stjärnhop också borde innehålla cirka 10 000 mindre svarta hål med stjärnmassa (rester av supernovor inte att förväxla med det svarta hål som finns i centrum av flertalet galaxer). Denna anmärkningsvärda population av svarta hål undvek upptäckt i tidigare observationsstudier där man använde radiell hastighetsmetod eller letade efter radio- och röntgenstrålning från material som föll ner på svarta hål.

Man kan undra och begrunda hur galaxers centrala svarta hål bildats.

Jag kan tänka mig att de kan vara rester av liknande händelser som de små som blir resultatet efter en supernova. Men då som en explosion av betydligt större kraft frågan är om BigBang var resultatet av ett eller flera äldre universum som exploderade efter att ha imploderat?

Genom att sålla igenom mer än 20 år av Hubbleteleskopets arkivdata  tillsammans med nya Webb-data för att ytterligare få data till astrometriska mätningar lokaliserade teamet en stjärna som kretsar kring ett osynligt objekt så tungt att det måste vara ett svart hål. Objektet har namnet  oMEGACat BH-2. Det  är det första svarta hålet med stjärnmassa som upptäckts i Omega Centauri och det har några överraskande egenskaper. oMEGACat BH-2 har en lägre massa än väntat och tillsammans med sin synliga stjärngranne sker här den längsta omloppstiden av alla svarta hål-binärsystem som är kända hittills.

"Med Hubble- och Webb-data kunde vi se rörelsen hos den synliga stjärnan som är en del av denna dubbelstjärna (bestående av en stjärna och ett svart hål). Dubbelstjärnan finns cirka 18 000 ljusår bort i den stjärnrika miljön Omega Centauri," beskriver Matthew Whitaker från University of Utah, Salt Lake City, huvudförfattare till en ny  artikel (se nedan). "Precisionen i dessa mätningar är otrolig, ner till en bråkdel av en pixel på Hubble och Webbs detektorer. Det hade inte varit möjligt att hitta detta svarta hål utan dessa två rymdteleskop."

Baserat på insamlad data  från Hubble och Webbteleskopen  kunde teamet kartlägga stjärnans bana under 20 år och under dess närmaste avstånd det svarta hålet  då den också rörde sig snabbast. Utifrån de omfattande uppgifterna fastställde teamet att den synliga stjärnan kretsar kring oMEGACat BH-2 där ett varv tar 94 år, vilket gör den till det långperiodiga svarta hål-binärstjärnan som någonsin upptäckts.

Dess långa omloppstid ger också en ledtråd till ursprunget till detta binära system. Den bildades troligen dynamiskt, vilket betyder att stjärnan och dess svarta hål-följeslagare inte började tillsammans utan istället drogs till varandra i denna hop av gravitation. Forskarna beräknade att ett system som oMEGACat BH-2 kommer att existera knappt en miljard år innan det slits isär av möten med närliggande stjärnor, en mycket kortare period än klustrets ålder som är ungefär 12 miljarder år.

"Det är viktigt att förstå svarta håls populationer i klotformiga hopar eftersom det råder osäkerhet kring deras fysik och bildning," beskriver Anil Seth vid University of Utah, medförfattare till studien. "Mer specifikt är förståelsen för processen att bilda svarta hål och sedan dynamiskt bilda dubbelstjärnor avgörande eftersom det påverkar vår förmåga att tolka och förstå gravitationsvågshändelser. Miljöer som Omega Centauri är de främsta platserna där vi tror att binära grupper dras samman och skapar gravitationsvågor."

Teamets resultat publicerades ntyigen i The Astrophysical Journal Letters. 

Att förstå tiden (händelseförloppet) innan en stjärna kommer till

 

Bild https://www.kyushu-u.ac.jp/en Illustration av jon-neutral drift i L1544:s prestellära kärna

De blå linjerna representerar magnetfältslinjerna, som böjs på grund av kärnans gravitations kontraktion. De röda och gröna prickarna visar jon- respektive neutrala molekylarter, och pilarna följer deras inflödesrörelse mot kärnans centrum (ju snabbare det sker desto längre är pilarna). Medan både jonerna och neutrala delarna är fästa vid magnetfältslinjerna i den inre delen av kärnan, kopplas de neutrala delarna bort från magnetfältslinjerna och faller snabbare än jonerna vilka förblir fästa vid fältlinjerna. Denna jonneutrala avkoppling, känd som ambipolär diffusion, krävs för att en gravitationskollaps av den prestellära kärnan ska uppstå, vilket kommer att producera en protostjärna i dess centrum och slutligen ett stjärnsystem liknande vårt eget solsystem.

Stjärnor som vår sol bildas genom kollapsen av stjärnobjekt kallade prestellära kärnor (tiden innan en stjärna bildas), kalla och täta koncentrationer av gas och damm som hålls samman av gravitationen. Även om många frågor kvarstår om de exakta mekanismerna bakom stjärnbildning, har forskare tack vare avancerade radioteleskop kunnat få ny kunskap om de inre mekanismerna hos unga stjärnor.

I en ny artikel i  Astronomy & Astrophysics beskriver forskare vid Kyushu-universitetet och Max Planck-institutet för utomjordisk fysik för första gången upptäckten av ett fenomen känt som ambipolär diffusion  som förekommer i en prestellar core. Detta fenomen leder till att kärnans magnetiska stöd försvagas vilket leder till gravitationskollaps och bildar början till en ny stjärna. En så kallad protostjärna. Dessa nya rön ger ytterligare insikt i de viktigaste processerna bakom tidig stjärnbildning och hur solsystem som vårt skapas.

" Pre-stellar_core är fascinerande stjärnkroppar. De är täta och kalla och en källa till mycket komplex kemi. Den kalla miljön gör det möjligt för molekyler att samlas till mer komplexa sådana och som föregångare till prebiotiska organiska molekyler," förklarar huvudförfattaren till ovan artikel Doris Arzoumanian biträdande professor vid Kyushu universitet Institutet för avancerade studier. "En av frågorna vi undersöker är magnetfältens roll i stjärnbildning. Starka magnetfält genomsyrar prestellära kärnor. Om det fältet är för starkt kan det fördröja gravitationskollaps och därmed stjärnbildning. Vi ville undersöka hur Pre-stellar_core minskar styrkan i sitt magnetfält."

Med hjälp av Institute for Radio Astronomy in the Millimeterre Range (IRAM) 30 m-teleskopet riktade forskarteamet blicken mot L1544, en Pre-stellar_core belägen i Taurus molekylmoln, en av de närmaste stjärnbildningsregionerna till jorden. I molekylmoln är gas delvis joniserad, vilket innebär att joner är starkt kopplade till magnetfält medan neutrala partiklar interagerar med fältet indirekt genom sammanslagningar. Att studera dessa molekyler är nyckeln till att förstå tillståndet hos kärnans magnetfält.

Men eftersom Pre-stellar_core är mycket kalla fryser de vanligaste molekylära spårämnena fast vid dammkorn och gör dem osynliga. Därför var teamet tvungna att spåra och identifiera en ny uppsättning molekyler.

"Vi valde Diazenylium-d1 (N2D+), en jon, och para-monodeuterata ammoniak (para-NH2D), en neutral molekyl som våra spårämnen eftersom de vanligtvis finns i liknande högdensitetsområden inom Pre-stellar_core," beskriver andra författaren Silvia Spezzano, gruppledare på Max Planck-institutet för utomjordisk fysik. "Vi samlade därför in spektraldata från kärnan och modellerade hastigheten för de två molekylerna."

De fann en tydlig hastighetsskillnad mellan molekylerna på cirka 0,05 km/s, vilket tolkades som bevis på jonneutral drift. När densiteten i den Pre-stellar_core ökar blir den skyddad från strålning och joniseringen minskar. Detta försvagar kopplingen mellan molekylerna och magnetfälten, och så småningom kopplar neutrala partiklar loss och driver inåt på grund av gravitationen, medan jonerna förblir bundna till magnetfältet. När de neutrala partiklarna faller mot kärnans centrum ökar de hastigheten medan jonerna förblir kopplade till magnetfältet, vilket orsakar hastighetsskillnaden.

"Denna process kallas ambipolar diffusion. Hittills har det varit en stor utmaning att observera detta fenomen i en Pre-stellar_core ," beskriver Arzoumanian. "När ambipolär diffusion fortsätter minskar styrkan i magnetfältet. Så småningom blir gravitationen den primära drivkraften i kärnan vilket resulterar i dess gravitationskollaps till en protostjärna."

Teamet hoppas kunna ytterligare bekräfta sina resultat genom att observera ytterligare Pre-stellar_core och kartlägga hastighetsdriften hos jon- och neutrala molekyler.

"Våra resultat var möjliga tack vare ett tvärvetenskapligt samarbete mellan expertobservatörer och teoretiker inom gas dynamics, astrochemistry, and dust physics," beskriver Arzoumanian. "Att förstå stjärnbildning besvarar en grundläggande fråga om livets ursprung i planetsystem och hjälper oss att bättre förstå universum som helhet."