De galeileiska månarna Io, Europa, Ganymedes och Callistos vattenhalt

 

Bild wikipedia på de galileiska månarna i en sammansatt bild där månarnas storlek kan jämföras med Jupiters: uppifrån ses Io, Europa, Ganymedes och Callisto. De så kallade galeileiska månarna ses Io, Europa, Ganymedes och Callisto kallas så eftersom det var den italienske astronomen Galileo Galilei  som var den som upptäckte dem.

Sedan de första uppdragen av utforskning Jupiter och dess 95 månar i slutet av 1970-talet har forskare vetat att Jupiters månar uppvisar markant olika egenskaper. Io och Europa är det mest slående exemplet. Medan Io är en torr och intensivt vulkanisk värld utan vatten, är Europa isig och tros dölja ett enormt underjordiskt hav av flytande vatten.

I en ny internationell studie under ledning  från Aix-Marseille University och Southwest Research Institute (SwRI) beskrivs att denna slående kontrast fastställdes vid bildandet av dessa månar. De bildades runt Jupiter, inte genom senare evolutionära processer.

"Io och Europa är grannar som kretsar runt Jupiter, men de ser ut att komma från helt olika familjer," beskriver SwRI:s Dr. Olivier Mousis vid Department, Southwest Research Institute, 6220 Culebra Road, San Antonio och andreförfattare till en artikel i Astrophysical Journal som beskriver dessa upptäckter (se nedan). 

Teamet testade två huvudhypoteser för att förklara skillnaderna. Den första antyder att de extrema förhållandena nära Jupiter under satellitbildningen hindrade att vattenis bevarades vilket berövade Io vatten. Den andra hypotesen föreslår att Io och Europa initialt bildades med liknande mängder vatten, men att Io senare förlorade de flesta av sina flyktiga ämnen över tid genom atmosfäriska flykter och erosionsprocesser.

Det internationella teamet rekonstruerade de tidigaste evolutionära stadierna av Io och Europa med antagandet att månens vatten härstammar från hydrerade mineraler som införlivades under bildandet. Med hjälp av en avancerad numerisk modelleringsram kopplade studien månarnas interna termiska utveckling till flyktiga flyktprocesser vilket tog hänsyn till alla större värmekällor som var aktiva i det unga Jupitersystemet, inklusive ackretionsuppvärmning, radioaktivt sönderfall, tidvattenspridning och Jupiters intensiva strålning.

"Io har länge setts som en måne som förlorade sitt vatten senare i livet," förklarar Mousis. "Men när vi sätter den idén på prov vägrar fysiken att visa hur: "Io kunde helt enkelt inte bli av med sitt vatten så effektivt."

För den delen skulle Europa inte heller förlora sitt vatten inte ens under extrema förhållanden. Resultaten visar att Io och Europa redan var fundamentalt olika vid bildandet. Io bildades av torr materia och Europa ackumulerade från isrikt mineral.

"Den enklaste förklaringen visar sig vara den rätta," beskriver Mousis. "Io bildades torr och Europa bildades våt."

Dessa modeller visar att den kompositionella kontrasten mellan Io och Europa inte är resultatet av efterföljande evolution, utan snarare det direkta arvet från den ursprungliga miljön runt Jupiter vid den tid då dess månar bildades. Dessa slutsatser utmanar den långvariga antagandet att Ios högdensitetssammansättning berodde på en massiv förlust av flyktiga ämnen efter dess bildande.

Från och med 2031 kommer NASAs Europa Clipper-uppdrag och Europeiska rymdorganisationens Juice-uppdrag att studera Jupiters stora månar och ge avgörande nya data för att ytterligare testa dessa slutsatser. Särskilt kommer provtagning av vattenisplymer som förväntas bryta ut från sprickor i Europas isiga yta ge historisk kontext.

"Genom att undersöka plymaktivitet och vattens isotopiska fingeravtryck kommer framtida uppdrag att hjälpa oss att rekonstruera de tidiga förhållandena av Jupitersystemets månars  bildande," beskriver Mousis.

Få tillgång till forskningsartikeln "On the Divergent Evolution of Io and Europa as Primordial Ocean Worlds"  i Astrophysical Journal.

ESAs Jupiter Icy Moons Explorer, Juice just nu och dess framtida färd

 

Bild https://www.esa.int/ Juice emblem.

ESAs Jupiter Icy Moons Explorer, (Juice) kommer att göra detaljerade observationer av Jupiter och dess tre stora havsbärande månar Ganymedes, Callisto och Europa. Uppdraget innefattar en uppsättning av fjärranalys, geofysiska och in situ-instrument. Uppdraget kommer att karaktärisera dessa månar som både planetära objekt och möjliga livsmiljöer, utforska Jupiters komplexa miljö på djupet och studera  Jupitersystemet som en arketyp för gasjättar i universum. Uppskjutningen skedde den 14 april 2023

Uppskjutningsplatsvar Europas rymdhamn i Franska Guyana

Bärraket: Ariane 5

Förbiflygningar på vägen var hittills  Augusti 2024 månen -Jorden, augusti 2025 Venus därefter blir det september 2026 Jorden, januari 2029 Jorden vidare sker ankomsten till Jupiter i juli 2031

Se projektets hemsida här finns mycket intressant beskrivet om projektets arbete och nuvarande status. 

Observation av en Jellyfish_galaxy (Manetgalax) långt därute i tid och rum

 

Bilden  wikipedia. Inte den galax som beskrivs i inlägget men en bra bild på hur en manetgalax ser ut.  ESO 137-001, även känd som Manetgalaxen, är en taggformad spiralgalax belägen i stjärnbilden Triangulum Australe  i stjärnhopen Abell 3627. När galaxen rör sig mot galaxhopens centrum med 1900 km/s, blir den avskalad av het gas vilket skapar en 260 000 ljusår lång svans. Detta kallas ram pressure stripping (RPS)

Astrofysiker från University of Waterloo har observerat en tidigare ej känd manetgalax. Den avlägsnaste i sitt slag som någonsin upptäckts.

Manetgalaxer är namngivna efter de långa, tentakelliknande former som finns utefter dem. Den rör sig snabbt i sin heta, täta galaxhop och gasen inom klustret fungerar som en stark vind som trycker ut manetgalaxens egen gas bakifrån och bildar spår. Den tekniska termen för denna process är ram-pressure stripping. Waterloo-forskarna fann denna galax i djuprymddata som fångats av James Webb Space Telescope (JWST). Den är på z = 1,156, vilket betyder att vi ser den som den var för 8,5 miljarder år sedan, när universum var mycket yngre än i dag.

Data ger en sällsynt inblick i hur galaxer förändrats sedan det tidiga universum och utmanar föreställningarna om hur universum borde ha setts ut för 8,5 miljarder år sedan.

Teamet gjorde upptäckten när de undersökte COSMOS-fältet Cosmic Evolution Survey Deep field . En del av universum som många teleskop har observerat för att studera avlägsna galaxer. Astronomer valde denna fläck eftersom den ligger långt från vår egen galaxs plan och därför finns det litet av förorening från stjärnor och damm från Vintergatan i synriktningen. Platsen finns i ett område av universum som är synligt från både norra och södra halvklotet och fritt från ljusa förgrundsobjekt, vilket ger astronomerna en fri vy över det avlägsna universum i tid och rum.

"Vi granskade en stor mängd data från denna tidigare välstuderade region av universum i hopp om att upptäcka manetgalaxer som inte studerats tidigare," beskriver Dr. Ian Roberts, Banting-postdoktor vid Waterloo Centre for Astrophysics vid naturvetenskapliga fakulteten. "Tidigt i vår sökning av JWST-data upptäckte vi en avlägsen, odokumenterad manetgalax som väckte vårt intresse."

Denna manetgalax hade en ordinär galaxskiva och klara blå knutar i sina spår likt mycket unga stjärnor. Stjärnornas ålder tyder på att de bildades utanför själva huvudgalaxen i spåren av avskalad gas, vilket är väntat i en galax av denna typ.

James Webbteleskopet ser på Cranium nebulosa (PMR 1 eller PN G272.8+01.0)

 

Bild wikipedia Infraröda bilder tagna av James Webb Space Telescope. Skillnaderna i vad Webbs infraröda instrument avslöjar och döljer inom PMR 1:s "Exposed Cranium"-nebulosa är tydligt i denna sida vid sida-vy. Fler stjärnor och bakgrundsgalaxer lyser igenom NIRCams vy, medan kosmiskt damm lyser mer framträdande i MIRI:s mellaninfraröda läge. Bild: NASA, ESA, CSA, STScI; Bildbehandling: Joseph DePasquale (STScI)

Nebulosan verkar ha tydliga områden som visar olika faser av dess utveckling. Ett yttre skal av gas som blåstes bort först och till största delen består av väte, samt ett inre moln med mer struktur som innehåller en blandning av olika gaser. Både Webbs NIRCam (Near-InfraredCamera) och MIRI (Mid-Infrared Instrument) visar en distinkt mörk bana som löper vertikalt genom nebulosans centrum och definierar dess hjärnliknande utseende på vänster och höger hjärnhalva. Webbs upplösning visar att denna bana kan vara relaterad till ett utbrott eller utflöde från den i centrum liggande stjärnan, vilket vanligtvis uppstår när dubbla jetstrålar bryter ut i motsatta riktningar. Bevis för detta är tydliga högst upp i nebulosan i Webbs MIRI-bild, där det ser ut som att den inre gasen skjuts utåt.

Även om det fortfarande finns mycket att förstå om denna nebulosa är det tydligt att den skapats av en stjärna nära slutet av sin bränsleförbrännande "existens." I sina slutstadier släpper stjärnorna ut sina yttre lager. Det är en dynamisk och ganska snabb process, i kosmiska termer sett. Webb har fångat ett ögonblick i denna stjärnas nedgång. Vad som slutligen händer beror på stjärnans massa som ännu inte är fastställd. Om den är tillräckligt massiv kommer den att explodera i en supernova. En mindre massiv solliknande stjärna kommer att fortsätta att släppa från sig  lager efter lager tills endast dess kärna återstår som en tät vit dvärg som sedan svalnar över eoner av tid.

Om maskhål finns eller inte och varför teorin kom till

 

Bild wikipedia Ett maskhål visualiserat som en tvådimensionell yta. Rutt (a) är den kortaste vägen genom normalrummet mellan punkterna 1 och 2; Rutt (b) är en kortare väg genom ett maskhål.

Maskhål föreställs ofta som tunnlar genom rum eller tid genvägar genom universum. Men denna bild vilar på en missuppfattning av arbetet av fysikerna Albert Einstein och Nathan Rosen.

År 1935, när de studerade partiklarnas beteende i områden med extrem gravitation, introducerade Einstein och Rosen det de kallade en "bro": en matematisk länk mellan två perfekt symmetriska kopior av rumtiden. Det var inte tänkt som en passage för resor utan som ett sätt att effekten mellan gravitation och kvantfysik. Först senare blev Einstein–Rosen-broar förknippade med maskhål trots att de hade lite med den ursprungliga idén att göra.

I ny forskning visar Professor Enrique Gaztanaga from the Institute of Cosmology & Gravitation med  kollegor att den ursprungliga Einstein–Rosen-bron pekar på något mycket märkligare och mer grundläggande än ett maskhål (nedan är dessas forskning och ord).

Pusslet som Einstein och Rosen tog upp handlade aldrig om rymdresor, utan om hur kvantfält beter sig i krökt rumtid. Tolkad så fungerar Einstein–Rosen-bron som en spegel i rumtiden en koppling mellan två mikroskopiska tidspilar.

Kvantmekaniken styr naturen på de minsta skalorna såsom partiklar medan Einsteins allmänna relativitetsteori gäller gravitation och rumtid. Att förena de två är fortfarande en av fysikens största utmaningar. Omtolkningen kan erbjuda en väg till detta. "Maskhåls"-tolkningen uppstod decennier efter Einsteins och Rosens arbete då fysiker spekulerade i att korsa från ena sidan av rumtiden till den andra (in i ett svart hål och ut i ett så kallat vitt hål).

Men samma analyser gjorde också tydligt hur spekulativ idén var inom allmän relativitetsteorin är en sådan resa omöjlig. Bron klämmer av snabbare än ljuset kan ta sig över den vilket gör det omöjligt. Einstein–Rosen-broar är därför instabila och oobserverbara  matematiska strukturer, inte portaler.

Ändå blomstrade maskhålsmetaforen inom populärkulturen och spekulativ teoretisk fysik. Idén att svarta hål kan koppla samman avlägsna delar av kosmos – eller till och med fungera som tidsmaskiner inspirerade otaliga artiklar, böcker och filmer.

Ändå finns det inga observationsbevis för makroskopiska maskhål inte heller någon övertygande teoretisk anledning att förvänta sig dem inom Einsteins teori. Även om spekulativa utvidgningar av fysiken  såsom exotiska materieformer eller modifieringar av allmän relativitet har föreslagits för att stödja sådana strukturer är de fortfarande oprövade och starkt spekulativa. Det senaste arbetet återbesöker Einstein–Rosen-bropusslet med en modern kvanttolkning av tid, byggt på idéer utvecklade av Sravan Kumar och João Marto.

De flesta grundläggande fysikaliska lagar skiljer inte mellan dåtid och framtid eller mellan vänster och höger. Om tid eller rum är omvänd i sina ekvationer förblir lagarna giltiga. Att ta dessa symmetrier på allvar leder till en annan tolkning av Einstein–Rosen-bron.

Istället för en tunnel genom rymden kan den förstås som två kompletterande komponenter av ett kvanttillstånd. I en av dem flyter tiden framåt i den andra flödar den bakåt från sin spegelreflekterade position.

Denna symmetri är inte en filosofisk preferens. När oändligheter utesluts måste kvantutvecklingen förbli fullständig och reversibel på mikroskopisk nivå  även i närvaro av gravitation.

"Bryggan" uttrycker att båda tidskomponenterna behövs för att beskriva ett komplett fysiskt system. I vanliga situationer ignorerar fysiker den tidsomvända komponenten genom att välja en enda tidspil.

Men nära svarta hål, eller i expanderande och kollapsande universum måste båda riktningarna inkluderas för en konsekvent kvantbeskrivning. Det är här som Einstein–Rosen-broar naturligt uppstår.

På mikroskopisk nivå tillåter bron information att passera över vad som för oss framstår som en händelsehorisont  en punkt utan återvändo. Information försvinner inte. Den fortsätter att utvecklas men i motsatt riktning, spegeltidsmässig.

Denna ram erbjuder en naturlig lösning på den berömda informationsparadoxen för svarta hål. År 1974 visade Stephen Hawking att svarta hål avger värme och så småningom kan avdunsta vilket tydligen raderade all information om vad som hamnade i dem  vilket motsäger kvantprincipen att evolutionen måste bevara information.

Paradoxen uppstår endast om vi insisterar på att beskriva horisonter med en enda, ensidig tidspil extrapolerad till oändligheten en förutsättning som kvantmekaniken själv inte kräver.

Om den fullständiga kvantbeskrivningen inkluderar båda tidsriktningarna går ingenting egentligen förlorat. Information lämnar vår tidsriktning och återuppstår längs den omvända. Fullständighet och kausalitet bevaras utan att åberopa exotisk ny fysik.

Dessa idéer är svåra att förstå eftersom vi är makroskopiska varelser som bara upplever en riktning av tid. På vardagsskalor tenderar oordning  eller entropi att öka. Ett högordnat tillstånd utvecklas naturligt till ett oordnat, aldrig tvärtom. Detta ger oss en tidspil.

Men kvantmekaniken tillåter mer subtilt beteende. Intressant nog kan bevis för denna dolda struktur redan finnas. Den kosmiska mikrovågsbakgrunden  efterglöden från Big Bang visar en liten men ihållande asymmetri en preferens för en rumslig orientering framför dess spegelbild.

Denna anomali har förbryllat kosmologer i två decennier. Standardmodeller tillskriver den extremt låg sannolikhet om inte spegelkvantkomponenter inkluderas.

Denna bild kopplas naturligt till en djupare möjlighet. Det vi kallar "Big Bang" är kanske inte den absoluta början utan en studs  en kvantövergång mellan två tidsomvända faser av kosmisk evolution.

I ett sådant scenario skulle svarta hål kunna fungera som broar inte bara mellan tidsriktningar, utan mellan olika kosmologiska epoker. Vårt universum kan vara insidan av ett svart hål bildat i ett annat kosmos. Detta kan ha bildats när ett slutet område av rumtiden kollapsade, studsade tillbaka och började expandera som det universum vi ser idag.

Om denna bild stämmer ger den också ett sätt för observationer att avgöra. Reliker från förstudsfasen såsom mindre svarta hål skulle kunna överleva övergången och återuppträda i vårt expanderande universum. En del av den osedda materia vi tillskriver mörk materia kan faktiskt vara gjord av sådana reliker.

I denna syn utvecklades Big Bang från förhållanden i en föregående kontraktion. Maskhål är inte nödvändiga. Bron är tidsmässig inte rumslig och Big Bang blir en port inte en början.

Denna omtolkning av Einstein–Rosen-broarna erbjuder inga genvägar över galaxer, inga tidsresor och inga science fiction-maskhål eller hyperspace. Det den erbjuder är mycket djupare. Den erbjuder en konsekvent kvantbild av gravitation där rumtiden förkroppsligar en balans mellan motsatta tidsriktningar  och där vårt universum kan ha haft en historia före Big Bang.

Den störtar inte Einsteins relativitet eller kvantfysik – den fullbordar dem. Nästa revolution inom fysiken kanske inte tar oss snabbare än ljuset  men den kan avslöja att tiden, djupt inne i den mikroskopiska världen och i ett studsande universum, flyter åt båda hållen.

JVM Lokaliserade stjärnan som blev supernova för 40 miljoner år sedan

 

Bild: NASA, ESA, CSA, STScI, Charles Kilpatrick (Northwestern), Aswin Suresh (Northwestern); Bildbehandling: Joseph DePasquale (STScI)

 I  huvudbilden till vänster visas en kombinerad Webb- och Hubble-vy av spiralgalaxen NGC 1637. Panelerna till höger visar en detaljerad vy av en röd superjättestjärna före och efter att den exploderade. Innan den exploderade var den inte synlig för Hubbleteleskopet. Men Webbteleskopet kunde se den. Hubble visar istället den glödande efterdyningen.

Genom att noggrant justera Hubble- och Webb-bilder tagna av NGC 1637 kunde teamet identifiera föregångarstjärnan i bilder tagna av Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) och NIRCam (Near-Infrared Camera) år 2024. De fann att stjärnan såg förvånansvärt röd ut. Vilket är en indikation på att den var omgiven av damm som blockerade kortvågiga, blåare våglängder av ljus.

"Det är den rödaste, mest dammiga röda superjätten vi sett explodera som en supernova," beskriver doktoranden och medförfattaren Aswin Suresh vid Northwestern University.

Överskott av damm kan hjälpa till att förklara ett långvarigt problem inom astronomin som kan beskrivas som fallet med de saknade röda superjättarna. Astronomer förväntar sig att de mest massiva stjärnorna som exploderar som supernovor också är de ljusstarkaste. Så de borde vara lätta att identifiera i bilder före supernovan. Men så har det inte varit.

En möjlig förklaring är att de mest massiva åldrande stjärnorna också är de dammigaste. Om de är omgivna av stora mängder damm kan deras ljus dämpas så mycket att det inte går att upptäcka. Webbs observationer av supernova 2025pht stöder den hypotesen.

"Jag har argumenterat för den tolkningen, men inte ens jag förväntade mig att se det så extremt som det var för supernova 2025pht. Det skulle förklara varför dessa mer massiva superjättar saknas därute eftersom de tenderar att vara mer dammiga än förväntat," beskriver huvudförfattaren  till studien Charlie Kilpatrick vid Northwestern University.. Teamet blev inte bara förvånade över mängden damm utan även över dammets  sammansättning. Att tillämpa datormodeller av Webbs observationer visade att dammet sannolikt är kolrikt medan astronomerna hade förväntat sig att det skulle vara mer silikatrikt. Teamet spekulerar i att detta kol kan ha kommit från stjärnans inre strax innan den exploderade.

"Att ha observationer i mellaninfrarött var avgörande för att begränsa vilken sorts damm vi såg," beskriv Suresh.

Teamet arbetar nu vidare med att leta efter liknande röda superjättar som kan explodera som supernovor i framtiden. Observationer från NASAs kommande Nancy Grace Roman Space Telescope kan hjälpa till i denna sökning. Roman kommer att ha upplösningen, känsligheten och den infraröda våglängdstäckningen för att inte bara hitta dessa stjärnor utan också potentiellt bevittna deras variation när de hastar ur sig stora mängder damm mot slutet av sin existens.

Superdatorer antas finna svar kosmiska frågor.

 

Bild University of Victoria Ett snitt genom det datasimulerade inre av en röd jättestjärna.

Superdatorer kommer i framtiden att göra det än mer möjligt att lösa en intressant astronomisk frågeställning. Hur kan vi förklara förändringarna i den kemiska sammansättningen på ytan av röda jättestjärnor då de utvecklas?

I årtionden har forskare varit osäkra på exakt hur den förändrade kemiska sammansättningen i centrum av en röd jättestjärna, orsakad av kärnbränning, hänger ihop med förändringar i sammansättningen vid ytan. Ett stabilt lager fungerar som en barriär mellan stjärnans inre och det yttre höljet. Hur grundämnen korsar det lagret förblev ett mysterium tills nu.

Svaret blev? Stjärnrotation.

"Med hjälp av högupplösta 3D-simuleringar kunde vi identifiera vilken påverkan som stjärnors rotation har på elementernas förmåga att korsa barriären," beskriver Simon Blouin, huvudforskare och postdoktoral forskare vid UVic. "Stjärnrotation är avgörande och ger en naturlig förklaring till de observerade kemiska signaturerna hos typiska röda jättestjärnor.Upptäckten är ytterligare ett steg framåt i förståelsen av hur stjärnor utvecklas över tid." 

(En röd jättestjärna är ett sent, ljusstarkt skede i en stjärnas liv när den sväller till enorma proportioner (100–1000 gånger solens diameter) och får en rödaktig färg på grund av lägre yttemperatur. Detta sker när vätet i kärnan tar slut och stjärnan börjar fusionera tyngre ämnen. Vår sol förväntas bli en röd jätte om ca 5 miljarder år.)

 Teamet använde datorresurser vid Texas Advanced Computing Centre vid University of Texas i Austin och det nya Trillium-superdatorklustret vid SciNet vid University of Toronto för att genomföra sina datorsimuleringar. Trillium, som lanserades i augusti 2025 är en av de mest kraftfulla superdatorerna för stora-parallella simuleringar som finns tillgängliga för akademisk forskning i Kanada och är en av flera nationella superdatorer inom Digital Research Alliance of Canada. Dess utökade datorkraft var avgörande för att slutföra forskningen.

I en nyligen publicerad artikel i Nature Astronomy visas hur forskarna vid University of Victorias (UVic) Astronomy Research Centre (ARC) och University of Minnesota löste problemet. Forskningen stöddes av Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC), National Science Foundation (NSF) och USA:s energidepartement.